检索结果-内蒙古大学图书馆

科学学研究 2009年第7期27卷 1080-1085页

作者：陆小成刘立清华大学科技与社会研究中心北京100084

区域低碳创新系统的构建是应对全球气候变化的有效区域响应机制。区域低碳创新系统的结构可以从构成要素和网络结构两种视角进行分析,并构建区域低碳创新系统结构与功能的互动关联模型。在全球气候变化背景下,区域低碳创新系统结构-功... 详细信息

区域低碳创新系统的构建是应对全球气候变化的有效区域响应机制。区域低碳创新系统的结构可以从构成要素和网络结构两种视角进行分析,并构建区域低碳创新系统结构与功能的互动关联模型。在全球气候变化背景下,区域低碳创新系统结构-功能模型的运行机制主要包括构建低碳知识生产机制、低碳创新学习与服务机制、低碳创新信任与宣传机制等。

关键词：全球气候变化区域低碳创新系统结构-功能模型

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植物生长的结构—功能模型及其校准研究——以Corner型植物为例

植物生长的结构—功能模型及其校准研究——以Corner型植物为例

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作者：展志岗中国农业大学

学位级别：博士

植物生长模拟模型是定量化研究植物的生长规律的重要手段，涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域。传统的基于生理生态过程的作物生长模拟模型对植物的形态结构的处理过于简化，对植物的结构与生... 详细信息

植物生长模拟模型是定量化研究植物的生长规律的重要手段，涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域。传统的基于生理生态过程的作物生长模拟模型对植物的形态结构的处理过于简化，对植物的结构与生理生态功能的相互作用考虑较少。Corner型植物结构简单，但是其生长过程遵从一般的植物生物学原理，并且许多常见的经济作物属于此类。一些复杂结构的植物可以被看成Corner型植物结构的集合。本文从植物个体和器官的宏观角度，以Corner型植物为对象，研究了一种植物生长的结构-功能模型，分析了模型的数学行为，并依据实验数据对模型进行了参数校准。 1．依据植物生物学的基本原理，以生长单元周期为观察时间尺度，以植物器官的鲜质量和几何特征作为模型变量，建立了一种植物生长的机理性的离散时间模型。该模型同时考虑了植物结构与生理功能相互作用，能够并行地模拟植物拓扑结构和几何结构的发展变化。植物建成的器官数目与环境积温关系密切。本文把这种关系从生长单元周期的角度扩展到有限结构植物的纯粹扩展生长阶段。模型根据植物的水力结构和环境参数计算植物的蒸腾耗水量，由水分利用效率计算生物量产量，依据植物器官的源-汇关系与扩展规律进行生物量的分配，并利用器官的生长规则计算出它们的几何大小。植物拓扑结构和几何结构的生长与变化同时也决定了植物水力结构的变化。这种周期性循环迭代的工作方式把植物生长、结构和功能作用之间的反馈作用有机地结合在一起。这种结构-功能模型在单茎干的棉花、冬小麦、玉米和向日葵等农作物上的应用取得了满意的效果。 2．本文研究分析了Corner型植物的结构-功能模型的数学行为，其中模型参数对植物生长与结构的影响规律，为模型的校核提供了有效手段。 3．模型中关于植物生物量的分配采用了一种一次性的全局分配方案，把所有器官置于等同的水平上进行考虑，克服了区隔型两级分配方式的缺点，更加适用于模拟植物拓扑结构动态变化的情况。 4．用离散型Beta概率密度函数描述植物器官的扩展规律，可灵活地适应多种扩展曲线类型。采用其积分形式产生的S状曲线模拟了冬小麦节间汇强参数的变异性。 5．模型参数的校准分两步进行：模型的外部参数，如叶片的厚度等几何造型参数，可由实验测量数据直接确定，而模型的功能参数属于内部隐含参数，必须采用特殊的优化算法进行估计。本文采用非线性最小二乘法估计模型的隐含参数，收敛性好，运算时间少，并提出了对多目标数据实行标准化来自动计算权值的方案。在棉花、冬小麦、玉米和向日葵上的应用实践证明上述方法是有效的。 O;W 4二博士学位论文摘要一 6．以MsualC－为工具，采用面向对象的程序设计方法，设计完成了集植物生长模拟和分析功能于一体的植物生长模型软件Comeffit．工作于WindowsriNlndotvsNT操作系统下。软件用户界面友好，提供图形、曲线和文本等方式显示植物生物量的生产与分配以及植物结构的动态生长过程，可方便地调整模型隐含参数初值和目标顶目的选择。提出了对植物在生长单元周期内部状态变化进行估计的插值方法。同时，编制了植物器官的平面造型软＿＿＿＿。，。＿。。＿＿．、．。。…＿，＿＿．＿…．、、…。＿，。＿＿。＿—— 件PatZ，与Corneffit软件配合使用。上述软件已经在中国农业大学、中法联合实验室－（u AMAMA）和法国农艺研究国际合作发展中心（口RA D）等单位应用于科研和教学工作。

