农业气象环境模拟的虚拟仿真实验设计

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家庭农场仿真实验最佳方案

家庭农场仿真实验最佳方案

家庭农场仿真实验最佳方案一、背景介绍家庭农场仿真实验是一种新型的教学模式,通过模拟真实的农场环境和经营管理过程,让学生在虚拟的环境中体验农业生产和经营。

这种教学模式可以帮助学生更好地了解农业生产和管理知识,提高他们的实践能力和创新能力。

二、实验目标1. 帮助学生了解家庭农场的经营管理流程和技术要点;2. 培养学生的实践能力和创新能力;3. 提高学生对农业发展的认识和贡献。

三、实验内容1. 家庭农场建设:包括土地选址、土地改良、建设规划等;2. 农作物种植:包括作物选择、育苗、田间管理等;3. 养殖管理:包括动物选择、饲养管理等;4. 产品加工与销售:包括产品加工方式、销售渠道等。

四、实验步骤1. 家庭农场建设阶段:(1)确定家庭农场规模和选址;(2)进行土地改良工作,如施肥、松土等;(3)制定家庭农场建设规划,包括建设时间、投资预算等。

2. 农作物种植阶段:(1)选择适合当地气候和土壤的作物;(2)进行育苗工作,如选种、播种、育苗箱管理等;(3)进行田间管理工作,如施肥、灌溉、除草等。

3. 养殖管理阶段:(1)选择适合当地气候和市场需求的动物;(2)进行饲养管理工作,如饲料配制、疫病防治等。

4. 产品加工与销售阶段:(1)选择适合当地市场需求的产品加工方式;(2)开发销售渠道,如线上销售、线下销售等。

五、实验要求1. 实验时间:建议实验时间为一个学期,约为16周;2. 实验人数:每组5-8人左右;3. 实验设备:需要提供计算机和网络环境支持;4. 实验评估:根据实际情况制定实验评估标准,并对学生进行综合评价。

