基于番茄生长发育模拟模型论文
温室作物生长模拟模型
• 2、国内
国内农业计算机的应用开始于 70 年代中期， 到80年代初期开始研究计算机应用于温室环境 的控制管理。进入90年代随着国外现代化温室 设备不断引进以及温室计算机应用水平的提高， 特别是现代化信息技术的飞速发展，也为设施 农业提供了前所未有的发展动力。但总体来说， 国内温室作物模型的研究方面尚处于前期准备 阶段或起步阶段。
• 荷兰 的作物生长模拟模型特点是强调作物的共性，只 要输入所需要的统一参数和数据，模型可适合于大多 数作物。这就决定于模型 在应用于评价农业生态系统 生产力和农场决策方面的研究工作较深入 。但模型对 播种密度，光合产物在各器官分配受光温水影响，库 和源间的关系和根系生长及其对养分和水分吸收机理 考虑较粗。 • 美国建立的作物生长模型，深入考虑作物共同生长机 理，还强调各种作物的特点，建立不同作物生长模拟 模型。 主要目的是研究作物生长生物化学过程和环境 的关系及解决作物栽培和管理中的一些实际问题 ，为 作物生长管理和决策提供依据。
1. 基于现场总线技术的 计算机分布式控制系统
现场总线计算机分布式控制系统示意图
国内首创的新一代网络集成式全分布温室控制系统 系统特点
①现场控制设备具有通信的功能，具有设备之间互可操作性， 便于构成底层控制网络；
②通信标准公开一致，使系统具备良好的开放性；
③功能块与结构规范化，使相同功能设备间具有互换性； ④控制功能下放到现场，系统结构具备良好的机动灵活性； ⑤用一对双绞线可挂接多个控制设备，节省安装和维护费用； ⑥采用数字传输监控信息，大大提高了系统的可靠性；
三、现状与问题
• 相当一部分温室、尤其是大型连栋温室生产效益低。 • 生产能耗大、成本高。 • 温室环境调控能力和调控水平、生产管理水平低，仍主要是 依据管理者个人经验和主观感觉进行决策的粗放式管理。 • 温室环境调控与生产管理设施未完善配套。 • 温室是一个复杂的系统，室内环境受外界自然条件、结构和 环境调控设施等因素影响；而温室栽培植物的生长和产量、 品质是环境、水肥和生产管理等多因素综合作用的结果。因 此，温室环境的合理调控和生产高效管理是一项复杂的工作， 只有依靠有效的调控管理设施，采用现代计算机信息技术， 实行智能化调控，才可以达到理想的效果。
基于结构功能模型实现番茄植株产量优化
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建模原理
"#$$%&’( 模型 植株生命初期， 生长所需生物量来源于种子。
模型为简化处理， 将果实作为整体进行研究， 每穗果 的结果数目作为输入值， 物质在同穗果实间平均分 配。为此， 本研究以园艺作物番茄为研究对象， 基于 结构功能模型 !2//3456， 结合温室环境的可控性和 计算机软件设计， 模拟番茄器官的形成和生长、 光合 生产， 重塑植株几何形态结构； 并通过密度试验， 分 析在一定环境下单个果实生长发育与植株整体生物 量的分配关系， 完善 !2//3456 模型在果实方面的处 理功能， 从而实现植株坐果与产量优化。
［!］
“植物生长模型” 利用数学模型结合计算机技 术、 植物学、 生物学等对植物生长发育过程进行模拟 与研究。数学模型可以分为结构模型、 功能模型和 结构 功能模型， 著名的结构模型有法国的 4C4DE8. ［" &］ 和加拿大的 +7E:EB). ； 功能模型有棉花生长模型
［ ］ 以及我国 ’F00GC 和 H6I60 系列作物生长模型 2 ，
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番茄群体冠层形态结构三维模拟——基于实测数据
2012年2月农机化研究第2期番茄群体冠层形态结构三维模拟一基于实测数据袁晓敏1’2，温维亮2，郭新宇2，王传宇2(1．首都师范大学信息工程学院，北京100048；2．北京农业信息技术研究中，L'／农业部农业信息技术重点开放实验室，北京100097)摘要：为了提供较精确的作物冠层几何模型进行作物冠层光分布计算研究，首先实际测量番茄器官、个体及群体的形态特征参数，进而基于实测数据对番茄器官、个体及群体进行三维重建，使用C++语言和O penG L函数库，开发了番茄群体可视化软件，可实现番茄群体三维模型的快速生成。
基于精确器官模型和实测数据建立的番茄群体三维模型，较好地反映了群体冠层结构的基本特征，为作物冠层生产力计算和评价建立了几何模型基础。
关键词：番茄群体；实测数据；特征参数；冠层结构；三维模拟中图分类号：s641．2；S126文献标识码i A文章编号：1003—188X(2012)02—0172—050引言番茄是我国重要的蔬菜作物，利用数字植物技术重建数字番茄技术体系¨o，以三维可视的方式对番茄的生命过程和生产过程进行分析、设计和模拟十分必要。
