[發(fā)明專利]一種原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫室溫度場分布模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010803566.3
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111931439B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢婷婷;楊娟;趙京音;鄭秀國;許葉穎;汪妍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 張竹梅

本發(fā)明公開了一種原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫室溫度場分布模擬方法，該方法包括如下步驟：S1.溫室定位信息獲取及溫室坐標(biāo)系的建立；S2.植物坐標(biāo)原點定位信息獲取及植物坐標(biāo)系的建立；S3.植物坐標(biāo)系與溫室坐標(biāo)系的統(tǒng)一；S4.植物三維點云數(shù)據(jù)獲取；S5.植物三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與三維模型構(gòu)建；S6.溫度場的分布模擬完成。本發(fā)明的原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫室溫度場分布模擬方法，將植物三維結(jié)構(gòu)模型引入基于流體力學(xué)方法的溫室內(nèi)溫度場分布模擬，可以計算得到每個葉片表面的溫度數(shù)值，因而提高了溫室三維場景內(nèi)溫度場分布模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫室種植領(lǐng)域，具體的說涉及一種原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫室溫度場分布模擬方法。

背景技術(shù)

在溫室內(nèi)的環(huán)境因子中，溫度是影響生長發(fā)育過程的主要因素。它可以通過控制莖尖分生組織的分化，影響葉片發(fā)生速率，從而決定器官數(shù)量和生育進(jìn)程。同時也直接影響冠層的光合作用和呼吸作用的強弱，并進(jìn)一步影響干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成。因此設(shè)施環(huán)境中溫度場分布模擬一直以來都是設(shè)施環(huán)境研究中的重要內(nèi)容。

精確的三維模型構(gòu)建是溫度場分布模擬的重要基礎(chǔ)。三維場景中所有物體之間熱量傳遞模擬的準(zhǔn)確性依賴于所有物體三維結(jié)構(gòu)(體積、表面積、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、空間距離、朝向夾角等)的準(zhǔn)確性。因此準(zhǔn)確的原位還原場景中物體的三維結(jié)構(gòu)是溫度場分布模擬的重要步驟。溫室場景中植物冠層結(jié)構(gòu)是最難還原的。由于冠層內(nèi)植物器官數(shù)量龐大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，且姿態(tài)多變，因此是最難還原的物體。

目前現(xiàn)有的植物三維模型構(gòu)建方法包括:①基于幾何參數(shù)的建模方法，該方法需要通過大量的參數(shù)來控制植物的三維模型形態(tài)，仿真性差，三維模型往往與真實植物存在明顯差異；②基于三維點云的建模方法，三維點云獲取方法有三維數(shù)字化或三維掃描，該方法可原位還原植物三維形態(tài)，仿真度高，但在點云獲取中往往會產(chǎn)生大量的點云數(shù)據(jù)，后期處理時間長；③基于立體視覺技術(shù)的建模方法，該方法成本低，獲取速度快，但目前仍然無法克服遮擋的缺點，只能獲取到群體冠層表面的圖像，無法構(gòu)建冠層內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)。

CFD(Computational Fluid Dynamics)模型的出現(xiàn)，為研究場景中溫度的分布提供了有效的手段。該方法基于計算流體動力學(xué)方法，在三維模型基礎(chǔ)上模擬三維空間內(nèi)空氣的流場特性、流動狀態(tài)、熱能的分布，同時還可將外部通風(fēng)、內(nèi)部空調(diào)送風(fēng)對空氣的擾動同時考慮，最大化還原了三維空間內(nèi)溫度分布規(guī)律。然而在將該方法應(yīng)用在溫室溫度場分布研究時，由于原有方法是應(yīng)用于建筑、工業(yè)等方面，目前還沒有針對溫室內(nèi)部植物結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建方法，因此在應(yīng)用該方法模擬計算溫室內(nèi)溫度場分布時，大多忽略植物，只模擬沒有植物生長的溫室場景，或者不考慮植物冠層的三維結(jié)構(gòu)，只將植物冠層看作是均勻的長方體介質(zhì)，完全忽略植物器官對空氣流動的遮擋和擾動。

因此需要開發(fā)一種能夠引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫度場分布模擬方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型的溫室溫度場分布模擬方法，該方法包括如下步驟：S1.溫室定位信息獲取及溫室坐標(biāo)系的建立；S2.植物坐標(biāo)原點定位信息獲取及植物坐標(biāo)系的建立；S3.植物坐標(biāo)系與溫室坐標(biāo)系的統(tǒng)一；S4.植物三維點云數(shù)據(jù)獲取；S5.植物三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與三維模型構(gòu)建；S6.溫度場的分布模擬完成；

具體的說，本發(fā)明的原位引入植物三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行溫度場分布模擬的方法，其中每一步的具體步驟為：

S1.溫室定位信息獲取及溫室坐標(biāo)系的建立

采用UWB(Ultra Wide-Band)室內(nèi)定位技術(shù)獲取溫室的空間定位信息，用于確定目標(biāo)植株所在位置，將植株的三維坐標(biāo)原點統(tǒng)一為溫室坐標(biāo)；定位信息的獲取由4個基站和一個定位標(biāo)簽實現(xiàn)；