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| 1 | 作物高产群体LAI动态模拟模型的建立与检验显示文摘针对目前已有群体叶面积指数(LAI)模拟模型形式多样、参数较多以及应用性不强等问题,对春玉米、水稻和冬小麦的LAI及出苗至成熟天数进行归一化处理,分别将最大LAI和出苗至成熟天数定为1,以相对LAI(0~1)和相对时间(0~1)为参数进行LAI动态模拟,筛选、建立了一个适用于这3种作物的相对化LAI动态模拟模型y=(a+bx)/(1+cx+dx2)。其中,春玉米y=(0.0134+0.3234x)/(1-2.774x+2.4178x2),r=0.9859**;水稻y=(0.0777+0.0205x)/(1-2.73744x+2.0484x2),r=0.9865**;冬小麦y=(0.0131+0.0035x)/(1-2.4515x+1.5273x2),r=0.9719**。利用该模型,自拔节期起就能够较准确地进行LAI的动态预测,其在春玉米、水稻和冬小麦上的准确度(以k表示)分别为1.050、1.0357和1.1168,精确度(以R2表示)分别为0.8728、0.9270和0.9254。3种作物整个生育期内模型的模拟值与测量值的精确度均在0.98以上,准确度达0.86以上,表明相对化LAI动态模型能够准确地反映作物群体动态变化。模型不仅可以计算出作物生育期间的平均LAI、总光合势,还能计算任一时刻的LAI以及任一时段的光合势;结合田间调查,还可得到作物生长期间的平均净同化率和平均作物生长率等产量相关的重要生理参数。根据作物群体中各光合生理参数与产量的关系,提出了3种作物进一步增产的可能途径。 | 张宾 赵明 董志强 李建国 陈传永 孙锐 | 2007 | 作物学报2007，33，4： | 88 |
| 2 | 基于OpenGL的小麦形态可视化技术显示文摘形态可视化技术是虚拟植物研究的关键技术之一。本研究以小麦作物为对象,在提出小麦形态可视化技术框架的基础上,首先研究了小麦不同器官的三维几何建模技术,构建了基于器官形态特征参数的几何模型,包括叶、茎秆和麦穗几何模型。用NURBS曲面来模拟叶片和叶鞘;用圆柱体模拟茎秆的节间;并采用组合单器官的方式来构建麦穗模型:用圆柱体模拟穗轴,用椭球体和圆柱体分别模拟小穗的谷粒及小穗枝梗。然后,基于OpenGL图形平台,绘制了小麦器官的三维形态,并提出了颜色渲染、纹理映射、光照处理等真实感图形显示技术;最后,通过耦合小麦植株的拓扑结构模型以及小麦个体之间的相互关系,实现了小麦从器官-个体-群体三个层次的形态可视化,从而为构建可视化小麦生长系统奠定了技术基础。 | 伍艳莲 曹卫星 汤亮 朱艳 刘慧 | 2009 | 农业工程学报2009，25，1： | 43 |
| 3 | 基于形态模型的小麦器官和单株虚拟生长系统研究显示文摘为更加直观的展示小麦的整个生长过程,同时为教学科研提供支持,将系统分析方法和数学建模技术应用于小麦植株的形态建成,通过对小麦形态数据的定量分析,并结合前人的研究成果,构建了小麦形态建成模拟模型,包括叶片形态建成子模型(包括叶长、叶形、叶面积、叶片空中伸展曲线、茎叶夹角、叶色和叶片衰亡)、茎形态建成子模型(包括茎长和茎粗)、叶鞘形态建成子模型(包括叶鞘长和叶鞘粗)和麦穗形态建成子模型(包括穗长和麦芒)等。并以此为基础,结合已有小麦生长模拟模型WheatGrow,在Microsoft Visual C++平台上利用OpenGL构建了基于形态模型的小麦虚拟生长系统(WVGS),初步实现了小麦生长过程的可视化表达。建立的模型库主要包括形态模型、生长模型、可视化模型以及场景控制模型四部分。所建数据库主要存储气象数据、土壤数据和品种参数。系统运行结果表明该系统能较好地模拟小麦形态特征,能较逼真的实现小麦生长过程的虚拟显示。 | 陈国庆 朱艳 刘惠 曹卫星 | 2007 | 农业工程学报2007，23，3： | 33 |
