作物栽培虚拟仿真实验教学系统的设计与实现

为解决传统作物栽培实验教学中作物生长周期长、教学成本高、授课方式单一、学生参与实践机会少等问题,利用虚拟仿真技术构建了作物栽培实验的虚拟仿真及互动操作实验系统,用于辅助学生进行作物栽培学习和生产实训。系统内含作物物种与品种遗传特征、单项管理措施、综合管理措施等3部分内容和10项实验。该系统能逼真再现作物的生长发育和栽培管理过程,让学生通过虚拟实验强化作物栽培的相关知识和实验技能,在农学专业作物栽培的实验教学和科学研究中有较好的实用价值。

玉米果穗点云分割方法研究

玉米果穗的三维点云分割是玉米果穗三维表型特征计算与分析的基础。提出一种玉米果穗三维点云分割方法,采用Smart Scan三维扫描仪获取玉米果穗三维点云数据;对点云进行重采样以实现点云简化;在此基础上,通过计算果穗点云中各点的法向量,对果穗点云进行收缩变换以增大籽粒点间的欧式距离,通过欧式聚类的方法实现果穗点云的分割。结果表明,果穗点云籽粒分割率可达到90%以上。方法为基于三维点云数据的玉米果穗表型性状研究提供了技术支撑。

基于无人机多光谱遥感的春玉米叶面积指数和地上部生物量估算模型比较研究

明确基于无人机多光谱遥感的玉米叶面积指数(LAI)和地上部生物量的最优估算模型对获取即时、无损、可靠的长势关键参量具有重要意义。2018—2019年,以郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为研究对象,设置4个施氮处理,通过无人机搭载多光谱相机获取多光谱影像,分析两品种LAI和地上部生物量与植被指数相关性,分别构建了基于植被指数的LAI和地上部生物量预测模型。结果表明:同一植被指数在两品种中对施氮量的变化响应规律不同;在吐丝期,幂函数对ZD958的LAI和地上部生物量估算效果最好,指数函数对XY335的LAI估算效果好,幂函数对地上部生物量估算效果好;在灌浆期,幂函数对两品种的LAI估算效果最佳,而指数函数对两品种的地上部生物量估算效果最好。研究结果为进一步提高春玉米长势监测的精度提供了重要依据。

基于Multi-Agent的智能植物系统的构建与应用研究

植物的智能化是在物联网传感数据实时驱动下,由知识模型和多源异构数据融合计算提供智能决策,从而实现植物与环境、植物与人、植物与植物之间互联互通、全程感知与实时反馈的智能化过程,探讨了智能植物的概念、内涵、技术体系及基于Multi-Agent的智能植物系统构建方法。针对植物智能行为复杂异构性,将Multi-Agent技术应用于植物的生长计算和行为模拟,从面向服务的智能植物农业应用出发,综合分析了植物的自治性、反应性、社会性和主动性等智能属性、概念和内涵,构建了多智能体智能植物系统。多智能体智能植物系统的内核由感知器Agent、数据处理Agent、知识模型Agent、智能计算Agent以及虚拟交互Agent构成,并详细描述了系统结构及其关键模型,在多Agent系统中,植物能够感知其所处的环境上下文,自主地决策其行为。构建了基于Multi-Agent的智能植物系统,并以果树修剪虚拟培训智能服务为例验证,结果表明,该系统交互性强、智能程度高、体验效果好,以期为智能植物的发展提供有益的帮助。

基于Kinect的三维玉米植株骨架提取

针对玉米植株三维骨架的快速获取问题,提出了一种基于Kinect自动获取玉米植株三维骨架的方法,采用由Kinect转换的点云数据,利用阈值分割的方法删除背景数据,根据玉米植株三维点云模型的高度分层,对每层点组采用二次循环迭代方法聚类,对每层中各子类求取中心点。中心点的集合即认为是玉米植株的骨架点。采用二次B样条曲线插值拟合连线。实验结果表明:方法获得的玉米植株三维线性骨架与通过三维数字化仪获得的三维线性骨架一致性较好,能够满足实验要求。

基于可见光图像的玉米植株表型检测研究进展

植株表型性状是遗传育种和农业生产中普遍关心的数据,传统表型观测已成为限制育种效率和管理生长的主要因素。基于可见光图像的植株表型检测具有成本低、效率高、易推广等优点,不但可以原位、实时和连续获取植物生长图像,而且能够解析出植物结构、形态、颜色和纹理等多种表型参数。从玉米群体、单株和器官尺度上论述了基于可见光图像的玉米植物表型检测方法和技术,重点介绍了玉米根、叶、穗部等主要器官的高通量表型检测进展,并分析了基于可见光图像进行植物表型检测存在的问题和发展趋势,以期为制定作物表型检测技术方案和实施规程,及系统开展植物表型组学研究提供参考。

玉米果穗养分运输组织的表型研究进展

玉米果穗养分运输组织是连接茎秆维管束并将养分运输至籽粒的"流"系统。随着人类日益增高的粮食需求,果穗作为玉米高产、高品质的物质载体,在玉米育种工作中果穗养分运输组织形态结构和生理功能等性状的研究日趋受到重视。通过整理国内外玉米果穗养分运输组织的相关研究进展,总结了玉米果穗养分运输组织的表型性状及其与产量之间的关系,并展望了在基因组学、表型组学发展的背景下,玉米果穗养分运输组织的研究趋势。

东北地区春玉米临界氮浓度稀释曲线的建立和验证

过量施氮是目前玉米栽培中存在的普遍现象,基于临界氮浓度稀释曲线计算得出的氮营养指数是诊断氮营养丰缺的重要手段。基于东北地区4个生态点的试验数据,构建了东北地区春玉米临界氮稀释曲线,并在此基础上建立了氮营养指数模型和需氮量模型,结果表明,东北地区春玉米地上部临界氮浓度与生物量符合幂函数关系。利用独立试验资料对建立的临界氮浓度稀释曲线进行检验,发现基于临界氮浓度稀释模型计算的氮营养指数可以准确诊断玉米植株的氮营养状况,并计算出实时的氮素需求量。该研究建立的东北地区春玉米临界氮稀释模型可以为该地区春玉米的氮营养诊断和动态调控提供较好的理论和技术指导。

基于三维点云的玉米果穗几何建模

果穗是玉米产量的构成器官,为构建高精度玉米果穗几何模型,提出了一种基于三维点云数据的玉米果穗几何建模方法。针对玉米果穗形态结构特征,选取Artec Spider三维扫描仪搭建玉米果穗点云数据快速获取系统并获取果穗点云,然后通过点云配准、重采样和孔洞修补操作得到高质量果穗三维点云,最后基于Voronoi图的网格重建方法重构果穗网格模型。结果表明,所重建的玉米果穗具有较高的真实感,且与基于计算机视觉算法相比精度大幅提高。基于三维点云的玉米果穗几何建模对于玉米果穗的种质资源保存、基于三维数据的果穗考种、玉米器官三维模板资源库构建等工作具有重要的推动作用。