六、实验效果1. 提高学生对农业生产和经营的认识和理解能力;2. 增强学生的实践能力和创新能力;3. 促进学生对农业发展的关注和贡献。

七、实验难点及解决方案1. 实验难点:如何模拟真实的农场环境。

解决方案:可以通过虚拟现实技术来模拟真实的农场环境,让学生在虚拟的环境中体验农业生产和经营。

2. 实验难点:如何提高学生的参与度和积极性。

物联网智慧农业系统设计与模拟实验

物联网智慧农业系统设计与模拟实验

物联网智慧农业系统设计与模拟实验随着科技的快速发展和人们对食品安全和效率的追求,物联网智慧农业系统成为了农业领域的热门话题。

本文将探讨物联网智慧农业系统的设计及模拟实验,并介绍其在农业生产中的应用。

物联网智慧农业系统是一种通过传感器、无线通信和云计算等技术手段,将农业生产过程中的各种数据进行采集、传输、储存和分析处理的系统。

通过智能化的管理和控制,可以实现对农作物的全过程监测和调控,提高农业生产的效率和质量。

首先,物联网智慧农业系统的设计需要考虑到农作物的生长环境。

传感器可以用于感知光照、温度、湿度、土壤水分等环境参数,通过无线通信技术将数据传输到云端。

云计算平台可以对这些数据进行实时分析,生成相应的报告和指标,供农民和农业专家参考。

通过对农作物生长环境的监测和调控,可以提高作物的产量和品质。

其次,物联网智慧农业系统的设计还需要考虑到灌溉和施肥的自动化控制。

通过激光、超声波等技术,可以实现对土壤水分和肥料浓度的无损检测。

根据检测结果,系统可以自动调节喷灌装置和肥料供应装置,实现对农作物的精准灌溉和施肥。

这样不仅可以节约水资源和肥料,还可以减少环境污染,提高农作物的抗病虫害能力。

此外,物联网智慧农业系统还可以通过图像识别和机器学习等技术,实现对农作物的病虫害智能监测和预警。

通过使用高分辨率摄像头对农田进行拍摄,并将图像传输到云端进行分析,可以识别出农作物叶片上的病虫害病斑。

系统可以根据病斑的种类和分布情况,自动生成病虫害防治方案,并向农民发送预警信息,提醒其采取相应的防治措施。

另外,物联网智慧农业系统还可以通过远程操作和智能设备的控制,实现对农业机械和设备的自动化管理和维护。

例如,通过使用无人机和机器人等设备,可以实现对农田的巡查和作业。

系统可以根据巡查和作业数据,对农田进行分析和评估,向农民提供相应的建议和指导,实现对农业生产全过程的实时监控和调控。

在物联网智慧农业系统的模拟实验中,可以使用仿真软件和传感器节点进行模拟操作和数据采集。

景观小气候环境设计模拟仿真实验原理

景观小气候环境设计模拟仿真实验原理

景观小气候环境设计模拟仿真实验原理景观小气候环境设计模拟仿真实验是通过使用计算机仿真技术,建立景观小气候环境的模型,并通过对模型的模拟和分析,提供相关设计方案和预测景观小气候环境变化的可行性研究。

景观小气候环境设计模拟仿真实验的原理主要包括以下几个方面:一、模拟场景建立:模拟实验首先需要选择合适的研究区域和相关的气象数据,如气温、湿度、风速等。

然后根据研究区域的地形、植被类型、建筑物布局等因素,建立相关的场景模型,包括地形模型和植被模型。

地形模型可根据实地数据进行三维建模,植被模型可以通过植物分布数据进行创建。

二、模拟参数设定:在建立场景模型之后,需要确定所需模拟的参数。

参数主要包括气象参数、植被参数和地形参数。

气象参数包括气温、湿度、风场等;植被参数主要包括植被类型、植被高度、植被覆盖率等;地形参数包括地形高度、地形起伏等。

三、数值模型建立:模拟仿真实验需要建立数值模型来描述实验中的物理过程。

数值模型主要包括大气传输模型、植被能量平衡模型等。

大气传输模型用于计算风场和能量传输过程,可以采用Navier-Stokes方程和卡门热力学方程等;植被能量平衡模型用于描述植被与大气之间的能量交换,可以采用Penman-Monteith方程等。

四、数值模拟计算:在确定好数值模型之后,需要对模型进行数值计算。

通过计算模型中各个变量的分布和变化,可以得到景观小气候环境的相关数据,如温度分布、湿度分布、风速分布等。

五、结果分析和评估:分析和评估仿真实验的结果是实验的重要环节。

可以通过比较不同场景的模拟结果,评估不同设计方案的优劣;也可以与实际测量数据进行对比,检验模拟结果的准确性。

通过景观小气候环境设计模拟仿真实验,可以为景观设计提供科学、系统的参考。

通过模拟和分析,可以预测不同设计方案下的景观小气候环境变化,为设计者提供优化和改进设计的依据。

模拟实验还可以帮助人们更好地理解景观和气候之间的相互作用,为改善城市热岛效应、提高城市空气质量等问题提供参考和解决思路。

气象虚拟场景方案

气象虚拟场景方案

气象虚拟场景方案背景气象预报是国家防灾减灾工作不可或缺的一部分,它可以帮助各级政府、企事业单位和个人预知天气变化,进行科学合理的安排和决策。

然而,传统气象预报方法存在一些问题,如数据精度、信息传播等方面不足,这些问题导致了后续决策不够全面、准确和科学。

因此,气象虚拟场景方案应运而生。

概述气象虚拟场景方案是利用现代科技手段模拟气象场景,预测未来天气变化的一种方案。

它可以通过虚拟现实技术等手段,将气象数据、天气系统、空气流场等信息虚拟呈现出来,使人们感受到真实的气象情况。

这种方案可以更加全面地展现天气变化情况,提升气象服务质量和针对性。

实现方式气象虚拟场景方案的实现方式多样,以下是其中的几种:虚拟现实技术虚拟现实技术可以通过仿真气象系统和天气场景,将真实情境呈现至用户面前。

用户可以通过VR设备、AR设备等看到并互动天气场景,了解天气气象和暴雨洪涝等天气灾害预警信息。

可视化工具通过可视化工具对气象场景进行三维可视化处理。

三维地球系统可视化,包括高峰、经线、边界、天气状况等要素,形成了生动、直观的气象仿真地球。

空间数据可视化通过空间数据可视化方法(比如卫星监测技术、雷达数据处理技术)将气象场景数值化、可视化,以便于更多人群理解、使用气象数据信息。

应用价值气象虚拟场景方案的应用为气象服务提供了更好的手段与技术支持,可以起到以下几个方面的作用:提升天气服务的针对性利用气象虚拟场景方案能够提供更加细致、更加针对性的天气预报服务。