特定番茄冠层的形态结构体现了品种遗传特征、光辐射和土壤水肥条件等环境因素、植株冠层之间与植株冠层内部的相互作用关系，直接影响着其光合作用和生产力。
优化番茄冠层形态结构以提高光能利用率进而提高产量，是番茄理想株型研究的一项重要课题。
近年来，随着计算机图形学的发展，应用虚拟现实技术将真实的植物个体和群体在计算机上进行重建已经成为可能，一些学者已经在玉米和水稻群体可视化方面做了不少尝试。
郭焱等拉1应用一般二次方程描述玉米叶片曲线和叶形，采用较少参数面显示了较真实的玉米群体结构，实现了玉米冠层的三维重建。
王锡平等旧1利用玉米冠层内植株各器官的实测三维空间坐标进行冠层结构分析，并且建立了太阳光在玉米冠层内直接辐射分布模拟模型。
孟军等【41采用三角形逼近法，实现了秋光和沈农265两个水稻品种的群体冠层三维可视化模拟。
基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统
第24卷第1期农业工程学报V ol.24 No.12008年1月 Transactions of the CSAE Jan. 2008 193 基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统丁维龙1，熊范纶2，梁荣华1（1．浙江工业大学信息工程学院，杭州 310014；2．中国科学院合肥智能机械研究所，合肥 230031）摘 要：为改进传统农业专家系统的决策性能，动态表达其决策结果，提出并实现了基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统。
介绍了系统的总体框架与功能模块，分析了系统实现的若干关键技术，如开发工具、知识表示方法、知识库的构建、虚拟番茄生长模型等。
系统综合运用推理、预测、可视化与解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,可视化模拟和预测温室番茄的生长发育进程。
基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统初步实现了积温模型、形态发生模型与专家系统知识模型的综合集成,更适合温室番茄栽培管理的实际需要。
试验表明该系统具有较好的应用前景。
关键词：作物栽培管理；专家系统；虚拟植物生长模型；番茄中图分类号：TP182；S625.5文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2008)-1-0193-05丁维龙，熊范纶，梁荣华. 基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统[J].农业工程学报,2008,24(1):193－197.Ding Weilong, Xiong Fanlun, Liang Ronghua. Expert system for tomato planting management in greenhouse based on virtual growth model [J]. Transactions of the CSAE, 2008, 24(1)：193－197. (in Chinese with English abstract)0 引 言近年来，基于作物生长模拟模型的农业专家系统研究与应用，逐渐受到人们的重视。
基于番茄生长模型的决策控制系统研究
w
p
表 1 番茄生长数据正态性检验结果
0. 822
0. 042
X1
0. 858
0. 087
X2
0. 921
0. 421
X3
0. 877
0. 052
X4
0. 952
0. 820
直径 furitL 之间的相关性也比较强。
5. 1 温度控制
在讨论苗期番茄生长模型时,通过调研和实验发
现,番茄在苗期生长发育的最适温度范围为白天 20 ~
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第 13 期
2023 年 7 月
No. 13
July,2023
无线互联科技·智能控制
者更好地了解和掌握番茄生长的情况,从而实现更加
精准的生产管理。
于 1,而且 p≥0. 05,这表示整个样本数据符合正态分
布要求,因此可以使用皮尔逊相关系数进行分析。 番
决策,提高农业生产效率和经济效益。
长和增加产量。
5. 3 光照控制
参考文献
光照对番茄生长非常重要。 番茄是一种喜光作
[1] 杨敏慎,刘晓雨,郭辉. 气候变暖和 CO 2 浓度升高
棚中光照充足,番茄植株的生长速度会加快。 而过强
246 - 258.