| 4 | 植物叶面积系数法改进研究显示文摘植物叶面积计算是植物野外调查的重要关键内容,由于传统植物叶面积计算公式s=kab中,k值随物种的不同而存在很大差异,往往造成公式应用的困难。为了方便k值的正确选择,收集了具有代表性的9种形态的植物叶片,求出不同形态叶片的k值,为植物叶面积野外调查提供方便。k值计算方法为,利用计算机软件Image Pro Plus 6.0计算了植物叶片的面积、面积与外接矩形的面积比、最大直径、最小直径、宽度与长度共6个参数。借鉴传统植物叶片的分类方法,根据最大直径与最小直径的比值,将叶片分为披针形、长卵形、卵圆形、矩形或圆形4种类型,求出这4种类型叶片的k值分别为1/3,1/2,2/3和5/6。经过试验证明,公式在改进前,叶片面积k值的平均误差接近20%,改进后叶片面积的k值的平均误差仅为4%,叶片面积的估测误差明显降低。按叶形将叶片分类确定k值后,k值的选择方便快速,外业人员只需简单培训就可明显提升野外作业的效率和精度。 | 胡林 | 2015 | 中国农学通报2015，31，5： | 22 |
| 5 | 冬小麦叶色动态的量化研究显示文摘【目的】模拟小麦叶色变化的动态过程,为实现小麦生长的可视化表达奠定基础。【方法】以不同施氮水平下不同类型小麦品种的两个生长季田间试验为基础,通过连续测量不同处理条件下小麦主茎和分蘖不同叶位叶片的SPAD值,综合分析小麦叶片SPAD值随生育进程的变化规律及其与RGB值的关系,进而构建基于SPAD的冬小麦叶色变化动态的模拟模型。【结果】模型采用分段函数描述叶片SPAD值随生育进程的动态变化过程:第1阶段为基于二次曲线的叶色增强过程;第2阶段为相对稳定的功能期叶色维持过程;第3阶段为基于二次曲线的叶色减弱过程;并基于叶片氮含量表达了氮素供应水平对叶片SPAD值变化规律的影响,同时用线性方程描述了叶片SPAD值与RGB值之间的定量关系。利用独立的小麦田间试验资料对所建模型进行了测试和检验,显示不同时刻主茎和分蘖叶片SPAD预测值的平均RMSE分别为11.60%和9.03%。【结论】本模型具有较强的动态预测性和可靠性,为进一步建立虚拟小麦生长系统奠定了基础。 | 朱艳 刘小军 谭子辉 汤亮 田永超 姚霞 曹卫星 | 2008 | 中国农业科学2008，41，11： | 16 |
| 6 | 冬小麦麦穗生长过程的模拟研究显示文摘为了实现小麦麦穗生长过程的可视化表达,以不同氮肥处理条件下不同类型小麦品种的两年田间试验为基础,通过连续观测并记载不同处理条件下的小麦主茎和分蘖麦穗形态指标(包括穗长、穗宽和穗厚),综合分析了小麦麦穗形态指标随生育进程和环境条件的变化规律,并利用系统分析方法和动态建模技术,构建了冬小麦麦穗生长过程的动态模拟模型。结果表明,麦穗的伸长过程符合S型曲线,而不同蘖位麦穗的最终长度符合二次曲线,且在不同氮肥处理之间均差异明显;采用Logistic方程描述了麦穗长度的动态变化过程,用二次曲线和线性方程定量描述了穗形的动态变化过程,同时采用旗叶的SPAD值量化了氮素对麦穗生长特征的影响;并利用不同小麦品种的田间试验资料对所建模型进行了测试和检验。结果显示,不同时期麦穗穗长、穗宽和穗厚预测值的平均RMSE分别为0.28、0.05和0.04 cm。表明模型具有较强的动态预测性和可靠性,从而为进一步建立虚拟小麦生长系统奠定了基础。 | 谭子辉 朱艳 姚霞 田永超 刘小军 曹卫星 | 2006 | 麦类作物学报2006，26，4： | 14 |
