植物根系通用三维模型的建模与仿真

为了构建一个通用的植物根系三维仿真模型,根据已有研究的植物根系生长特性,采用几何构造模型的方法描述植物根系的拓扑结构和几何结构,并通过统计分析,研究植物根系生长随机性存在的规律,提出了基于正态分布结合植物根系特征参数均值构造根系模型生长因子的建模方法。通过对模型的模拟仿真,验证了该方法构建通用的植物根系三维模型的合理性和有效性。     

计算机仿真在根系牵引效应研究中的应用

针对根系牵引效应研究中杆状模型存在的问题与不足,通过双链表动态数据结构的方法,构建了植物根系的计算机仿真模型。并以VC++6.0为开发工具,建立了根系计算机仿真系统。通过计算机仿真出的根系模型不仅能够较真实的显示根系形态-分布特征,而且可以有效地进行区段划分和参数输出。以竹子地下根系为研究对象的实例表明了采用该方法研究根系牵引效应的有效性。     

冬小麦根系生长的三维仿真模拟

根据冬小麦根系分布的试验测量参数与生长规律,综合考虑根系生长的生理生态模型和虚拟植物模型,构造了描述小麦根系生长的动态模型．在已建立的根系生长模型基础上,运用分形几何理论与计算机图形学技术,对耕作土壤环境下冬小麦根系构型进行了三维仿真模拟．根据根系实测参数,对冬小麦根系生长模拟进行宏观控制,可以真实再现冬小麦地下根系部分的动态生长过程．     

植物根系吸水模型的研究进展

土壤—根系系统是SPAC水分连续体中重要的子系统。现有的根系吸水模型大致可以分为微观模型和宏观模型。分析了根系吸水模型的发展趋势,指出必须注重根系机理和根系结构的研究,并修改和完善植物根系吸水模型,使之成为多种农业活动的理论基础。     

群体行为影响的根系可塑性建模

依据根系生长发育过程中群体行为,构建了一种带偏好的群体交互模型,用于对虚拟根系可塑性的建模与仿真。视根尖作为根系群体中的智能个体。依据根尖个体对资源的竞争以及共享行为,构建根尖个体间交互模型。采用L系统构建简单动态根系生长模型,用于控制根系生长发育。结合群体交互模型与根系生长模型,在三种不同的土壤资源分布场景中分析群体行为对根系长度、根系在土壤中分布以及根系形态。结果表明群体交互影响下的根系生长能够感知土壤资源分布,并进行适应性的根系结构调整,从而为根系仿真提供一种简单的方法。     

植物根系吸水模型研究进展

根系是植物获取水分的主要器官,它直接影响整个植株的输水量以及生命活动。在水资源短缺的状况下,了解根系生长过程中的需水特性并提高农业中水资源的利用率,一直是节水灌溉技术中研究创新的热点。因此,在研究过程中需要对植物根系的吸水量进行精确估算,建立根系吸水模型是定量化研究植物根系吸水特性的重要方法。本文概述了根系吸水的原理及其主要影响因素,对不同研究方法下的根系吸水模型进行分类研究,并阐述其适用范围及优缺点,同时介绍了水盐共同胁迫下的根系吸水模型。最后对目前的根系吸水模型进行分析,提出了今后的研究方向,为构建水稻根系三维动态吸水模型提供了基础。     

植物根系生长形态对膨胀土边坡土体抗剪强度的影响

为了提高膨胀土边坡土体抗剪强度,增强植物根系在膨胀土边坡土体中的力学效应,提出用植物根系作为加筋材料防治膨胀土边坡的浅层失稳,调控植物根系在边坡土体中的生长分布方法.基于WU氏模型推导植物根系分布角度与膨胀土边坡土体抗剪强度增量的关系,构建1个膨胀土试验路堤边坡以模拟工程边坡实际情况,采用人工调控的方法调控香根草植物根...     

叶菜根系图像的变分水平集分割算法

植物根系图像分割是根系构型特征提取和分析的前提.针对传统图像分割方法在处理叶菜根系弱边缘图像中存在分割精度和稳定性较差的问题,提出了一种基于改进C-V(Chan-Vese)模型的变分水平集分割算法.该算法不仅保留了C-V模型对于处理弱边缘图像的适用性,并针对叶菜根系图像局部灰度不均的特点引入了图像梯度信息,改进了原C-V模型.通过对小白菜根系样本图像的分割处理试验,证明了变分水平集分割算法的有效性.研究结果表明,相比传统的阈值处理、边缘检测及区域生长等算法,本文算法能更加精细地解决叶菜根系图像弱边缘和局部灰度不均的问题,并在分割精度和算法稳定性上具有明显的优势.变分水平集算法应用于叶菜根系构型观测系统中,可以有效地提高观测精度.     

