基于分形L系统的水稻根系建模方法研究

发布时间：2021-09-04 17:20

　　【目的】根系建模是虚拟水稻可视化模型中重要的组成部分,是认知以及研究水稻根系形态结构的重要方法,并为精确农业提供依据,本研究旨在构建仿真效果较好的水稻根系模型。【方法】利用水培法开展试验,测定水稻根系各类形态参数。【结果】构建了基于分形L系统的水稻根系模型,包括不定根模型、分枝根模型、旋转角度等信息。首先根据水稻根系形态特征解析出分形L系统的产生式,然后借助MATLAB软件实现了根系的形态模拟,最后根据模拟效果图进一步优化了分形L系统的产生式,提高了模型精度。【结论】构建完成的模型能够较好地模拟水稻根系的生长过程,在智慧农业发展过程中,具有一定的参考价值。 

【文章来源】：江西农业大学学报. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

实验装置

依据发根位置的不同，水稻根系可以划分成种子根和不定根两种。种子根是由种子的胚根直接生长发育而成，但数量只有一条，在幼苗时期负责吸收植株生长所需要的水分和养分等。不定根是整个水稻根系的主体部分，是由植株基部茎节（包括分蘖节）上发生的根。直接由不定根上伸出的分枝根称为一级枝根，再由一级枝根伸出的分枝根称为二级枝根，直至伸出六级枝根。不定根在育苗期的发根数量并不多，随着水稻生长速度的加快，发根数量不断增加。大概到抽穗期前后，水稻根系的总量达到鼎峰，形成了纵横交错的各级枝根。根据试验数据和不定根的特点，不定根的发根数量会随着水稻生长阶段的不同而发生相应的变化，不定根上伸出一级枝根的时间大概是在3叶期后，而后随着从茎节上产生不定根的同时，又可能从一级枝根上伸出二级枝根。研究表明，茎节最上面所产生的不定根，其伸出的分枝根的数量较多，分枝根的级次就越高；相反，茎节下部所产生的不定根，其伸出的分枝根的数量相对较少，分枝根的级次就越低。水稻根系从形态和拓扑结构来看，不定根和各级枝根存在明显的自相似性，表现出水稻根系分生的分形特征。水稻根系构成示意图如图2所示。3 根系建模方法

(3）依据表达字符串中的字符，用(x,y,α)来标定根节点的位置状态，x和y分别表示根系的水平坐标信息，α表示夹角，如果根段向下伸展的一个步长用l来表示，随机偏转角度为β，则新根节点的位置状态就变为(x+l×cos(β),y+l×sin(β),α±β)。(4）绘制原根节点和新根节点之间的根段。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于L系统的水稻根系模型构建及可视化研究[J]. 杨乐.  科技通报. 2017(05)
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[5]水稻根系空间分布特性的三维建模及可视化研究[J]. 杨乐,唐建军,何火娇.  江西农业大学学报. 2016(03)
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[8]基于改进分形L系统植物自然现象的研究[J]. 丁欢,万旺根,王道臣.  计算机仿真. 2009(01)
[9]水稻形态的分形特征及其可视化模拟研究[J]. 刘桃菊,唐建军,戚昌瀚.  江西农业大学学报(自然科学). 2002(05)

硕士论文
[1]基于OSG的分形L系统的三维树木仿真[D]. 李静.郑州大学 2011



本文编号：3383684