关键词：植物结构-功能模型校准非线性最小二乘法 Cornerfit,Pat2

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基于GreenLab原理的油松结构—功能模型研究

基于GreenLab原理的油松结构—功能模型研究

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作者：国红中国林业科学研究院

学位级别：博士

结构-功能模型,是指能明确表达由生理过程和环境因子调控的植物三维结构生长和变化的一类模型。林木结构-功能模型整合林木形态结构和生理生态功能特征,并考虑环境因子和树木生长发育的交互作用,输出树木生长和发育的三维动态信息,从而... 详细信息

结构-功能模型,是指能明确表达由生理过程和环境因子调控的植物三维结构生长和变化的一类模型。林木结构-功能模型整合林木形态结构和生理生态功能特征,并考虑环境因子和树木生长发育的交互作用,输出树木生长和发育的三维动态信息,从而取得传统的经验模型、过程模型和形态结构模型难以达到的效果,可以作为林木生长预测、可视化和经营决策的重要支持工具。GreenLab模型作为通用性植物结构-功能模型已广泛应用于农作物,如玉米、番茄、黄瓜、向日葵等,在林业中上有一些应用,如油松、樟子松和山毛榉等,但是对于不同年龄阶段树木尤其是成熟树木的研究还较少,缺少功能与结构之间反馈机制的检验和林分层次的应用研究。因此,本研究的目的是应用GreenLab模型,构建油松的结构-功能模型,分析油松的生长和生理过程,检验GreenLab模型的假设,并将其扩展到树木群体层次,模拟采伐对生长和结构的影响。为GreenLab模型在森林生长和经营中的应用、揭示林木生长规律和生物学驱动的林木三维可视化提供方法。研究地点位于北京市昌平区十三陵林场苗圃、园艺奇苗圃和北京市西山试验林场,数据为1-5年生、10年生、13年生、18年生和41年生不同年龄阶段油松植株的生物量和形态结构、拓扑结构测量数据。模型参数求解方面,GreenLab模型的直接参数通过实验数据获得;隐含参数通过最小二乘法反求获得。利用实测数据和经验模型对模型进行了校准和验证。通过拟合生物量需求满足率与树木器官个数的反馈机制,标定了GreenLab反馈机制模型。通过建立生存面积竞争指数与模型隐含参数的关系,将GreenLab结构-功能模型的应用从单木层次扩展到林分层次。研究的主要内容和结论如下: 1)异速生长模型是结构-功能模型的重要组成部分,是分析生物量分配和树木器官几何属性的工具。本文通过幂指数方程建立了10年生和13年生油松一级枝、二级枝、三级枝的当年生小枝的针叶单叶长和单叶生物量、节间生物量和节间长、节间生物量和针叶生物量、节间截面积和节间生物量及节间截面积和针叶生物量等的异速生长关系,并通过独立数据进行检验。结果表明观测值和预估值之间的相关系数除了节间截面积和针叶生物量外均大于0.85,说明上述异速生长关系的相关关系非常显著。小枝生物量和总针叶生物量之间存在显著的正相关关系,其权度关系明显小于1,表明较大的枝具有较低的叶生物量分配比例和较高的枝生物量分配比率。小枝的针叶总生物量和小枝的截面积呈等速生长关系,符合管道模型理论。 2)根据植物学原理,运用植物构筑型中生理年龄的概念,对树木的拓扑结构进行了纯数字编码,解决了结构-功能模型应用中由于树木组件众多而使树木测量和数据处理、编程分析变得复杂和困难的系列问题。 3)建立了油松幼树和大树的结构-功能模型。在构建油松大树结构-功能模型时,采用分层抽样的方法,将树枝级别和轮作为层,减少了油松形态和生物量测量的工作量;利用子结构方法大大减少了模型拟合所需要的基本单元个数,缩短了模型的计算时间。运用λ值将Pressler模型和全局分配模式结合起来,解决了年轮生长中分配模式的选择问题,发现油松的年轮生物量分配模式受年龄的影响较大。另外,本文参考发表的经验模型对GreenLab模型进行了验证,结果表明GreenLab模拟油松的总生量和经验模型的结果相关系数达0.98,总节间生物量相关系数达0.95,总叶生物量的相关系数为0.75,说明GreenLab模型模拟树木总生物量好于叶生物量。 4)从研究林木个体之间的光竞争入手,分析光竞争对树木个体、器官的形态和生物量特征及模型隐含参数的影响。运用异速生长模型建立了隐含参数植株投影面积Sp、环境因子E与生存面积竞争指数Sd之间的关系,通过采伐引起的竞争指数的变化,模拟了采伐对于树木结构和生长的影响。结果表明:GreenLab结构-功能模型可以合理的表达油松的结构与功能之间的互反馈关系,从而输出具有生物学机理的树木的三维结构信息;在林分层次描述光竞争和模拟采伐效应方面有着巨大的潜力,在森林生长模拟和经营决策中有广阔的应用前景。下一步要加大样本量,扩展结构环境因子反馈机制关系的研究,深化树木生长规律的生物学解释,加强模型验证,并和林分层次的森林经营措施相结合,为森林经营提供决策支持工具。