在天气预报方面,它能够让用户预先感受到未来的天气情况,适时调整行程、通勤路线,避免天气灾害和安全事故的发生。

提高气象工作效率利用气象虚拟场景方案,气象工作者能够更加直观地查看气象数据,分析成因并进行精细化操作和预测分析,为相关部门提供更加全面的气象服务支持。

安全生产领域的应用在安全生产领域,气象虚拟场景方案可以用于风电、航空、建筑等领域的气象预测和安全控制。

通过渲染气象系统场景,预测特定天气下的风险并进行全面的安全性评估,从而减少作业现场事故率。

仿真与虚拟农业技术课程设计

仿真与虚拟农业技术课程设计

天津农学院计算机科学与信息工程学院课程设计报告设计题目:基于L系统的虚拟植物模型设计学生姓名学号专业班级任课教师成绩评定2013 年12月目录一摘要 (1)1 L—studio软件的简单介绍 (1)2 虚拟植物生长 (1)3 参数L系统 (1)4 研究方法:分形理论 (1)二L--system程序及分析 (2)三.视图文件及分析 (3)四.效果截果 (4)五.总结与参考文献 (9)一摘要L—studio软件的简单介绍本设计是参照《仿真与虚拟农业技术》教材整本书以及老师课堂上的讲解编写出来的。

这株虚拟树的设计是借助L—studio的软件工具而生成。

L—studio是基于L系统的Windows软件,用于创建模拟模型并进行模拟实验,它的本质就是一个字符重写系统。

L—studio由以下几个部分组成:·两个基于L系统的模拟程序:cpfg和lpfg·一套建模实例,每种植物都作为一个L—studio对象存储·用于组织和使用所建模型(位于本地或远程机器中)的图形浏览器·系列用于创建和修改对象的编辑器和其他建模工具·用于模拟影响植物生长环境的程序库虚拟植物生长通过对植物生理生态过程的模拟,能够预测不同环境条件下生长的植物的某些综合指标,而在植物形态结构和环境因素的时空变异对植物生长的影响等方面进行了简化处理。

虚拟植物生长是对植物在三维空间中的结构发育与生长过程的计算机仿真,是植物学家进行研究的重要工具。

参数L系统我这次所涉及的植物----树,用的是L系统主要类型中的:参数L系统。

参数L系统将字符串的重写过程扩展到了带有参数控制的单词扩展过程,从而实现了既能生成丰富、灵活的植物图形,又能实现其过程可控性。

研究方法:分形理论这次虚拟植物生长模型主要运用的研究方法是分形理论,分形理论的数学基础是分形几何学,即由分形几何衍生出分形信息、分形设计、分形艺术等应用。

分形几何学是以非规则几何形态为研究对象的几何学分支,由于不规则现象在自然界普遍存在,因此分形几何学又被称为描述大自然的几何学。

如何在虚拟现实技术中实现真实的气候和天气模拟效果

如何在虚拟现实技术中实现真实的气候和天气模拟效果

如何在虚拟现实技术中实现真实的气候和天气模拟效果虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)作为一种先进的交互式技术,已经在各个领域取得了令人瞩目的进展。

