基于三维可视化的小麦病虫害仿真模型

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1、基于三维可视化的小麦病虫害仿真模型摘要：作物模拟模型已成为农业生产管理和资源优化管理的核心。显示作物生长过程中，使用户可以直观地观察作物的生长和发展。在从研究资料和文献中理解和掌握小麦条锈病、叶锈病、秆锈病、赤霉病以及白粉病的发病条件和流行季节的基础上，我们为小麦的生长与疾病的发生设计了三维可视化模型。该模型系统将帮助农民、技术人员和决策者更好地使用作物生长模拟模型并提供决策支持。现在基于仿真模型基础上的小麦生长的三维可视化模型已经发展了，而小麦病虫害的可视化模型正在发展的过程中。关键词：三维；可视化；小麦疾病；仿真模型1、简介伴随着计算机技术的发展，系统分析理论、农业科研以及作

2、物模拟模型已成为农业生产管理和资源优化配置的核心和中国目前正在实施的精准农业的基础。经过50多年的演变，作物模拟模型变得更加成熟并拥有更多的机制。美国、荷兰、英国和澳大利亚等国家发展了许多的作物模型，其中如DSSAT、SUCROS、RZWQM和APSIM等一系列作物模拟模型已被成功应用到农业生产中。现在作物模拟模型主要用来预测产量的典型应用，如研究世界粮食和农业生态带，区域产量的预测，评估环境和社会的经济变化对农业的影响。中国从20世纪80年代开始作物模拟模型的研究。在国外作物模型的介绍、分析和改进后，研究人员开发了很多应用系统。一些单位利用他们自己的作物模拟模型。例如，赵春江等

3、人构建的小麦栽培管理专家系统[1]（赵春江等，1997年）；中国农业科学院土壤研究所在位于黄淮平原的虞城县研制的小麦和玉米的最佳施肥专家系统；南京农业大学综合小麦生长模型和小麦只能管理专家系统与决策系统[2]（朱岩等，2004年）；江苏省农业科学院水稻栽培模拟优化决策系统[3]（高良志等，1992年）。显示作物生长过程中，使用户可以直观地观察作物的生长和发展。为使作物生长发育过程可视化，许多科学家都做出了巨大努力。关于农作物虚拟技术，理论生物学家林登麦伊尔在1968年提出的L系统成为植物建模的主要方法[4]（胡宝刚等，2001年）。为了从区域尺度上有效地部署短轮伐期木本作物的种植

4、能源和纤维生产，霍斯特等人（1996年）描述了一个面向对象的缩放策略ECOPHYS，这是一个个体杂交的白杨树的生长过程模型。对于一个克服了传统的短缺个人树木生长过程模型的种植园来说，这个模型要用于种植规模的话就显得太过复杂了[5]。邓等人为玉米叶形态的变化开发了一个数学模型，这个模型旨在将仿真模型的信息可视化[6]（邓旭阳等，2005年）。陈等人讨论了冬小麦叶片的生长动力学模型并利用符号逻辑方程模拟了叶片的生长动态[7]（陈国青等，2005年）。中国农业大学和北京农林科学院研制的玉米生长虚拟模型（马云涛等，2006年；郭新余等，2007年）。在中国，小麦是主要的粮食作物，其种植面

5、积和产量仅次于水稻。小麦病虫害限制粮食的质量和数量，并危及食品安全。从20世纪90年代开始，越来越多的为小麦病害和虫害预测的专家体系已经形成（罗新华等，1994年）。丹麦于1993年研制的概率模型预测和防治小麦真菌病，仿真系统通过分析小麦的有关疾病的发生率、当地气候、生产和管理等来模拟小麦病虫害流行传染病。冬小麦杀菌剂模型（WDM）属于耕地作物的决策支持系统（DESSAC）。这个系统将天气、作物品种以及疾病发生的发病率考虑在内，为研究人员研制小麦杀菌剂提供决策支持（D.布鲁克斯，1998年）。冈萨雷斯安杜哈尔等开发了蚜虫目标识别专家系统（J.L.冈萨雷斯安杜哈尔等，1993年）。

6、郭等人在漯河市分析领域的流行趋势和小麦主要疾病的因素（郭春强等，2007年），在使用加权交叉的系统分析的基础上预测疾病的患病率，费舍尔的两组判别分析和逐步回归分析，建立了预测模型。应用VisualBasic6.0尖端和多媒体技术为主要的小麦病害、小麦纹枯病、小麦赤霉病等建立了预测及管理系统。该系统由诊断模块、预测和控制决策模块和系统解释模块构成。从这些研究我们可以看到，一些分析模型系统的拓扑结构；一些可以对植物生长可视化但无法有效提供生长仿真模型数据的生长模拟模型。显示生长动力的叶、茎和雄蕊以及小麦主要疾病的发生规律及症状，这些对教学、科研和管理都是很重要的，对像决策者和一般农艺

7、技术员则显得尤其重要。他们有必要开发一个可视化系统来增强他们的积极性。本研究开发了小麦生长和疾病的三维可视化模型并结合以模拟模型。1、小麦生长模拟模型根据过去的研究（李世娟等，2007年），我们大量收集了相关文献和农艺专家的信息，根据小麦的生长和发展规律设计了小麦合作模型，并结合相应的数据库和知识库的模型，应用技术系统工程理论、软件工程理论和计算机动画和图像处理技术构成小麦模拟模型系统。该系统由合作模型、数据库和界面等组成。小麦模型系统由CERES-Wheat演变而来，这是一个专