【技术实现步骤摘要】
本
技术实现思路
涉及虚拟植物和优化算法的交叉邻域，是一种使用混合粒子群优化算法结合虚拟玉米种群进行作物种植优化的方法，可以高效、准确地获取作物光截获最佳的种植方案。
技术介绍
1、提高作物产量主要有三种途径：作物品种优化、作物空间布局优化和田间管理优化。作物种植间距优化是作物空间布局优化的一个重要方法，通过优化种植的行距和株距，能最大限度地利用光照和田间空间。植物的光截获是影响最终产量的主要因素，所以以最佳截光为目标的种植优化结果对获得高产具有重要参考价值。为此，可以进行田间、温室实验，或者使用虚拟植物进行计算机实验，来寻求更高产的种植方案。
2、植物模型，如功能结构植物模型(functional-structural plant model，fspm)，可以模拟植物的生长发育及其与环境因素的相互作用，以预测作物的生长状况。与基于实验的方法相比，基于植物模型的方法可以克服田间实验的时间和空间限制，更好地控制作物参数和环境因素。目前已有的功能结构植物模型已经实现了不同环境因素(温度、光照、co2浓度等)影响下作物动态生长的模拟。但模型构建困难，其准确性也极大地依赖于模型参数的准确性和模型的机理性，因此需要构建玉米功能结构植物模型，构建其个体内形态及个体间空间与植物生长的动态交互反馈方法，使其在不同的种植模式下展现出表型可塑性。
3、同时，使用模型提高作物产量，需要不断调整种植参数和环境因子等等可变因素进行生长预测，对于解空间大、多维的优化问题，有必要使用自动化的方法来提高优化效率。优化算法可以帮助降低优化过程
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种使用混合粒子群优化算法结合虚拟玉米种群进行作物种植优化的方法，使用优化算法结合虚拟玉米模型进行玉米空间布局优化，来最大化光截获以提高作物产量。玉米功能结构植物模型能快速且可控地模拟玉米种群光截获值，摆脱现实实验的时间和空间限制，结合混合粒子群算法的工作流可以降低优化过程的时间复杂度和空间复杂度，确保优化结果的准确性和鲁棒性。
2、为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
3、一种基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，所述基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，包括：
4、步骤1、构建玉米功能结构植物模型；
5、步骤2、基于所述玉米功能结构植物模型，设计混合粒子群算法的适应度函数：将单位种植面积下玉米植株的光截获值作为适应度函数，以玉米种群的种植间距作为优化对象，以最大化玉米种群的光截获值为优化目标；
6、步骤3、采用混合粒子群算法输出最优的玉米种群的种植间距方案，包括：
7、步骤3.1、初始化粒子群体中所有粒子的位置和速度；
8、步骤3.2、根据适应度函数，计算每个粒子的适应度值；
9、步骤3.3、更新每个粒子的自身历史最优适应度值；
10、步骤3.4、更新粒子群体的最优适应度值；
11、步骤3.5、根据当前迭代深度判断当前迭代时段，若当前迭代时段为优化前期，则采用具有惯性参数的标准粒子群优化算法中的更新公式对所有粒子更新速度及位置；若当前迭代时段为优化后期，则采用具有收缩因子的粒子群优化算法中的更新公式对所有粒子更新速度及位置；
12、步骤3.6、根据适应度函数，更新每个粒子的适应度值；
13、步骤3.7、判断是否引入一级扰动，若引入一级扰动，则执行步骤3.8；否则执行步骤3.9；
14、步骤3.8、根据当前迭代深度选择引入一级扰动a或b，扰动后再次计算被扰动粒子的适应度值，判断扰动后的新适应度值是否优于原适应度值，若是，则保留扰动；否则删除扰动；
15、步骤3.9、判断当前收敛状况是否满足提早收敛条件，若满足，则引入二级扰动；否则不引入二级扰动；
16、步骤3.10、判断是否满足迭代终止条件，若满足，则结束优化迭代，输出适应度值最优的粒子，即得到最优的玉米种群的种植间距方案；若不满足，则返回执行步骤3.2。
17、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
18、作为优选，所述玉米功能结构植物模型包括光环境模型、干物质生产与分配模型和器官生长发育模型；
19、所述光环境模型使用一个始终指向场景中心的移动定向光源模拟太阳直射光，使用一个具有72个定向光源的半球模型模拟散射光，通过调用光环境模型对象的方法计算出叶片吸收的光谱值，将光谱值进一步转换为光合光子通量密度，采用光合光子通量密度表示叶片的光截获值；
20、所述干物质生产与分配模型由光合作用模型和干物质分配模型组成，光合作用模型使用矩形双曲模型计算叶片的光合速率，即将光环境模型获取的光截获值传入光合作用模型的矩形双曲模型计算得到叶片当前生命周期生产的干物质；干物质分配模型模拟一个公共碳池用于收集植株每个生命周期所有叶片生产的干物质，公共碳池中收集的干物质将分配给所有器官，每个生命周期分配给每个器官的干物质由相应器官的相对库强度以及当前生命周期公共碳池中的可分配干物质总量计算；
21、所述器官生长发育模型主要模拟玉米叶片、节间、穗和玉米棒的生长，植物体节由顶端分生组织产生，出现的时间取决于叶热间隔和积温，器官的动态生长过程利用beta生长函数拟合，使用beta生长函数拟合每个生长周期内器官的潜在生长速率，器官实际增长干物质为器官潜在增长干物质和分配给器官的最大干物质的较小值。
22、作为优选，所述适应度函数f(x)为：
23、
24、其中，area为玉米种群的种植面积，计算为行距与株距的乘积，∑parall是整个生命周期内玉米种群冠层的总光截获值，parall是整个生命周期内单株玉米植株冠层的总光截获值，计算公式为：
25、parall＝∑pard
26、
27、其中，pard是玉米植株在第d天冠层的总光截获值，t为玉米植株在一天中进行光合作用的时刻，t1为玉米植株在一天中进行光合作用的最小时刻，t2为玉米植株在一天中进行光合作用的最大时刻，i表示玉米植株的第i个叶片，n为玉米植株的最大叶片数，ii,t为t时刻第i个叶片截获的光合光子通量密度，wi表示玉米植株第i个叶片的面积。本专利技术提供的一种使用混合粒子群优化算法结合虚拟玉米种群进行作物种植优化的方法，通过构建玉米功能结构植物模型，准确模拟玉米动态本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，其特征在于，所述基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，其特征在于，所述玉米功能结构植物模型包括光环境模型、干物质生产与分配模型和器官生长发育模型；
3.根据权利要求1所述的基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，其特征在于，所述适应度函数f(x)为：
【技术特征摘要】
1.一种基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，其特征在于，所述基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于混合粒子群算法的玉米空间布局优化方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐利锋，何可人，傅谢生，丁维龙，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。