物,能够利用光合作用产生能量,促进生长。 温室大
与土壤湿度呈正相关。 同样,土壤湿度 dayS 和果实
检验法对番茄生长数据进行正态性检验,基于两个假
5 温室环境的控制措施
的方法,利用观测数据进行实现。 使用 Shapiro - Wilk
设———样本来自的总体分布服从正态分布( H 0 ) 或不
温室番茄动态生长发育模拟模型的技术研究
溫室番茄動態類比技術與類比系統孫忠富陳人傑（中國農業科學院農業氣象研究所 100081）摘要：本文基於對國內外溫室作物模型研究的現狀分析，結合中國溫室作物和環境資源的特點，初步建立了以太陽輻射爲基本驅動因數的溫室番茄生長發育動態模型，並在此基礎上開發出了基於WINDOWS 平臺的類比系統。
該模型包括了太陽輻射、碳平衡、植株形態發育、幹物質分配等作物生長發育的重要過程，使模型具有相對完善的功能。
電腦類比系統採用了MS Visual Basic 6.0 和MS PowerStation Fortran 4.0混合語言編程技術，使類比系統在介面和功能上達到了較好的統一。
由於對機理模型研究的複雜性，今後尚需要對某些模組進行改進、並對某些相關參數進行不斷的調試與驗證。
關鍵字：溫室模型; 專家系統; 溫室番茄; 作物模型; 溫室控制1 前言通過建立溫室作物模型，開展作物類比技術的研究，是進行溫室環境和作物生長發育精准化控制和定量化管理的核心技術。
自二十世紀八十年代開始，一些設施農業發達國家開始從事作物模型的研究，並取得了不少成果。
如以色列、美國等科學家聯合開發了TOMGRO溫室番茄模型；荷蘭的Spitters建立了TOMSIM 溫室番茄模型；荷蘭的Marcelis針對黃瓜、番茄和甜椒等作物進行了研究，也分別建立了類比模型；荷蘭與以色列及美國等科學家還聯合開發了著名的HORTSIM 作物類比系統，是目前溫室園藝作物類比技術發展的典型代表，模型中包括了番茄、黃瓜、甜椒、甜瓜等多種園藝作物的模組。
此外，以色列還針對萵苣和玫瑰等建立了類比模型。
從總體上來說，這些模型的研究和建立不僅豐富了園藝作物模型的理論，也促進了作物類比技術的發展，同時也爲科學研究和實際應用提供了強有力的支援。
我國開展作物模型研究的歷史相對較短，主要集中在大田作物上，如對小麥、水稻、棉花等作物都取得了一定的研究成果，但是對溫室園藝作物的研究，則剛剛起步，甚至處於空白領域。
选题指南
本系统包含前台客户端和远程服务器端，整体结构采用B/S模型。其中前台Web应用程序开发使用微软可视化开发平台的工具之一-- ，远程服务器端以MS SQL Server 2005为数据库管理系统，包含气象信息数据库、知识库与模型类库（加工番茄生长发育模型与氮素优化模型）。用户可以在客户端远程调用服务器端数据库以完成品种参数网络调整。系统框架采用结构化方法，自顶向下，运用Microsoft Visual C#设计加工番茄精确管理知识模型类库、气象数据生成模型类库、数据库访问中间件以及用户界面,系统数据库结构设计采用MS SQL Server 2005。其中,加工番茄精确管理氮素优化模型类库的开发采用面向对象编程继承中的实现继承,在实现继承中,派生类型的每个函数采用基类型的实现,即根据管理模型的功能结构,在基类Common Class中定义几个功能模块和控制模块为虚函数,在管理模型类库中继承该基类以完成具体功能。
论文（设计）地点
石河子大学
立题依据
精准农业将农业技术和信息技术结合，相互渗透,能极大提高资源效率。其中作物模拟模型是实现精准农业的桥梁和纽带，作物模拟技术是信息农业的核心技术之一。本研究结合土壤养分供应，以加工番茄作物生长发育模型及氮素吸收模型为基础，将加工番茄的生长发育与生育期的温度等气象条件相结合，建立加工番茄生长发育模型，并将生长发育模拟模型与加工番茄的氮素吸收动态耦合，建立其临界氮浓度稀释模型，并由此建立加工番茄临界氮素动态累积与需氮量的定量化模型，为实时、定量地确定加工番茄施氮量提供理论依据，实现加工番茄氮素管理精准化、智能化，项目对干旱区膜下滴灌作物栽培实现信息化、智能化管理将有重要的理论意义和实际应用价值。
石河子大学毕业设计选题指南
温室甜瓜生长模型的研究及栽培管理专家系统的建立
温室甜瓜生长模型的研究背景
温室甜瓜生长模型的研究主要涉及到农业生物学、植物生理学和环境科学等 领域。在过去的几十年里，许多学者对温室甜瓜的生长规律、环境因素对甜瓜生 长的影响以及甜瓜品质与产量的关系等方面进行了大量研究。这些研究为建立温 室甜瓜生长模型提供了重要的理论基础和实践经验。