| 7 | 不同播期冬小麦株型构建及其生育特征显示文摘针对黄淮平原中部冬小麦区秋季旱涝频发导致小麦播种推迟的现状,设计冬小麦10月15日(适期播种)、10月30日(中晚期播种)、11月15日(晚期播种)、11月30日(超晚期播种)、2月15日(早春播种)和3月1日(春播)6个播期,研究不同播期冬小麦株型构建及生长发育特征.结果表明:随着冬小麦播期的推迟,其生长发育进程加快,早春播种和春播与适期播种相比生育期缩短115~130d;10月30日(中晚期播种)之后的5个播期与适期播种相比株高降低,成穗数和有效小穗数减少;迟播小麦的叶位下移,冠层空间降低,叶面积减少;收获指数随播种期推迟由0.46(适期播种)提高到0.53(春播);冬小麦产量随播种期推迟显著下降,减产幅度最高达43.6%;冬小麦春季播种未经过冬季和早春阶段的自然低温处理,无春化过程依然可形成产量. | 张晓萍 杨慎骄 张笑培 白芳芳 王和洲 | 2013 | 应用生态学报2013，24，4： | 13 |
| 8 | 基于有效积温的冬小麦返青后植株三维形态模拟显示文摘【目的】基于有效积温,利用三维建模技术,实现小麦生长模型与形态模型的有机结合,真实表达环境因素对小麦生长发育和形态结构的影响,最终实现小麦生长过程的三维可视化,为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供重要参考。【方法】以天津地区主要推广小麦品种衡观35、济麦22和衡4399为材料,于2015—2016年冬小麦生长季内开展不同小麦品种和施氮水平的田间试验,采集各品种冬小麦在不同施氮水平下的叶长和最大叶宽等形态数据,通过分析各品种冬小麦返青后形态数据和有效积温的定量关系,用Logistic方程构建了冬小麦返青后叶片叶长、最大叶宽模拟模型,并对该模型进行检验;基于该模拟模型,计算各品种冬小麦返青后每个生长日的形态数据,借助OpenGL和NURBS曲面造型技术,构建冬小麦几何形态模型,最终实现冬小麦生长模型与形态模型的结合,实现了冬小麦返青后生长过程可视化。【结果】在不同品种、不同施氮水平下,小麦叶长回归方程R2值在0.772—0.983之间,F值在10.153—340.191之间,且Sig小于显著水平0.05,最大叶宽回归方程R^2值在0.853—0.999之间,F值在17.371—4 359.236之间,且Sig小于显著水平0.05,表明上述模型拟合度和显著性均较好。经数据检验,叶长模型绝对误差在0—3.88 cm之间,根均方差(RMSE)值在0.24—1.95 cm之间,最大叶宽模型绝对误差在0—0.28 cm之间,RMSE值在0.02—0.15 cm之间,表明所建模拟模型精度较高,该模型对不同品种冬小麦返青后的叶片生长具有较好的预测性;基于所建模拟模型计算冬小麦返青后逐日形态数据,可构造不同品种、不同施氮水平下的冬小麦植株形态,可逼真模拟冬小麦返青后植株动态生长过程。【结论】基于有效积温构建的冬小麦返青后叶长和最大叶宽模拟模型,可较好预测冬小麦返青后叶片生长状态,可实现小麦生长模型和形态模型的有机结合,实现不同品种冬小麦在不同施氮水平下的叶片生长可视化。 | 李书钦 诸叶平 刘海龙 李世娟 刘升平 张红英 高伟 | 2017 | 中国农业科学2017，50，9： | 12 |
| 9 | 大麦穗和茎秆生长的动态模拟显示文摘为了系统构建大麦形态发生模型,以生理发育时间为基础,用Richards方程模拟了大麦穗伸长、节间伸长和增粗的动态过程,并在不同品种不同播期大麦间进行了检验。结果表明,不同穗型大麦穗长预测值的绝对误差范围为0.05-1.66 cm,RMSE为0.33-0.75 cm。不同株型大麦各节间长度观测值与模拟值的绝对误差为0.04-6.08 cm,RMSE范围为0.43-4.43 cm;各节间粗度观测值与模拟值的绝对误差0.002-0.112 cm,RMSE范围为0.017-0.048 cm。模型表现出较好的预测性和一定的机理性。 | 徐寿军 顾小莉 许如根 杨建香 席文娟 庄恒扬 | 2007 | 麦类作物学报2007，27，2： | 12 |
