落葉松根系生長計(jì)算模型及模擬研究.pdf

1、落葉松根系為樹形分枝結(jié)構(gòu)，主要由初生根、次生根、初生根一次側(cè)根、次生根一次側(cè)根組成。各級(jí)根系之間具有明顯的自相似性，本文基于L-系統(tǒng)理論構(gòu)建落葉松根系生長模擬模型，表達(dá)落葉松根系構(gòu)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)根系生長的生理功能，改進(jìn)了根系的向水性模型和向地性模型，探討了基于人工生命方法的約束條件對(duì)落葉松根系形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理功能的影響，將落葉松根系形態(tài)結(jié)構(gòu)模型和生理功能模型相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了落葉松根系生長的動(dòng)態(tài)模擬。
　　 落葉松根系屬直根系，

2、由四種不同類型的根組成，即主根、次生根、側(cè)根和不定根。盡管微觀上具有明顯的相似性，但由于根系在生長過程中受土壤結(jié)構(gòu)、濕度等各種因素的影響，使得根系的延伸過程表現(xiàn)出隨機(jī)波動(dòng)的不規(guī)則形態(tài)。文中以落中松生理生態(tài)理論為依據(jù)，建立了描述落葉松根系生長參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得落葉松根系的動(dòng)態(tài)生長模型和其形態(tài)發(fā)生模型相融合，并應(yīng)用隨機(jī)生成技術(shù)，抽象出落葉松根系形態(tài)及生長規(guī)律的規(guī)則描述，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中引入生長控制參數(shù)以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可控性。設(shè)計(jì)了模型的解法，實(shí)現(xiàn)了

3、便于計(jì)算機(jī)模擬的數(shù)值算法。設(shè)計(jì)開發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)的模擬軟件，實(shí)現(xiàn)了落葉松根系生長及水分需求的計(jì)算機(jī)模擬。
　　 由于自然植物的生存、進(jìn)化、生長受環(huán)境影響，表現(xiàn)為區(qū)域性和時(shí)空變異性。對(duì)模型的優(yōu)化，引入了分種群的競(jìng)爭(zhēng)模式，采用基于種群分類的進(jìn)化算法。落葉松根系生長過程中會(huì)出現(xiàn)異?！催z傳算法的選擇、變異和進(jìn)化，將遺傳算法的操作加入在分形過程中，對(duì)形態(tài)模型中L—系統(tǒng)所涉及到的參數(shù)通過遺傳算法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，可生成結(jié)構(gòu)有不同變化的根系形

4、態(tài)。對(duì)功能模型采用浮點(diǎn)數(shù)編碼代替二進(jìn)制編碼，將性質(zhì)相近的個(gè)體作為一個(gè)種群，初期進(jìn)化搜索僅限種群內(nèi)部，使個(gè)體進(jìn)化不受其他種群的影響，每個(gè)種群均具有產(chǎn)生優(yōu)秀個(gè)體的機(jī)會(huì)；進(jìn)化計(jì)算幾代后，進(jìn)行所有種群個(gè)體的相互競(jìng)爭(zhēng)和進(jìn)化，促使較差個(gè)體在種群競(jìng)爭(zhēng)中逐漸消亡，充分保持群體的多樣性，有效地克服了過早收斂和局限于局部最優(yōu)解的問題。對(duì)所用的進(jìn)化算子進(jìn)行了詳細(xì)的描述，鑒于變異操作在浮點(diǎn)數(shù)編碼算法中的重要性，本文采用自適應(yīng)調(diào)整變異算子，根據(jù)個(gè)體的適應(yīng)值調(diào)整變