然而,在实现真实的虚拟现实体验过程中,模拟真实的气候和天气效果是至关重要的一环。

本文将就如何在虚拟现实技术中实现真实的气候和天气模拟效果展开讨论。

在虚拟现实技术中实现真实的气候和天气模拟效果,首先需要建立一个复杂而逼真的气候系统模型。

这个模型应该能够模拟出各种气候现象,包括温度、湿度、风力、降雨、雪等。

为了达到真实的模拟效果,模型需要考虑到气候系统中的多个因素,并采用先进的物理算法进行计算。

这些算法应基于真实的气象数据和地理信息数据,并将其与虚拟现实场景进行融合。

其次,为了实现真实的气候和天气模拟效果,虚拟现实系统需要准确获取和展示气候信息。

一个可行的方式是通过气象传感器收集真实世界中的气象数据,并将这些数据传输到虚拟现实系统中。

传感器能够测量温度、湿度、风速等气象参数,并将其转换为数字信号传输到系统中。

虚拟现实系统可以根据这些数据动态生成相应的虚拟天气效果,例如温度的变化、风的吹拂、雨的下落等,使用户感受到真实的气候环境。

此外,光线和音效在模拟真实气候和天气中也起着重要的作用。

通过调整虚拟场景中的光线照射效果,可以模拟出阳光、阴影等天气现象。

同时,根据不同的天气情况,如阵雨、雷雨等,引入相应的声音效果能够提升用户的沉浸感。

这种多感官的融合将为用户创造出更加真实的气候和天气模拟效果。

另外,交互体验是虚拟现实中必不可少的部分。

为了使用户能够在虚拟现实中感受到真实的气候和天气模拟效果,交互设备的精度和灵敏度需要得到提高。

例如,用户可以通过手势识别设备调整虚拟场景中的天气参数,或者通过语音识别技术与虚拟环境中的天气系统进行交互。

这样,用户将能够更加自由地控制气候和天气效果,获得更加真实的体验。

最后,为了实现真实的气候和天气模拟效果,虚拟现实系统需要有强大的计算和图形处理能力。

现代农业装备虚拟仿真实训培训方案

现代农业装备虚拟仿真实训培训方案随着科技的不断发展和农业现代化的推进,现代农业装备虚拟仿真技术被广泛应用于农业实训培训中。

这种技术通过利用计算机软件和硬件设备,模拟真实的农业环境和操作场景,为农业从业人员提供高质量的实训体验。

本文将介绍现代农业装备虚拟仿真实训培训的方案,以及它的优势和应用前景。

一、方案概述现代农业装备虚拟仿真实训培训方案基于先进的虚拟现实技术,结合农业装备的特点和实际操作需求,为农业人员提供多样化的实训内容和场景。

该方案包括以下几个方面的内容:1. 农业装备虚拟仿真模拟:通过模拟真实的农田、农机和农作物等场景,让学员能够在虚拟环境中体验真实的农业操作,如播种、施肥、病虫害防治等。

学员可以通过操作虚拟农机和使用虚拟农具,熟悉农业装备的使用方法和操作技巧。

2. 农业装备故障排除:模拟农业装备的常见故障和故障排除过程,让学员在虚拟环境中进行故障诊断和修复,提高其对农机故障处理的能力。

通过虚拟仿真,学员可以在无风险的环境中进行实践,避免了可能的人身和财产损失。

3. 农业装备数据分析:通过虚拟仿真软件,学员可以收集和分析农机的运行数据,了解农机的工作状态和运行效率,提高农机的利用率和农作物的产量。

同时,学员还可以学习数据分析的方法和技巧,为农业生产提供科学的决策依据。

二、方案优势现代农业装备虚拟仿真实训培训方案具有以下几个优势:1. 安全性:通过虚拟仿真技术,学员可以在无风险的环境中进行实践,避免了可能的人身和财产损失。

同时,学员可以在虚拟环境中进行高风险操作,提高其应对突发情况的能力。

2. 灵活性:虚拟仿真技术可以模拟不同的农业场景和操作过程,提供多样化的实训内容。

学员可以根据自己的需求选择不同的模拟场景和操作任务,提高学习效果和实践能力。

3. 效率性:虚拟仿真技术可以大大缩短学员的学习周期,提高学习效率。

学员可以在任何时间和地点进行实训,节省了时间和成本。

三、应用前景现代农业装备虚拟仿真实训培训方案具有广阔的应用前景。

虚拟现实技术在农业领域中的应用研究

虚拟现实技术在农业领域中的应用研究在当今科技迅猛发展的时代,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)不仅在娱乐、教育、医疗等领域中得到广泛应用,而且也在农业领域中崭露头角。