| 10 | 水稻主茎三维形态建模与计算机模拟显示文摘探讨水稻主茎器官形态结构变化动态建模的方法,通过对对水稻主茎器官形态结构参数进行分析,构建出水稻主茎地面各器官的形态模型,并利用图形学技术重建出水稻主茎和水稻植株的三维可视化模型。模型具有较高的真实感效果,可控性强,为水稻虚拟生长提供可靠和普适的植株形态几何特征确定方法。 | 杨红云 罗威 何火娇 孙爱珍 | 2008 | 江西农业大学学报2008，30，6： | 11 |
| 11 | 基于脉序骨架的小麦叶精细建模研究显示文摘为了实现小麦叶形态结构的三维可视化,基于小麦叶的脉序特征,提出了基于脉序骨架的小麦叶片三维几何建模方法。用B样条曲线表示小麦叶片和叶鞘上的叶脉曲线,用球B样条模拟叶片和叶鞘上的叶脉骨架,再连接已生成的叶脉骨架上相应的点生成叶片和叶鞘上叶脉之间的叶肉,建立了具有明显的叶脉分布和厚度的小麦叶几何模型。该方法可用于其它平行叶脉植物叶片的精细建模,具有较好的真实感。 | 青克乐其其格 郭新宇 肖伯祥 温维亮 吴升 | 2012 | 农机化研究2012，34，5： | 8 |
| 12 | 大豆叶片三维重建及形变技术研究显示文摘目前,对于大豆叶片形态的静态模拟研究很多,并且技术已经比较成熟,但是对于叶片的三维重建以及形变建模技术研究很少,特别是形变建模技术是叶片模拟领域中的一个难题。为此,在已建立的二维大豆叶片模型的基础上,将其重构为三维模型,并提出了叶片形变建模方法,从而得到了更具有真实感的大豆叶片模型。所提出的大豆叶片形变建模方法,可为静态虚拟植物叶片建模研究提供必要的方法,具有一定的实践价值。 | 谢秋菊 苏中滨 孙红敏 | 2011 | 农机化研究2011，33，9： | 8 |
| 13 | 大豆茎秆、叶片及豆荚生长的动态模拟显示文摘以疆莫豆1号、蒙豆30、北豆5号为试材,在系统观测的基础上,构建了大豆茎秆、叶片和豆荚等器官的形态建成模型。模型以生理发育时间为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和豆荚的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础来确定其他的模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量来订正氮素的影响。不同品种不同播期的检验结果表明,节间长度的模拟误差在0.08~0.59 cm,RMSE在0.25~0.28 cm;节间粗度的模拟误差在0~0.10 cm,RMSE在0.04~0.05 cm;叶片长度的模拟误差在0.28~0.58 cm,RMSE为0.47 cm;叶片宽度的模拟误差在0.31~0.39 cm,RMSE在0.35~0.36 cm;豆荚长度的模拟误差在0.14~0.39 cm,RMSE在0.24~0.39 cm;豆荚宽度的模拟误差在0.09~0.21 cm,RMSE在0.14~0.17 cm;豆荚厚度的模拟误差在0.04~0.09cm,RMSE在0.06~0.07 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。该研究可为大豆器官形态的虚拟显示提供参考。 | 徐寿军 李志刚 杨恒山 陈传梅 赵达 郭艳锋 | 2013 | 农业工程学报2013，29，20： | 7 |
