落葉松根系生長計算模型及模擬研究.pdf

1、落葉松根系為樹形分枝結構，主要由初生根、次生根、初生根一次側根、次生根一次側根組成。各級根系之間具有明顯的自相似性，本文基于L-系統(tǒng)理論構建落葉松根系生長模擬模型，表達落葉松根系構型的拓撲結構。根據(jù)根系生長的生理功能，改進了根系的向水性模型和向地性模型，探討了基于人工生命方法的約束條件對落葉松根系形態(tài)結構以及生理功能的影響，將落葉松根系形態(tài)結構模型和生理功能模型相結合。實現(xiàn)了落葉松根系生長的動態(tài)模擬。
　　 落葉松根系屬直根系，

2、由四種不同類型的根組成，即主根、次生根、側根和不定根。盡管微觀上具有明顯的相似性，但由于根系在生長過程中受土壤結構、濕度等各種因素的影響，使得根系的延伸過程表現(xiàn)出隨機波動的不規(guī)則形態(tài)。文中以落中松生理生態(tài)理論為依據(jù)，建立了描述落葉松根系生長參數(shù)的數(shù)據(jù)結構，使得落葉松根系的動態(tài)生長模型和其形態(tài)發(fā)生模型相融合，并應用隨機生成技術，抽象出落葉松根系形態(tài)及生長規(guī)律的規(guī)則描述，在數(shù)據(jù)結構中引入生長控制參數(shù)以實現(xiàn)動態(tài)可控性。設計了模型的解法，實現(xiàn)了

3、便于計算機模擬的數(shù)值算法。設計開發(fā)了基于B/S結構的模擬軟件，實現(xiàn)了落葉松根系生長及水分需求的計算機模擬。
　　 由于自然植物的生存、進化、生長受環(huán)境影響，表現(xiàn)為區(qū)域性和時空變異性。對模型的優(yōu)化，引入了分種群的競爭模式，采用基于種群分類的進化算法。落葉松根系生長過程中會出現(xiàn)異?！催z傳算法的選擇、變異和進化，將遺傳算法的操作加入在分形過程中，對形態(tài)模型中L—系統(tǒng)所涉及到的參數(shù)通過遺傳算法進行重新設計，可生成結構有不同變化的根系形

4、態(tài)。對功能模型采用浮點數(shù)編碼代替二進制編碼，將性質相近的個體作為一個種群，初期進化搜索僅限種群內部，使個體進化不受其他種群的影響，每個種群均具有產(chǎn)生優(yōu)秀個體的機會；進化計算幾代后，進行所有種群個體的相互競爭和進化，促使較差個體在種群競爭中逐漸消亡，充分保持群體的多樣性，有效地克服了過早收斂和局限于局部最優(yōu)解的問題。對所用的進化算子進行了詳細的描述，鑒于變異操作在浮點數(shù)編碼算法中的重要性，本文采用自適應調整變異算子，根據(jù)個體的適應值調整變