虚拟现实技术不仅能带来沉浸式的体验,更能为农业生产提供创新的解决方案,提高效率、保障质量、节约成本。

本文将探讨虚拟现实技术在农业领域中的应用研究。

一、虚拟现实技术在农业培训中的应用研究农业培训一直是提高农民技能和知识水平的重要途径,而虚拟现实技术为农业培训带来了全新的方式。

传统的农业培训往往需要农民亲自实地操作,受限于时间、地点、资源等因素,无法满足大规模培训的需求。

利用虚拟现实技术,农民只需穿戴VR设备,就能够模拟真实的农田环境进行操作和学习。

例如,通过虚拟现实技术,农民可以在不同季节、不同气候条件下模拟作物的种植过程,学习如何施肥、浇水等农艺技术。

这种基于虚拟现实的培训方式,不仅节约了时间和资源,还能够提高培训效果,提高农民的技术水平。

二、虚拟现实技术在农产品展示中的应用研究农产品的展示是农业领域中重要的宣传和销售环节。

虚拟现实技术为农产品的展示提供了全新的方式。

传统的展示方式通常是通过图片、视频等静态或者动态的媒体进行展示,但是往往不能真实地还原产品的外观、质感等特点。

而利用虚拟现实技术,农产品的展示可以更加逼真、生动,消费者可以通过VR设备亲临农田,并近距离观察、感受农产品。

比如,消费者可以通过虚拟现实技术参观果园或者蔬菜大棚,亲眼看到作物的生长过程,了解产品的产地、生产过程等信息,从而提高产品的透明度和消费者对产品的信任度。

三、虚拟现实技术在农业设计规划中的应用研究农业设计规划是农田布局、种植结构等农业发展的重要环节,在传统的设计规划过程中,往往需要耗费大量的时间和资源。

而利用虚拟现实技术,可以更加直观、高效地进行农业设计规划。

比如,利用虚拟现实技术,农田规划师可以在虚拟环境中进行不同方案的比较和优化,模拟不同作物的种植效果、水肥管理等,为实地规划提供参考和决策支持。

基于单片机的智能模拟气象站的设计

先检测实际器件是否能正常工作,尤其是传感器、串口的连接。然后用万用表测试焊接是否合格,再向单片机系统下载已调试好的程序,最后在包括示波器、万用表等仪器的监测下进行数据测试,需要达到通信波特率稳定、传输数据准确,温度显示及判断误差较小和系统整体功率稳定等要求。
主要参考文献
[1]李金龙,王黎,高晓蓉.多点温湿度远程无线监控系统设计[J].微计算机信息,2009,25(6-1):31-32
2)电路仿真
在Proteus软件上完成除部分电路的模拟设计,先编写C程序,然后采用单片机、DHT11温湿度传感器、风向传感器、LCD显示屏等设计系统仿真电路,将C语言调试完成后生成的hex代码下载到仿真单片机系统,然后对C程序进行调试仿真,通过串口调试助手软件测试C程序的运行效果,完善设计方案。
3)实物制作
2)模拟法
使用Proteus仿真软件能够较准确的测量出该气象系统的模拟电路各部分的参数值,也
能够模拟程序在实际硬件系统中的的运行状态。通过单步运行调试,能够观察各个寄存器和标志位的状态变化,及时修正程序中的错误,使气象数据采集、显示数据、单片机系统间数据传输等功能正常实现。
3)实验法
由于不同的元器件参数、功耗、使用方式和价格不同,在选定元器件时我查阅单片机
硬件设计方案框图如图1、图2所示。
图1数据采集模块框图
图2数据处理、显示模块
系统软件设计流程图, 如图3、图4所示。
图3LCD显示流程图
图4测温湿度流程图
单片机通过传感器对气象数据进行采集,然后通过PC机采用合理计算方法进行数据处理,然后通过LCD显示重要的气象数据。
5.实验方案
1)文献学习
首先查阅电子版和纸质版相关资料,参考了中国知网多篇论文和纸质图书资料后,我决定采用老师建议的整体设计方案的部分内容:用DHT11温湿度传感器采集三点温湿度信息,在信息采集之后存储温度数据,并通过无线传输模块传给主机,由与单片机相连的LCD液晶显示屏进行温度显示。