关键词：结构-功能模型生物量生产和分配源-汇关系模型光竞争异速生长油松

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番茄的结构-功能模型Ⅱ:基于器官水平的功能模型与验证研究

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中国生态农业学报 2007年第1期15卷 122-126页

作者：董乔雪王一鸣 Jean Francois BARCZI 侯加林中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国科学院自动化研究所中法联合实验室北京100080

建立了番茄动态生长的功能模型,从个体和器官的角度,研究生物量在植物体内的生产和分配规律、器官的动态生长规则。模型根据蒸腾作用计算物质的生产;根据节间、叶柄、叶片和果实等器官的汇强和扩展规律对物质进行分配;根据与物质量的动... 详细信息

建立了番茄动态生长的功能模型,从个体和器官的角度,研究生物量在植物体内的生产和分配规律、器官的动态生长规则。模型根据蒸腾作用计算物质的生产;根据节间、叶柄、叶片和果实等器官的汇强和扩展规律对物质进行分配;根据与物质量的动态关系计算各器官的几何尺寸;利用试验数据对模型参数进行估计。通过对参数进行比较和分析得出它们对各器官生长的影响程度和器官本身的扩展规律。并对模型输出与测量数据的拟合程度进行了残差分析,验证了模型的合理性和有效性。

关键词：番茄器官结构-功能模型生产和分配扩展规律

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果树结构-功能模型的研究现状、问题与建议

果树结构-功能模型的研究现状、问题与建议

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2010 Third International Conference on Education Technology and Training (ETT 2010)

作者：洪建军甘阳英龚传浩闫敏杰广东省农业科学院科技情报研究所广州市汇智通信技术有限公司

本文介绍了国内外虚拟植物的研究进展,分析了其中比较薄弱的虚拟果树研究中的一些技术问题,并针对这些问题提出了一些解决方法,包括采用无线传感器网络进行实时数据采集,采用马尔可夫链转换模型和参考轴技术进行三维结构建模和可视化,... 详细信息

本文介绍了国内外虚拟植物的研究进展,分析了其中比较薄弱的虚拟果树研究中的一些技术问题,并针对这些问题提出了一些解决方法,包括采用无线传感器网络进行实时数据采集,采用马尔可夫链转换模型和参考轴技术进行三维结构建模和可视化,以及采用人工神经网络或模糊算法对环境因子的作用进行模拟等,旨在通过进一步改进果树结构-功能综合模型的构建方法,促进更加实用的虚拟植物乃至精准农业的快速发展。

关键词：虚拟植物结构-功能模型无线传感器网络人工神经网络

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植物生长的功能-结构模型GreenLab的标定问题研究

植物生长的功能-结构模型GreenLab的标定问题研究

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作者：展志岗中国科学院自动化研究所

学位级别：博士后

植物生长模型是定量化研究植物生长规律的重要手段,涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域.建立植物生长的功能-结构模型是当前植物建模研究的一个重要发展趋势.GreenLab模型是由中法联合实验室(LIA... 详细信息