温室甜瓜生长模型的研究意义
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1、植物生长模型模块：用于描述作物的生长过程、环境因素对作物生长的 影响以及作物品质与产量的关系等。
2、数据分析模块：用于对采集到的温室环境数据进行分析和评估，为管理 者提供决策支持。
3、知识库模块：储存了大量的农业专家知识和经验，能够为管理者提供作 物栽培、病虫害防治等方面的指导。
4、交互界面模块：为用户提供友好、直观的操作界面，方便用户进行数据 输入、分析和结果展示。
3、系统实现了对温室环境参数的实时监测，有助于及时发现问题并进行处 理；
4、提供了友好的用户界面，使用户能够方便地进行操作和维护。 然而，该系统也存在一些不足之处：
1、系统的准确性和稳定性有待进一步提高； 2、专家知识的获取和整理仍需不断完善和更新；
3、系统的应用范围仍有一定的局限性，需进一步拓展和完善。
基于Web的温室作物栽培管理专 家系统研究现状
基于Web的温室作物栽培管理专家系统是近年来温室农业的另一个研究热点。 该系统通过融合物联网、大数据、人工智能等技术，提供对温室环境的实时监测、 数据分析、作物生长预测等功能。目前，国内外已有多个研究机构和企业在开展 相关研究，并取得了一定的成果。例如，荷兰的AgroWeb公司开发了一套基于Web 的温室作物栽培管理专家系统，实现了对温室内环境参数的实时监测和数据挖掘， 为农业生产提供全方位的决策支持。
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基于番茄生长发育模拟模型的研究[摘要]自20世纪60年代开始农业模拟模型研究以来，经历40多年的迅速发展，该领域的研究成果已是非常之多。
本文对近年来国内外就番茄生长发育模拟模型的研究进行概况，为番茄模拟研究提供参考。
[关键词]番茄模拟模型概况
中图分类号：tv149 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）04-0300-01
番茄在我国各地普遍栽培，但生产上主要还是凭经验管理。
目前国外已经发展和建立了温室内环境控制模型和许多作物的生长
模型，特别是在番茄作物上。
这些模型总结了人类对作物行为的了解和作物对其生长环境的要求，并且已经广泛应用于温室生产方面。
目前绝大多数温室缺乏系统的环境监测和环境调控设备，难以开展作物生长发育模拟模型的研究，因此温室内作物配套栽培技术往往缺乏量化科学管理指标[1]。
北方日光温室不同于大型现代化温室，设施的调控能力还很差，因此只能借鉴国外已有的技术和模型，研究与我国北方日光温室气候相适应的番茄生长模拟模型。
根据统计资料显示，在作物模型的研究中有关园艺作物模型的研究仅占5 %左右，但随着对作物生长发育机理和模拟技术研究的不断深入以及现代设施园艺的发展，园艺作物的模拟研究得到逐步重视并取得重要进展，促进了整个作物模型研究的理论与技术发展，且丰富了作物模型研究的内涵。
对于园艺作物模型，荷兰依旧保持着研究领域的领先地位，比较有代表性的成果是与以色列等国合作开发的hortistm （horticultural simulator，园艺模拟器），以及与以色列、美国等共同研制开发的温室番茄生长发育模拟模型tomgro等[3]。
hortisim本质上是一个综合的通用模拟模型系统，通过一系列的研究和技术集成，以建立通用模拟工具为导向，实现对番茄、黄瓜、甜椒等多种园艺作物生产发育过程的模拟。
目前该系统己在荷兰和以色列等国家进行了大量的实验验证，但其瓶颈是没有实现交互性友好、操作管理方便的用户界面，这在很大程度上制约了模型与模拟系统的实用化发展。
在园艺作物模拟研究方面，美国除了与荷兰、以色列等国进行合作研究外，还开展了大量的工作，如卡罗莱纳州立大学进行了常见温室作物栽培模型的研究开发工作；加立福尼亚州立大学和美国computer associates软件开发公司合作开发了常见温室花卉栽培管理模型气密执根州立大学研制开发了温室花卉决策支持系统greenhouse care system，该系统通过温差对花卉的株高进行精确控制，达到定时上市的目标，是一个比较成功的作物模型，已被农场主广泛应用。
由于独特的地理位置和气候环境，以色列比较重视设施农业的发展，较早地进行了园艺作物模型的研究工作，并积极开展国际交流与合作，与荷兰、美国等国家进行了园艺作物模型的共同研究，如hortisim园艺模拟器和tomgro温室番茄生长发育模拟模型等。