智慧大棚虚拟仿真系统设计方案

智慧大棚虚拟仿真系统设计方案智慧大棚虚拟仿真系统是一种基于计算机技术的智能化农业管理系统,能够模拟真实大棚环境,并通过传感器和控制器实时采集和调控大棚内的温度、湿度、光照等参数。

以下是该系统的设计方案。

1. 系统架构智慧大棚虚拟仿真系统的总体架构分为硬件及软件两部分。

硬件部分包括大棚内的传感器网络、控制器和执行器。

传感器网络负责采集环境参数,包括温度、湿度、光照等;控制器则负责接收传感器数据并根据设定的规则进行控制;执行器负责根据控制器的指令调节大棚内的环境参数。

软件部分则包括虚拟仿真算法、数据库管理系统以及用户界面。

虚拟仿真算法负责对大棚内环境的模拟和预测,通过算法来优化农作物的生长环境以提高产量和质量;数据库管理系统用于存储和管理传感器数据以及系统运行日志;用户界面则提供给用户进行大棚环境参数监测与调控的操作界面。

2. 数据采集与处理传感器网络用于实时采集大棚内的环境参数,传感器将数据通过无线方式传输给控制器。

控制器将接收到的数据进行处理,确定大棚当前的环境状态,并根据预设的规则进行调控。

调控过程中,控制器还会将实时数据存储进数据库,以备后续的数据分析与预测。

3. 虚拟仿真算法虚拟仿真算法是系统的核心部分,它利用大量的历史环境数据和农作物生长模型来模拟和预测大棚内的环境变化。

虚拟仿真算法根据历史数据和当前环境状态,通过计算得出最优的环境参数设定,如温度、湿度、光照等。

同时,虚拟仿真算法还能对农作物的生长状态进行预测和优化,提供给农户有关农作物生长的建议和提示。

4. 数据分析与预测通过对历史环境数据的分析,可以根据农作物生长模型预测出未来一段时间内大棚环境的变化情况。

这些预测结果可以帮助农户更好地进行决策,比如确定适当的灌溉量、肥料使用和病虫害防治策略等。

5. 用户界面用户界面应简洁、直观,提供给农户实时监测大棚内环境参数的功能,并根据虚拟仿真算法的预测结果提供相应的建议和指导。

用户界面还应提供对大棚设备的远程控制功能,以满足农户的需求。

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农业气象环境模拟的虚拟仿真实验设计
作者:景元书赵翔胡继超李永秀张雪松
来源:《科技创新导报》2015年第31期
摘要:虚拟仿真模型在农业领域、气象领域应用的关键是植物与环境相互作用的关系的量化及模拟机制,同时结合现代网络技术、虚拟现实技术、计算机仿真技术和多媒体技术。

通过农业气象环境模拟的虚拟仿真实验设计,构建多元化的虚拟现实平台,有助于理解农业气象系统特点、农业环境模拟与模式原理,加强对生物因素和环境因素认识以及影响程度量化的可视化与精确性,在大田环境、人工气候箱、设施农业温室虚拟环境中真实再现作物生长发育过程及高低温环境的影响过程,以全面提高学生的创新精神和实践能力,培养学生创新思维能力和应用气象知识综合运用能力。

关键词:农业气象环境虚拟仿真设计
中图分类号:O351 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)11(a)-0178-02
农业气象环境模拟的虚拟仿真实验主要针对灾害性、关键性、转折性天气、气候事件,在教学资源信息化的基础上,通过虚实结合及中央气象台、国家农业气象中心等部门或企业的技术支持,依托大田试验、人工气候箱操作、设施农业温室监测、分析与模拟等各个环节,实现教学资源双向共享和教学平台的开放性、实用性与动态性,从而激发学生学习的积极性与主动性。