植物生长模型是定量化研究植物生长规律的重要手段,涉及到植物学、农学、林学、应用数学、物理学和计算机信息科学等多学科领域.建立植物生长的功能-结构模型是当前植物建模研究的一个重要发展趋势.GreenLab模型是由中法联合实验室(LIAMA)、中国农业大学与法国CIRAD、INRIA等科研机构联合开发的新一代植物生长的功能-结构模型.本文的研究工作包括四个部分:***模型的基本原理:本文简要介绍了GreenLab模型的生物学假设、数学方程式与生长模拟算法,重点从宏观角度和在大时间尺度上(单元生长周期)阐明植物的功能与结构之间内在的关联作用关系.最后,提出了在GreenLab基本框架内需要解决的几个基本问题.***工具软件的扩展:CornerFit是实现单茎干类植物的GreenLab模型标定以及生长模拟工具软件.本文对CornerFit的软件结构与功能实现做了一系列改善:扩展了拓扑结构的表达范围,引入新的功能时间参数以满足实验设计与理论分析的要求,强化了可视化输出功能等.在可视化方面,通过一些示意性例子,介绍了器官三维造型的基本原理.实践结果表明,CornerFit作为软件工具能够胜任多方面的研究工作,并具有很好的教学效果.3.植物分枝结构的轴分解表示:本文提出了一种植物分枝结构的分解表示方法—基轴分解法(axes-based decomposition).这种方法从拓扑结构的"生长单元"尺度上的描述出发,借助于"子结构"的表示机制,实现了植物整体结构动态发展的"轴"分解表示.轴分解结果对于模型行为的理论分析与应用实践都有重要的意义,比如枝条的次级生长,植物冠层内光的传输与分布,枝条相互间的遮挡和避让,虚拟剪枝等.4.复杂分枝植物的GreenLab模型标定:GreenLab模型的标定问题主要有两个方面:分枝结构的测量与优化算法实现.本文给出了以轴为采样单位的测量方法,测量的最小数据是关于单个器官的量,如器官长度、器官重量等.非线性最小二乘方法被扩展应用到分枝植物的模型参数估计上,并以模拟产生的树分枝结构的数据为目标进行了拟合测试,实验结果表明,这种方法对于分枝植物是可行的.但是,在应用到真实植物之前,还要进行大量的理论分析和仿真实验工作.

关键词：植物结构-功能模型标定非线性最小二乘法 GreenLab Cornerfit 分枝结构分解

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棉花动态模拟模型研究进展(英文)

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农业工程学报 2007年第3期23卷 257-266页

作者：张军王一鸣董乔雪侯家林北京联合大学信息学院北京100101 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

该文对棉花生理生态模型、棉花形态结构模型以及棉花结构功能模型的研究动态进行了综述,提出将形态结构和生理生态过程紧密结合的棉花结构功能模型的研究应是今后棉花模拟研究的重点,指出了目前生理生态模型和结构模型结合遇到的关键理... 详细信息

该文对棉花生理生态模型、棉花形态结构模型以及棉花结构功能模型的研究动态进行了综述,提出将形态结构和生理生态过程紧密结合的棉花结构功能模型的研究应是今后棉花模拟研究的重点,指出了目前生理生态模型和结构模型结合遇到的关键理论和技术问题:未能实现冠层微环境的精确模拟;物质分配和植株结构的结合研究还处于初步阶段;地上部分和根系耦合模拟还未实现。最后对该领域今后的研究趋势和内容进行了探讨:应基于形态结构模型进行冠层微环境的精确模拟;地上部分的物质分配可基于源-汇模型;地上部分和根系进行耦合模拟时,可将地上部分看作是“源”,根据根系各部分的“汇强”模拟物质分配和根的生长。

关键词：棉花模拟模型结构-功能模型生理生态模型结构模型研究进展

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基于不同滴灌方式的苹果幼树根系生长的三维可视化模拟

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中国生态农业学报 2013年第6期21卷 744-751页

作者：刘柯楠杨启良郭浩戈振扬周兵刘小刚昆明理工大学现代农业工程学院昆明650500 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

为研究不同滴灌方式下大田苹果幼树的根系生长行为,提出一种用Otsu方法对根系图像进行分割后统计分析根系空间分布的方法,利用图像处理库通过Python语言编程实现了获取空间分布统计矩阵,以Lynch的根构型模型为结构原型,结合功能模型建... 详细信息

