[发明专利]稻株形态结构指标提取方法及其应用

摘要

本发明公开了一种稻株形态结构指标提取方法及其应用，涉及植株形态结构指标提取及应用领域。包括步骤：S1.构建数字化水稻形态结构，按照不同层次水平组织群体、稻株、茎糵、叶片的空间位置信息和几何形态信息；S2.基于数字化水稻形态结构，利用虚拟刀片技术提取水稻形态结构特征分布；S3.基于水稻形态结构特征分布，计算水稻形态结构指标；S4.以形态结构指标的组合为决策变量，以干物质积累或产量为目标，评价形态结构干物质积累能力或生产潜力。本发明可为精确株型选种，农艺调控形态结构，功能‑‑结构模型研究提供数量化指标和方法支撑。

主权项

1.一种稻株形态结构指标提取方法，其特征在于包括步骤：S1.构建数字化水稻形态结构，按照不同层次水平组织群体、稻株、茎糵、叶片的空间位置信息和几何形态信息；数字化稻株形态结构具体的数据组织形式为：群体信息：行间距，穴数；稻株信息：稻株中心轴坐标，茎糵数；茎糵信息：茎杆直径，三维空间中的茎杆中心轴，茎杆表面，叶片数；叶片信息：叶中脉空间曲线，叶形空间曲线，叶节点空间位置；S2.基于数字化水稻形态结构，利用虚拟刀片技术提取水稻形态结构特征分布；虚拟刀片技术的概念表述为：记两个空间切面A、B分别为：FA(x，y，z)＝0,FB(x，y，z)＝0；水稻叶片曲面集为：Fi(x，y，z)＝0，i＝1...n；冠层空间辐射强度函数为：G(x，y，z)；则水稻叶片曲面i介于切面A、B的点集为：Ωi＝{(x，y，z)|FA(x，y，z)＞0，FB(x，y，z)＜0，Fi(x，y，z)＝0}；水稻叶片曲面集介于水平切面A、B的点集为：Ω＝∪Ωi；因此，研究切面A、B间切层的叶面积、辐射强度、叶倾斜角转化为研究Ω的面积测度，G(x，y，z)在点集Ω上的平均值，及曲面集Fi(x，y，z)＝0在Ω上的平均斜率；这里称切面A、B：FA(x，y，z)＝0,FB(x，y，z)＝0为“虚拟刀片”；常用“虚拟刀片”为水平切面，根据研究需要“虚拟刀片”还包括圆柱侧面、斜平面或其它曲面，我们称以上述方式获得作物冠层特征的方法为“虚拟刀片法”；虚拟刀片技术的实现方法为：S2‑1选择一组平行的空间曲面,Fk(x，y，z)＝0，k＝1，2…m，相应的得到一组空间区域[Fk(x，y，z)，Fk+1(x，y，z)],k＝1，2…m‑1；S2‑2分割叶片成面积很小的碎片，计算叶片碎片的特征：面积和倾斜角；S2‑3计算叶片碎片中心所在的空间区域，累加属 同一空间区域的叶片碎片的特征；S2‑4根据空间区域中叶片碎片特征值，模拟形态结构特征的分布；S3.基于水稻形态结构特征分布，计算水稻形态结构指标；形态结构指标包括株型内紧凑度指标，株型外紧凑度指标，株型内松散度指标，株型外松散度指标，叶面积指数，叶面积分布垂直区间，株高，β‑叶面积分布区间，垂直最大叶面积密度；这些指标的计算基于稻株形态结构特征的分布；S4.利用形态结构指标评价水稻形态结构，是以形态结构指标的组合为决策变量，以干物质积累或产量为目标，评价形态结构干物质积累能力或生产潜力。