[發明專利]一種基于虛擬模型的水稻株距優化方法

在審

• 申請號: 201711077362.0
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107871039A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 丁維龍;謝濤;金夢杰;陳凱;徐彬;徐利鋒
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于虛擬模型的水稻株距優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)基于已有的單株水稻的功能結構模型，利用GroIMP平臺，根據嵌套輻射度算法和逆向蒙特卡洛光線跟蹤算法構建其光輻射模型，模擬光線在場景中受到不同介質遮擋時的傳輸過程，計算群體中單株植株冠層的光照截獲量，從而構建出具有一定生理功能的水稻群體生長模型。

2)基于遺傳算法的株距優化方法，包括以下步驟：

(2.1)遺傳編碼：在水稻株距優化的算法中，植株群體的株距和行距是遺傳因子的組合，采用二進制對個體的株距和行距進行編碼，遺傳因子的每個信息位均為0或1；

(2.2)初始化種群：我們需要在問題的解空間中進行均勻的采樣，隨機獲得一定數量的個體，作為初始化種群；

(2.3)遺傳操作：遺傳操作包括交叉、變異和選擇三種方式，以此來模擬自然界中物種的自然選擇，從而使程序的運算結果不斷優化。

2.如權利要求1所述的一種基于虛擬模型的水稻株距優化方法，其特征在于：所述水稻群體生長場景的構建包括以下步驟：

(1.1)光合產量的模擬，通過對葉片光照量的計算，模擬出植株的光合產量；

(1.2)同化物的分配，將植株光合作用產生的同化物，根據設定的分配規則，分配到植株的各個器官中去；

(1.3)產量的形成，籽粒數量的最大值與穎花數相等，通過植株抽穗時的碳水化合物供應量除以生成一朵穎花所需的同化物的量得到植株的穎花數，用成熟籽粒重量的三分之一來估算生成一朵穎花所需要的同化物量。

3.如權利要求2所述的基于虛擬模型的水稻株距優化方法，其特征在于：所述步驟(1.1)中，所述的虛擬水稻模型的光合產量的模擬，通過以下公式：

P＝leafc3(par)×a×24

對植株在24小時內接受一定光照量時所獲得的光合產量大小進行估算；式中，p為光合產量的大小，Leafc3為單位小時間內葉片光合作用產量與光照截獲量的關系函數，a為接受光照的葉面積大小，par為葉面積為a的葉片所截獲的光照量大小。

4.如權利要求2或3所述的基于虛擬模型的水稻株距優化方法，其特征在于：所述步驟(1.2)中，所述同化物的分配包括下列操作內容：

根據源庫關系假設，將同化物分配到植株的各個器官；以群體植株中的單株水稻為例，水稻植株將光合作用得到的產物P(t)，補充到同化物池(CAP)中，此時同化物池中的同化物量CAP(t)為：

CAP(t)＝CAP(t-1)+P(t)

根據植物的生理學可知，水稻在進行光合作用時，同時會進行呼吸作用，故植株用于生長的光合作用產物為總的光合作用產物減去植株呼吸作用所需的同化物量。

5.如權利要求1所述的基于虛擬模型的水稻株距優化方法，其特征在于：所述步驟(1.3)中，所述的產量的形成，稻穗從抽穗開始到灌漿結束大約40天；故植株在第t個生長單元周期時，所有籽粒重量之和Y(t)為：

Y(t)=Σk=1ngrain(t)Dgrain(k,t),t≤tgrain+40Σk=1ngmaxDgrain(k,t),t>tgrain+40]]>

式中，D_grain(k,t)為第k個籽粒t時刻的生物量，n_grain(t)為植株t時刻籽粒的數目，n_gmax為植株的最大籽粒數目。