基于语义元模型的作物模型开发方法与设计工具研究

发布时间：2019-11-22 05:06

【摘要】：作物系统是作物、自然界与人之间相互作用,相互影响的生态系统。作物系统模拟是利用计算机技术对作物系统进行的数学化和定量化的描述与预测,进而完成计算机仿真的过程。作物系统模拟可以更好的进行作物系统管理与优化。作物系统模拟过程中的作物模型软件的开发,涉及复杂的农业领域知识及编程知识,同时,作物系统的领域知识积累周期长,知识获取困难,如何促进作物建模知识的共享与重用,提高模型开发效率是需要解决的关键问题之一。元建模是对领域建模语言进行建模,最终生成面向特定领域的建模语言和领域建模工具的方法论。运用元建模技术通过使用统一标准进行作物元模型的构建,可以实现不同类型作物模型之间的交流与共享。目前已有利用元建模技术进行作物建模工具的开发。但大多基于通用的模型结构、算法结构、计算变量等,但作物模型领域概念知识复杂,元建模技术使用元模型对作物物候判别等作物模拟知识表达不够完整因此复用作物模拟领域知识不够完善。针对以上问题,本研究在识别与提取小麦、水稻等作物生育期模拟语义的基础上,基于元建模语义元模型构建方法,引入OCL表达式元模型,完成作物生育期模拟语义元模型的构建,进行作物生育期模拟过程的表达。通过使用EMF技术、GMF技术及SWT技术完成了基于语义元模型的作物模型设计工具的开发,最后使用该工具完成WheatGrow小麦生育期模型、RiceGrow水稻生育期模型的构建实验,并进行生育期模型适用性分析。本研究贡献主要如下:(1)构建作物生育期模拟的语义元模型本研究在分析小麦、水稻等作物生育期模型的基础上,将作物生育期模拟共性语义分为环境驱动作物生长、全生育期过程显示、发育物候判别、单位尺度的作物发育四种,研究基于元建模语义元模型构建方法,引入OCL表达式元模型,在对作物生育期模拟语义进行分析的基础上,完成作物生育期模拟语义元模型的构建,进行作物生育期模拟过程的表达,最后设计了作物生育期模拟语义元模型的图形语法,从而完成作物生育期模拟语义元模型(CGSSSMM)的构建。(2)作物生育期模型设计工具研制本文在构建作物生育期模拟语义元模型的基础上,设计可视化的建模工具提供更易于建模者理解和使用的建模环境,首先在设计作物生育期建模工具功能的基础上,基于已构建的作物生育期语义元模型,运用GMF技术对作物生育期语义元模型进行图形化表达,通过运用SWT技术实现用户与作物生育期语义元模型进行交互,最终完成可视化的作物生育期建模工具的构建。(3)基于语义元模型的作物生育期模型构建的实验验证本文以WheatGrow小麦模型、Rcsods水稻模型、RiceGrow水稻模型三种模型为对象,使用基于语义元模型的作物生育期模型设计方法及作物生育期模型设计工具进行了两种模型的生育期模型构建,构建完成后分别对使用工具构建的作物生育期模型进行验证,从而验证了该方法及工具的可行性及合理性。
【图文】：

技术路线图,作物生育期,语义,特色

图１－１技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ逡逑研究的特色与创新逡逑（１）作物生育期模拟语义元模型构建逡逑

表达式,状态机

图２－日ＯＣＬ约束的状态机逡逑Ｆｉｇ．２－４邋ＯＣＬ邋ｓｔａｔｅ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.52;S126

【参考文献】