1 农业气象环境的虚拟仿真实验平台
农业气象虚拟仿真实验平台主要依托中国气象局国家级农业气象试验站、江苏省农业气象重点实验室、应用气象省级实验教学示范中心、遥感应用省级实验教学示范中心等实体平台,遵循“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,结合自身的优势、特色和实际,借助现代计算机、多媒体、视频、网站和物联网技术,以气象要素、农学参数、作物生理生化参数、地理空间等基础数据获取、处理、综合运用模型、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)及全球定位系统(GPS)与数字地图等先进技术为主线,开展作物生长动态监测、遥感信息提取、气象灾害综合评估实验,建成作农业气象系统虚拟仿真实验室、设施农业小气候虚拟仿真实验室、病虫害气象虚拟仿真实验室、极端天气数据处理与空间分布模拟等实验室。

2 农业气象环境的虚拟仿真实验主要功能模块
(1)实施农业环境动态建模虚拟仿真实验。

设施农业温室生产系统是一个非线性、大时滞、强耦合和强干扰的动态系统,要建立一个精确的温室小气候模型比较困难。

基于已经理解的物质和能量平衡的原则,通过动态建模与仿真,能合理考虑长短波辐射、通风量、对流作用和作物的呼吸、蒸腾作用对温室小气候的实际
影响,预测温室小气候温湿度动态。

学生在理解微气象特征的基础上,利用CFD、MATLAB 等语言进行建模与仿真,对学生程序设计、参数调节实践能力有较大提高。

(2)作物生育过程模型可视化。

农业气象中的作物生长发育实验,一季作物的生育期在4~5个月,存在着周期长、难以连续观测的问题。

作物模型仿真能计算作物的生长发育、蒸发蒸腾、水分、氮肥、气象条件等对水稻生长发育的影响。

利用ORYZA2000、WOFOST、DSSAT等模型对种植试验区不同播期的作物进行模拟,阐述光合作用的机理及高温、低温、干旱、干热风等影响因素,能让学生理解农业气象作物生长虚拟仿真的意义、作用和流程(如图1)。

同时,分析相关作物模型参数敏感性和地区适应性,有助于学生熟练运用计算机语言进行数值计算,锻炼分析问题、解决问题的能力。

(3)高低温对作物生育影响仿真。

作物生长过程中高低温是常见的农业气象灾害,在近年气候变化和极端天气气候事件中对农业生产与作物生长影响显著,其背景涉及极端的环境、不可及或不可逆的操作。

通过田间试验与人工气候箱试验相结合,收集有关生理、形态、气象环境等数据,建立作物群体形态发育模型,提供作物生长各组成部分的数字化输出;通过真实感图形技术、虚拟现实技术和动画技术等方式,构建作物生长群体可视化模型,形成作物高温、冷害精细诊断系统,能提高学生的创新精神和人工气候箱动手实践能力。

(如图1)
3 农业气象环境虚拟仿真实验初步效果
虚拟仿真实验平台主要面向应用气象、大气科学、生态学、农业资源与环境、遥感科学与技术、地理信息系统、城乡资源与规划管理、测绘工程、遥感科学与技术、地理信息科学、自然地理与资源环境等专业,承担《农业气象学》《应用气象试验研究方法》《应用气象学仪器》《植物生理学》《遥感原理与应用》《遥感数字图像与处理》《卫星气象学》《3S集成与应用实验》等课程的虚拟仿真实验教学任务,使学生掌握应用气象学模拟仿真方法、应用气象常见仪器与软件原理与使用,针对虚拟仿真实验项目,综合运用专业模型、数据与方法,设计了可视化实验实习界面,学生可方便地利用软件系统完成实习过程的每一步,可方便地转化、添加气象灾害模拟有关的科研新成果。

学生通过网络进行自主学习、师生讨论、自我测试,熟悉了农业气象学、应用气象学、地理信息系统与遥感实验与仿真实验目的、原理、内容、过程、实验结果,达到了虚拟仿真实验教学目标,增强了学生多元化的虚拟现实场景学习体验,深化了课程建设与虚拟仿真实验项目建设。

参考文献
[1] 景元书,申双和,刘寿东.以实践教学体系促进应用气象专业发展[J].中国高校科技与产业化,2006(1):271-272.
[2] 景元书,李永秀,杨沈斌.高校应用气象学专业创新实践教学体系建设[J].教育教学论坛,2013(4):138-139.
[3] 杨荣榛,董文生,刘春玲,等.雷诺实验的计算机仿真模拟[J].大学化学,2015,30(3):34-37.。

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