| 14 | 玉米地上主要器官形态建成的动态模拟显示文摘构建玉米茎秆、叶片和穗等器官的形态建成模型,可为玉米器官建成的定量预测和虚拟玉米生长系统的建立提供理论参考。以‘金山27’、‘先玉335’、‘伟科702’和‘郑单958’等玉米品种为试验材料,构建玉米器官形态建成的动态模拟模型。模型以生理发育时间(PDT)为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和穗的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础确定其他模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量订正氮素的影响。不同品种、不同试验点的检验结果表明,节间长度的模拟误差为0~2.5 cm,RMSE为0.2~0.8 cm;节间粗度的模拟误差为0.001~0.397 cm,RMSE为0.050~0.156 cm;叶片长度的模拟误差为0~2.6 cm,RMSE为0.5~1.1 cm;叶片宽度的模拟误差为0~1.5 cm,RMSE为0.1~0.5 cm;雌穗长度的模拟误差为0.1~1.4 cm,RMSE为0.4~0.7 cm;雌穗粗度的模拟误差为0~0.255 cm,RMSE为0.070~0.141 cm;雄穗长度的模拟误差为0.1~2.1 cm,RMSE为0.5~0.9 cm;雄穗粗度的模拟误差为0.001~0.158 cm,RMSE为0.050~0.066 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。 | 杨恒山 李莹莹 徐寿军 范秀艳 毕文波 高聚林 王志刚 | 2015 | 中国生态农业学报2015，23，2： | 6 |
| 15 | 肉饼兜兰叶片生长模型与解剖结构研究显示文摘以2种肉饼兜兰为试材,研究其叶片生长发育规律和解剖结构。结果表明:兜兰叶片生长动态呈现S型生长曲线,生长周期长,叶片寿命长。兜兰的叶片长度、宽度和叶面积随苗龄增大而增大,萌发新叶的间隔时间随苗龄增大而增长,新叶的发育周期随苗龄增大而增长。兜兰的表皮细胞厚,而叶肉细胞厚度低,叶片组织结构紧密度低,可能是导致兜兰虽为C_3植物但是营养生长速度慢的原因。兜兰的叶片厚、上表皮细胞巨大、角质层较厚、气孔下生型和龙骨状主叶脉发达,具有明显的旱生特点。 | 张英杰 初美静 刘学庆 张京伟 郭文姣 刘述河 孙纪霞 | 2017 | 热带作物学报2017，38，7： | 6 |
| 16 | 基于过程的小麦株型指标动态模拟显示文摘【目的】揭示小麦株型指标变化规律及播种密度对株型指标的影响。【方法】基于不同播种密度和不同株型品种的小麦田间试验,通过连续观测主要生育时期小麦主茎叶型和茎型指标,分析并模拟分层叶面积、叶向值、株高构成指数等株型指标的动态变化规律及播种密度对其的影响。【结果】不同株型品种分层叶面积指数(LAI)均表现为中部>上部>下部的分布特征,并随生育期的推进逐渐向中上部集中,且冠层中上部总是高密度群体LAI较大。所有品种高低密度间株高构成指数(穗下节与倒二节间长度之和与株高的比值,IL)均表现出显著差异,不同株型品种株高构成指数(n节间长与n节间加n-1节间长度之和的比值,In)表现为从下至上先减小后增大的趋势,且上部节间受密度影响较大。较为紧凑的矮抗58叶向值在不同密度下表现平稳,随生育进程略微表现为增大—减小—趋缓的趋势;较为披散的扬麦12号中高密度下随生育进程均表现为平缓—减小—平缓的趋势;扬麦16号则表现为平缓—减小—略微增大的趋势。在分析株型指标变化趋势和课题组已有形态模型的基础上,通过冠层切割和叶面积积分的方法模拟了叶面积指数的分层动态变化,利用组合的形态参数模拟了株高构成指数和叶向值的动态变化,并通过对形态指标的归类分析,构建了综合性株型构成指数,综合体现了叶型和茎型的动态变化。利用独立试验资料对分层叶面积指数、株高构成指数和叶向值的动态变化模型进行了检验,其平均RRMSE分别为17.44%、7.64%和10.66%。【结论】经检验,该模型对上述小麦株型指标具有较好的预测性。 | 张文宇 汤亮 姚鑫锋 杨月 曹卫星 朱艳 | 2012 | 中国农业科学2012，45，12： | 6 |
