基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟.pdf

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1、第26卷2010在第6期6月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV01．26No．6Jun．2010193基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟陈国庆1，刘伟1，张吉旺艨，刘(1．山东农业大学农学院，作物生物学国家重点实验室，泰安271018；鹏1，董树亭1，王洪梅22．泰安市宁阳县华丰镇农业技术推广站，泰安271400)摘要：为量化超级玉米叶片伸展特性，为超级玉米形态建成模拟模型的研究提供方法支持。该文将悬臂梁原理应用于超级玉米叶片伸展特性的模拟，将叶片分成多个基本单元，每个基本单元代表一个悬臂梁结构。

2、通过坐标的变换，实现了超级玉米叶片从抽出到定长整个过程伸展特征的模拟。用不同密度下超级玉米叶片的实测数据对模型进行了检验。结果显示，不同位置叶片空间伸展坐标预测值RMSE均小于30％，80％以上预测D值大于O．7，表明模型对超级玉米叶片伸展特征有较好的模拟，将悬臂梁原理应用于超级玉米叶片伸展动态的模拟是可行的。关键词：悬臂梁，模型，特征识别，超级玉米，叶片伸展doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2010．06．034中图分类号：S513，0242．1文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010

3、)一06—0193—06陈国庆，刘伟，张吉旺，等．基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟[J]．农业工程学报，2010，26(6)：f93—198．ChenGuoqing，LiuWei，ZhangJiwang，eta1．Simulationofleafextendingcharacterinsuper-maizebasedOllcantileverbeam[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(6)：193—198．(inChinese、ⅣitIlEnglishabstracO0引言随着农业信息

4、技术的发展应用，如何准确有效地模拟作物的形态特征，构建作物形态生长模拟模型已成为虚拟作物研究中应考虑的首要问题。叶片是作物形态特征的重要体现器官，而叶片伸展动态又是叶片形态特征的重要部分，叶片伸展动态的定量描述对玉米冠层结构、光分布的研究具有重要意义[1。】。特别在虚拟作物研究领域，其研究对构建玉米形态特征与干物质积累间的关联模型具有重要的应用价值。国外学者对叶片的形态特征进行了较多研究，但都对叶片的伸展进行了简化处理【4-9。。FoumierC和AndrieuB【101、EspafiaML【ll】根据玉米主脉的弯曲度将

5、玉米叶片分成向上延伸的抛物线和向下的椭圆弧段2部分，对玉米叶片的伸展曲线进行了模拟。杨洪云【12】、郭焱、李宝国【l，l3】应用一般二次方程来表征玉米叶片伸展曲线，虽然能较好的描述叶片伸展特征，但不能满足叶片生长的动态模拟。赵春江【14】提出了将悬臂梁应用于叶片伸展模拟中的思路，但没有提出明确的参数计算方法和有效的验证。郑文刚、郭新宇[15-16】，刘卫红【171提出用三次B样条曲线来拟合叶脉的伸展曲线，与实际叶片有较好的一致性，收稿日期：2009．11．18修改日期：2010_05-24基金项目：国家“十一五”科技支持

6、计划(2007BAD3lB04)：国家“973”计划项目(2009CBll8602)：公益性行业(农业)科研专项(200903003)：泰安市科技发展计划(20083048)；国家自然科学基金项目(30900876)作者简介：陈国庆(1979一)。男，山东平阴人，主要从事作物形态模拟及虚拟显示方面的研究。泰安山东农业大学农学院，271018。Emaihgqchen@sdau．edu．∞※通信作者：张吉旺(1974一)，男．山东肥城人，副教授，主要从事玉米栽培生理方面的研究。泰安山东农业大学农学院，271018。Emaih

7、jwzhang@sdau．edu．cn但不能和生长过程有机结合。超级玉米株型紧凑，叶片的皱褶较深，株高矮，但株高／穗位高比值较大，穗上节间相对伸长【l引。模拟超级玉米叶片的伸展特性可为超级玉米生长发育的虚拟模拟研究提供支持。悬臂梁一端为固定端，而另～端为悬空的自由端，此结构与玉米叶片的形态结构非常相似。从力学角度看，悬臂梁的挠度曲线主要受重力及自身材料的影响，而玉米叶片的伸展受叶片重量以及叶脉承受力的影响，二者相似，因此将玉米叶片简化成悬臂梁是可行的。本研究在以往研究的基础上，细致分析了超级玉米叶片的伸展特性，构建基于悬

8、臂梁的玉米叶片伸展动态模拟模型，以期为超级玉米叶片的形态建成的模拟研究提供思路及方法支持。1材料与方法1．1模型的描述玉米叶片从露尖到定长的生长过程中，叶片重量逐渐增大，同时叶片伸展有较大的变化。本研究假设玉米叶片为一受重力作用的悬臂梁，因重力作用而发生弯曲。将～张叶片分成n个基本单元(如图1)，基本单元为悬臂梁结构