为研究不同滴灌方式下大田苹果幼树的根系生长行为,提出一种用Otsu方法对根系图像进行分割后统计分析根系空间分布的方法,利用图像处理库通过Python语言编程实现了获取空间分布统计矩阵,以Lynch的根构型模型为结构原型,结合功能模型建立不同滴灌方式下的大田苹果幼树根系生长行为结构功能模型,最后利用OpenAlea对该模型进行三维可视化模拟。以大田苹果幼树为试验对象进行验证,同时依据形态特征的相似度以及仿真数据与实测数据的相关性两个参考指标将模拟结果与实物进行对比,验证了所采用算法的有效性。结果表明,Otsu算法可有效分割苹果幼树根系图像数据,结合常规功能结构参数和空间分布统计矩阵建立的大田苹果幼树根系结构功能模型可科学地模拟不同滴灌方式对苹果幼树根系空间拓扑的影响,大田苹果幼树根系结构功能模型模拟可以可视化不同滴灌方式下的根系生长空间变化行为。可视化模拟结果表明,分根区交替灌溉的苹果幼树根系在根区两侧分布比较均匀,根密度较大,有利于提高根系对水肥的吸收利用效率。研究结果可为分根区交替灌溉在果园的应用提供参考。

关键词：可视化模拟滴灌苹果树根系生长 OpenAlea Otsu算法结构-功能模型

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龙眼幼苗的虚拟植物生长发育模拟模型

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计算机应用 2013年第A02期33卷 220-223页

作者：高思聪陈刚付忠良李文杰中国科学院成都计算机应用研究所成都610041 中国科学院大学北京100049 四川省烟草公司凉山州公司四川西昌615000

提出了一种可实现植物幼苗的生长发育模拟的结构—功能模型。首先,根据幼龄植株的结构特点简化定义结构模型,根据光合作用模型和生物量分配模型构建虚拟植物功能模型;然后,以功能模型中计算的生物量作为中间变量与结构模型耦合,而结构... 详细信息

提出了一种可实现植物幼苗的生长发育模拟的结构—功能模型。首先,根据幼龄植株的结构特点简化定义结构模型,根据光合作用模型和生物量分配模型构建虚拟植物功能模型;然后,以功能模型中计算的生物量作为中间变量与结构模型耦合,而结构模型再把植物器官结构形态变化数据反馈给功能模型,至此形成互反馈的结构—功能模型。利用该虚拟植物结构—功能模型,以VC++和OpenGL开发了VirtualPlant软件用以研究虚拟植物的生长规律,并以龙眼幼苗为实验对象,实现其生长发育模拟。

关键词：虚拟植物结构-功能模型生长模拟龙眼幼苗三维仿真

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基于功能—结构和L-系统的植物仿真建模

基于功能—结构和L-系统的植物仿真建模

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作者：刘振兴天津工业大学

学位级别：硕士

植物生长模拟模型是定量化研究植物的生长规律的重要手段,其研究在农林研究、绿化景观设计、教育、娱乐、商业等领域有着重大的应用前景和实用价值。基于结构-功能模型是一种主要的植物建模方法,生物量的分配是其构建的一个难点,到目前... 详细信息

植物生长模拟模型是定量化研究植物的生长规律的重要手段,其研究在农林研究、绿化景观设计、教育、娱乐、商业等领域有着重大的应用前景和实用价值。基于结构-功能模型是一种主要的植物建模方法,生物量的分配是其构建的一个难点,到目前为止仍没有一种被广泛接受的方法,本文以此为出发点对植物建模进行了探讨。从植物建模的数学分析到实现依次进行了研究。首先,依据植物生物学的基本原理,以生长单元周期为观察时间尺度,以植物器官的生物量和几何特征作为模型变量,建立了一种植物生长模拟模型;以L-系统建模植物的拓扑结构,并采用贝塞尔曲线技术对器官进行拼接绘制;其次,研究分析了植物的结构-功能模型的数学行为,包括模型参数对植物生长与结构的影响规律;随后主要讨论了模型中生物量的分配,对源-库模型进行了扩展,提出了平衡机制驱动的源-库-池模型;模型参数的确定,模型外部的参数,如叶片的厚度等几何造型参数,可由实验测量数据直接确定,而模型的功能参数属于内部隐含参数,由于机理复杂,以用户指定的交互式图形曲线函数方式确定,实践证明上述方法是有效的;最后,以Visual C++为工具,采用面向对象的程序设计方法,设计完成了集植物生长模拟和分析功能于一体的植物生长软件Plant。软件提供图形、曲线和文本等方式显示植物生物量的生产与分配以及植物结构的动态生长过程,可方便地调整模型隐含参数初值和目标项目的选择。本文围绕源-库-池分配模型,结合功能-结构模型和L-系统进行植物的仿真建模,在此基础上开发了植物虚拟生长软件Plant,并对实验结果进行了一系列的分析与比较,证明了源-库-池方案在底层构造的有效性。

关键词：植物建模 L-系统结构-功能模型源-库-池模型

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