tomgro模型的研究始于20世纪80年代中期，它主要通过对番茄的生长发育与太阳辐射、n度、c02等环境因子间的作用关系进行研究，对番茄的生长发育过程进行科学管理和产量预测。
该模型的1.0版本用fortran-77语言编程，包括1个主程序和15个了程序，通过采用7个基本的作物生理因子向量组（叶片、茎、果实的数量、干重与叶面积指数）对整个模型进行描述，共有69个状态变量，涉及到近270个过程变量。
但是，该版本由于涉及变量众多，推理运算过程过于复杂，特别是某些变量之问存在相互交互作用，因而在应用上具有一定的局限性；同时山于该模型植株根系发育、冠层结构、水分与营养物质平衡和病虫害等部分只作了简单的分析，因此还需要作更深入的研究来提高模型的科学性和应用性。
总体来看，在几个典型的模型与模拟系统中，hortisim注重通用化、模块化的研究设计，为模型的标准化技术提供了技术支持，但在面向用户的设计中未实现友好、实用的交互界面，从而限制了模拟系统的应用发展：tomgro开发时问长，研究内容得到不断完善，特别是干物质积累分配、植株物候期等方面研究较为成熟，并结合图形示踪法应用于番茄产量的评估预测，以生产优化曲线为依据对生产过程中的控制管理进行指导，但该模型中变量、参数复杂，且在植株水分、营养、根系以及空间组成等部分研究较少；tomsim属于机理型模型，它主要对作物冠层内的光合作用速率进行了重点研究，特别是针对不同冠层层面太阳辐射、叶面积指数的动态变化进行了深入研究，增强了光合作用模拟研究的精确性和完善性，但在
其它方面的研究明显不足，特别是借鉴大田作物研究成果的模拟部分未进行有效的实验验证和参数修订。
我国在作物模型方面的研究工作比国外起步晚近20年，与国际先进水平有一定差距。
随着园艺科学和设施农业的发展，以及设施农业中对精确化控制管理技术的日益需求，近年来我国对园艺作物模型的研究越来越重视，己在作物栽培、生理生态、环境模拟等方面开展了很多研究，积累了大量的基础资料，并相继建立了一些简单的统计模型，为进一步开展机理型模型研究奠定了基础。
进入20世纪90年代，特别是近几年来我国大量引进国外现代化温室设施。
到目前为止，我国国内在利用模型来模拟番茄的生长和产量预测上的研究并不多。
周晓峰等建立了塑料大棚番茄—棉铃虫管理系统的模拟模型，利用经验方法和回归分析，模拟了番茄的净光合产物，又根据干物质的分配比例，分配给根茎叶和蕾花果各器官；利用有效积温来预测株高、主茎节数、花序数、蕾花果的数量及脱落数。
陈人杰在总结国外（主要是hortisim和 tomgro）番茄模拟模型的基础上，结合我国设施农业的发展现状与水平，建立了以番茄光合作用为核心、以干物质积累分配和植株形态发育为上要内容的温室侨茄生长发育动态模型，并结合北京地区的气候资源，进行了模拟实验。
综合上述番茄模拟模型国内外研究动态，不难看出：虽然我国在基于模拟模型建立番茄经验模型方面做了大量工作，但对番茄模拟模型本身的研究尚不够深入和系统，这主要表现在以下几个方
面：
（1）对番茄生长发育的某些生理过程及产量形成所建立的模型大多属于经验性模型，缺乏机理性。
（2）对番茄生长发育的生理过程的机理性模拟模型虽然做了一些工作，但不够全面、深入，缺乏系统性。
（3）对番茄生长发育的生理过程的机理性模拟模型大都引进外国的现有模型，模型的适应性差，参数确定困难。
（4）没有将番茄模拟研究与番茄栽培优化原理相结合。
随着作物模拟技术的不断深入，利用虚拟现实技术进行作物仿真的研究也成为作物模拟领域的热点问题，该项技术在研究作物空间结构、形态发育、太阳辐射群体分布、生理形态发育机制等方面具有深远意义和广阔的应用前景。
参考文献
[1] 孙忠富，陈人杰.2001.温室西红柿动态模拟技术与模拟系统国际果蔬技术论坛设施园艺专题研讨会论文集.南京农业大学园艺学院86-93.
[2] 罗新兰李天来等.日光温室气象要素及番茄单叶光合速率日变化模拟的研究.园艺学报，2004，31（5）：607～612.
[3] bouman bam，et al，1992.standard relations to estimate ground cover and lai of agricultural crops from reflectance measurements[j]. eur j agric，1：249-262.
作者简介
符特（1981—），男，讲师，硕士，主要从事机械工程研究。
基金项目
高职院校民族传统体育文化传播的创新研究（gdgz12y084）.。