单株枇杷冠层光合有效辐射分布模拟与光截获能力分析

发布时间：2023-03-10 23:38

　　光合有效辐射PAR(Photosynthetically Active Radiation)是植物进行光合作用的主要能量来源。植物冠层的形态结构决定着的其内部的光分布情况,从而影响植物对光的截获能力和冠层内的微环境,很大程度上影响着植物的生长发育过程。传统方法通过实地测量研究冠层内光分布,耗时耗力,且时空分辨率难以保证。利用计算机模拟分析方法是克服该问题的有效途径之一。本文利用虚拟植物技术,以枇杷树为研究对象,定量模拟和分析冠层内光分布规律及光截获能力。主要研究内容和成果如下:(1)根据实地调查和文献资料,获取枇杷树的形态结构特征参数,利用L-系统建模方法,编写L-系统规则,建立枝干系统的三维模型;利用手持结构光扫描仪,获取冠层叶片器官点云数据并建立叶片器官的三维模型,然后集成叶片三维模型和枝干系统模型,建立精细的单株枇杷三维模型。(2)基于扩展的辐射度模型,分别模拟单株枇杷冠层内太阳直射PAR和天空散射PAR分布。在不同光源环境下,定量分析不同时刻的枇杷冠层内PAR分布情况并总结规律。光主要分布在冠层外围及中上层区域,内膛和中下层区域受遮挡严重。冠层接收的辐射能量随时间呈单峰型变化趋...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 国内外相关研究综述
        1.2.1 虚拟植物研究概况
        1.2.2 植物冠层光合有效辐射模拟
        1.2.3 植物冠层光环境与光截获分析
    1.3 研究目标与内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
    1.4 研究技术路线
    1.5 论文章节安排
第二章 相关理论与技术基础
    2.1 植物几何形态结构
        2.1.1 枇杷形态结构介绍
        2.1.2 植物拓扑结构与层级关系表达
    2.2 L-系统基本理论
        2.2.1 字符串的海龟几何解释
        2.2.2 海龟几何解释三维扩展
        2.2.3 参数化L-系统
    2.3 辐射度模型
        2.3.1 辐射度模型基本原理
        2.3.2 三维离散视角因子算法
    2.4 本章小结
第三章 三维枇杷模型精细建模及精度分析
    3.1 基于点云数据的叶片器官三维建模
        3.1.1 叶片点云数据的采集
        3.1.2 基于点云数据的叶片三维重建
    3.2 基于L-系统的枝干系统三维建模
        3.2.1 树木形态结构参数的测量
        3.2.2 基于L-系统的树木枝干重建
        3.2.3 三维模型精度分析
    3.3 本章小结
第四章 冠层光分布模拟与辐射数据验证
    4.1 冠顶初始辐射强度模拟
    4.2 辐射度模型求解
        4.2.1 辐射度模型求解流程
        4.2.2 基于射线求交的遮挡判断
    4.3 单株枇杷冠层内光合有效辐射模拟
        4.3.1 冠层内太阳直射PAR模拟
        4.3.2 冠层内天空散射PAR模拟
        4.3.3 冠层内PAR模拟结果分析
    4.4 辐射模拟结果验证
        4.4.1 辐射数据实地采集
        4.4.2 模拟结果与实测数据对比
    4.5 本章小结
第五章 冠层光截获效率分析
    5.1 单株枇杷冠层内光截获效率分析
        5.1.1 冠层内STAR分布
        5.1.2 相对光合有效辐射RPAR分布
        5.1.3 冠层光截获分析
    5.2 不同冠形枇杷冠层光截获能力对比
    5.3 不同冠形枇杷冠层净光合速率对比
        5.3.1 净光合速率计算
        5.3.2 净光合速率验证
    5.4 本章小结
结论与展望
    主要工作总结
    主要研究成果
    不足与展望
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3758778