樟子松根系的分形维数测定模型

为测定植物根系维数,采用分形盒维数计算方法,建立樟子松根系维数测定模型.结果表明:实验中得到的樟子松根系维数与建立的模型拟合较好,从而验证了模型的可靠性.模型以分形理论为基础.实验中对樟子松根系运用统计相似和自相关性知识研究,结合回归方程发现其维数发展的规律,为林木资源的采伐利用提供参考依据,也为植物根系维数的研究方法提供一种思路.     

基于应力场的植物根系模拟及工程应用

通过研究植物根系形态形成机理,以等应力原则为基础,对植物根系的形态形成过程进行了计算机模拟,并提出了一种新的结构拓扑优化设计方法.研究结果表明,土壤和植物根系之间的剪切应力是控制植物根系形态形成的主要力学因素,而基于植物根系形态形成原理的结构拓扑优化设计方法,可应用于薄壁板壳结构的加强筋分布设计,快速得到加强筋分布的近似最佳拓扑形态,以作为进一步详细设计的初始模型.     

植物根系土的剪切强度简化计算方法

选取典型植物根系结构,建立根系相对面积随深度的变化函数,分析植物根系拉伸强度与根系直径、植物高度与地表根系主干面积、地表根系主干面积与竖直方向延伸深度的统计关系。根据加筋原理,解释了植物根系土的强度增强机理,建立了根系土剪切强度随深度减小的统一函数,该函数可由植物根系拉伸强度和根系面积沿深度分布直接计算根系土的剪切强度,简化了根系土剪切强度的确定方法,最后通过已有数据对该函数的可行性进行了验证。     

基于模型的网络控制系统稳定性研究

针对网络存在时延和网络控制系统被控制对象无法直接测量这两种情况,提出了使用基于观测器的对象模型的网络结构,在此基础上研究了系统的稳定性。通过仿真实验,表明了稳定性条件的正确性与有效性,采用此结构系统具有很强的鲁棒性。     

Quantitative analysis of 3-dimensional root architecture based on image reconstruction and its application to research on phosphorus uptake in soybean

The root system is an important organ for plants not only because it absorbs water and nutrients, but also because it provides anchorage against uprooting forces[1,2]. Root architecture is the spatial configuration of the root system in the growth medium[…     

基于模型的网络控制系统稳定性研究

针对网络存在时延和网络控制系统被控制对象无法直接测量这两种情况,提出了使用基于观测器的对象模型的网络结构,在此基础上研究了系统的稳定性.通过仿真实验,表明了稳定性条件的正确性与有效性,采用此结构系统具有很强的鲁棒性.     

一种神经网络自适应控制策略

针对未知非线性不确定系统,提出了一种新的基于神经网络的自适应控制策略,该方法只需辨识对象的正向模型,将神经网络与优化方法相结合,对控制量进行优化迭代求解,使被控对象的输出能较好地跟踪期望输出,并且分别针对单输入-单输出系统和多输入-多输出系统进行了控制算法的推导,其中的优化方法分别采用梯度法和高斯-牛顿法·仿真结果表明,该算法能精确跟踪设定输出,超调量小,响应速度快,无稳态误差,控制效果是非常令人满意的     

城市岩质边坡生态防护机理及试验

针对边坡生态防护工程特点,探讨城市岩质边坡的生态防护机理、植物与边坡的力学效应、植物根系加固边坡作用机理,并由此建立相应的力学模型,提出根系-土复合抗剪强度公式.研究植物对边坡降雨截留、径流延滞、土壤防渗、土层固结等效应,并探讨生态防护对边坡的抗冲刷机理.在此基础上,设计并完成城市岩质边坡生态防护室内模型试验,研究不同草种、不同坡度、不同固土方式等情况下的工作特性.将本文方法应用于某城市岩质边坡生态防护工程,获得百喜草、高羊茅和百慕达3种草在不同坡角(38(,48(和58()与固土结构(菱形铁丝网、土工格室、三维网垫)时的抗冲刷特性.研究结果表明:土工格室的固土效果最优,其次是三维网垫和菱形铁丝网;单位面积的冲刷强度存在一个临界角度值,为25(左右;百慕达的固土效果优于百喜草和高羊茅的固土效果.     

网络化切换系统中状态观测器的设计

将网络化控制系统中被控对象的模型推广到切换系统,利用具有时延的输出信号设计了一种新的观测器,对任意切换规则和延迟周期数,该观测器都能实现对被控切换系统的跟踪。最后给出了求解观测器增益的锥补线性化方法,仿真实例说明所提方法的有效性。