| 17 | 玉米/大豆套作体系中大豆茎秆生长过程模拟显示文摘为建立套作系统中大豆(Glycine max)茎秆生长过程的模拟方程,本研究以玉米(Zea mays)/大豆套作为对象,单作大豆为对照,3种不同株型大豆(南豆032-4、南豆12、九月黄)为材料,对两种种植模式下大豆茎秆生长进行定量化模拟。运用Richards方程[y=α/(1+βe-γx)1/δ],构建大豆茎长、茎粗生长变化的动态模型,方程参数α值(终极生长量参数)为各品种遗传参数,β值(初值生长量参数)、γ值(生长速率参数)和δ值(形状参数)在不同栽培模式、品种间变异较大,可见主要通过调节参数β、γ、δ值来实现对整个方程的调控。采用Logistic方程[y=α/(1+βe-γx)],构建大豆茎秆干重动态模型,β、γ值在不同栽培模式、品种间变异较大,主要通过调节参数β、γ值来实现对整个方程的调控。因此分别建立套作和单作栽培模式下的大豆模拟方程,构建大豆茎秆长、茎秆粗的生长动态模型,以及构建大豆茎秆干重积累的动态模型,所建立套作和单作生长模型方程精确度(R2)均在0.99以上。检验结果表明,模型对不同类型大豆材料在单套作体系下茎秆节间长度、粗度、干重都能很好的预测,能较好地拟合茎秆生长动态。本研究结果对探究玉米/大豆套作体系下大豆茎秆生长规律研究,具有一定的生物学意义。 | 杜勇利 周涛 杨欢 刘婷 官思成 邓瑜川 刘卫国 杨文钰 | 2018 | 草业科学2018，35，3： | 5 |
| 18 | 冬小麦麦穗小花的三维可视化建模方法的研究与实现显示文摘小麦麦穗器官的空间复杂性使其很难在虚拟中真实再现。为此,研究了冬小麦麦穗小花主要器官(麦芒、麦粒等)的建模方法。同时,提出了基于等高线的三维重建方法实现麦芒的建模,采用球面变形方程实现了麦粒以及内稃和外稃的建模。研究表明,利用新提出的建模方法可以有效实现麦穗小花主要器官的建模以及可视化模拟,虚拟效果可视化结果逼真度较高。 | 李梅 耿楠 | 2009 | 农机化研究2009，31，9： | 5 |
| 19 | 高时空分辨率及高通量的稻茬麦苗期表型指标动态特征研究显示文摘稻麦轮作系统周年土壤干湿交替决定着稻茬麦种植特有的生态特征,需要专门的耕种技术设计。为了用更高的时空分辨率表型方法描述稻茬麦的生长动态,使用扫描仪与图像处理软件Image Pro-Plus对自然平展态的冬小麦苗期表型指标进行测量,分析冬小麦苗期表型指标动态变化特征。结果发现,在更加精细的时空观测尺度上,基于单株及器官水平的表型指标定量有利于区分不同耕作处理引起的稻茬麦植株表型的细微变化及动态。免耕与旋耕2种耕作处理对部分茎叶指标在稻茬麦部分生理期内引起显著性差异,但这些差异在年度间的表现并不稳定。使用平均变化率指标描述>84d后的茎叶指标发现,总叶长与单株叶面积的数值最大,总根长次之,而耕作处理对总根长平均变化率的影响显著,两个年度的动态图都反映出免耕处理的小麦在播后60d左右平均叶倾角突然下降。因此,运用软硬件结合的精细时空尺度大田作物表型技术能够鉴别田间复杂环境因子对稻茬麦苗期茎叶指标动态的影响。 | 沈凤悦 李毅念 陈信信 丁启朔 丁为民 田永超 朱艳 曹卫星 | 2014 | 作物杂志2014，，5： | 4 |
| 20 | 大豆叶片生长特征的动态模拟研究显示文摘选择特定的大豆品种,在大豆种植过程中,采集叶片的生长信息,主要包括叶片的长出时间、单株叶片长、宽、叶柄长、叶面积变化等。对上述数据进行数学分析,获取叶片生长过程中其形态的变化规律,从而提出了大豆叶片生长过程的模拟方法。 | 孙红敏 郑萍 张继成 | 2007 | 东北农业大学学报2007，38，4： | 4 |
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