探地雷达用于树木单根成像的模拟技术研究

利用超宽带探地雷达技术,以及衍射层析成像算法实现对根系的探测与成像。通过时域有限差分法,对树木根系进行建模仿真,生成探地雷达扫描数据,然后利用衍射层析成像算法对仿真数据进行目标重建,得到根系横截面反演图像。并讨论了根的直径、介电特性及其分布情况对探地雷达探测根系的影响。仿真结果表明,在近似为无损的均匀土壤中,超宽带探地雷达能快速无损地实现地下根系目标探测,衍射层技术通过重建根系图像,初步实现树根的介电属性、形状特征估计和位置标定等,因而可用于探地雷达根系探测中,对树木根系的研究具有重要意义。     

基于探地雷达的果树根系检测试验与分析

果树的根系健康与水果品质息息相关,如何检测根系的健康状况一直是果树养护管理领域的难题。探地雷达作为新兴的无损检测技术日益受到学术界和业界的重视。选择江南大学校内果园和江苏省苏州市吴中区东山镇双湾村果园内的枇杷和水蜜桃果树试样,利用探地雷达对试样进行根系检测试验,以评价探地雷达对果树根系检测的可行性。结果表明,通过分别设置900 MHz和400 MHz的天线频率,探地雷达能够获取果树试样的细根和粗根分布图,包括雷达信号波形图、三维总览图和分层密度图,根系图像准确地反映了果树地下根系分布状况,结果有助于果树健康风险评价和养护管理。     

应用探地雷达探测古树根系分布

为监测古树健康状况和为古树复壮措施提供指导,通过使用探地雷达探测了一株古侧柏的根系在水平方向和垂直方向的分布.结果显示:探地雷达对于处于地表浅层0～60 cm的根系分布有较好的探测作用,对更深处的粗根也能探测,探测结果和实际观察相比在水平分布上大致相同,但无法探测交叉或重叠根系.总体来说探测的可能性随着根系直径的增加而...     

虚拟间作植物根系竞争生长的可视化系统研究

基于模拟根系形态结构的Simroot系统的几何建模理论,结合计算机图形学方法建立了虚拟间作植物根系竞争生长过程的三维可视化模拟系统。将间作大豆—玉米根系的生长参数输入模拟系统中进行模拟。结果表明,该系统能够形象逼真地显现间作植物根系竞争生长过程中的形态结构和生物特性。     

基于动态生长模型的植物根系模拟研究

围绕基于动态生长模型的植物根系模拟技术展开研究与讨论,在分析了冬小麦根系动态生长模型的基础上,提出了一种利用改进型L系统规则结合动态数据结构的冬小麦根系模拟方法并予以实现。引入了植物根系的“管道模型”,使系统在模拟根系生长的同时,能完成对根系各生长参数的计算,最后能生成根系图形并计算出根系研究所需要的根长、根重、根体积等重要参数,实现了根系生长发育模型和形态发生模型的有机结合。     

基于梯度幅度和Hough 变换的林木根系GPR 目标检测

探地雷达图像中识别林木根系的重要依据是双曲线回波特征。通过分析精确检测到的林木根系探地雷达图 像中的双曲线,提出了目标曲线检测的改进方法。该方法包括2 个方面的内容:1)基于探地雷达图像具有子波频 率信息的特殊性,提出了一种基于梯度幅度的感兴趣区域(ROI)提取方法,为了使梯度幅度图中双曲线特征更为突 出,对普通梯度法进行了微分取值方式的优化,实现了双曲线的快速提取;2)对提取出来的ROI 进行Hough 变换以 检测双曲线,通过位置信息与幅度信息综合投票提高原始Hough 变换的精确度,去除背景杂波等虚假目标,从而实 现目标双曲线的精确提取。      

植物根系的分形及计算机模拟

基于计算机图像技术和分形理论,建立了植物根系分形度量的计算机模型,实现了对植物根系生长过程发育形态的计算机模拟。应用上述模型计算植物根系的分形维数与实际度量的维数基本一致,构造模拟的根系形态与实物不仅具有相近的分形维数,而且形态也非常相似。     

基于动态生长模型的植物根系模拟研究

围绕基于动态生长模型的植物根系模拟技术展开研究与讨论,在分析了冬小麦根系动态生长模型的基础上,提出了一种利用改进型L系统规则结合动态数据结构的冬小麦根系模拟方法并予以实现.引入了植物根系的"管道模型",使系统在模拟根系生长的同时,能完成对根系各生长参数的计算,最后能生成根系图形并计算出根系研究所需要的根长、根重、根体积等重要参数,实现了根系生长发育模型和形态发生模型的有机结合.     

计算机视觉技术在植物根系形态研究中的应用

介绍了国内外计算机视觉技术在植物根系形态研究中的应用情况,并就植物根系形态研究中所涉及的图象分割、图象细化和矢量化等具体技术环节进行了评述,为以后类似的研究提供了框架.     

内蒙古草地常见轴根型植物根系构型参数的研究

采用WinRHIZO 2009根系分析系统获取100种内蒙古草地常见轴根型植物的根系参数,并对数据进行分析,得到如下结论:1、相关性分析得到在草地轴根型植物的各根系参数中,根系总体积与平均直径的相关性极显著;根尖数与分叉数具有显著相关性;由主成分分析和因子分析得到,根平均直径和根分叉数是影响轴根型植物根系构型的关键因素;2、通过分析得到了轴根型植物根系总体积的经验计算公式,为轴根型植物根系的应用性研究提供基础性数据.     

水稻根系空间分布特性的三维建模及可视化研究

为明确水稻根系在土壤中的空间分布特性,应用"根箱法"进行试验,获取水稻根系坐标数据,分析根系生长随水稻生育进程的变化规律,采用植物模拟技术,建立了水稻根系三维形态模型,包括根节点初始位置的确定、根节点生长方向的确定、不定根位置的确定、不定根生长方向的确定等。根据水稻根系几何形态参数,采用Visual C++及Open GL标准图形库,对水稻根系的三维形态结构进行重构,使系统生成更加逼真的水稻根系图像。结果表明该模型对水稻根系形态结构动态生长具有较好的预测效果,同时也可为其他作物根系的可视化研究提供参考。     

植物根系生长的三维可视化模拟

利用模拟植物形态结构的L系统理论结合计算机图形学方法建立了模拟植物根系生长的三维可视化模拟系统。并利用随机参数L系统方法对豆科作物根系的生长过程进行了模拟。     

作物根系原位观测识别新方法综述

根系是植物从土壤中获取养分和水分并支撑植物体的重要器官,由于根系的复杂形态及土壤的不透明属性使得对其观测困难,缺乏有效的原位根系观测方法已成为深入研究植物根系的技术瓶颈。文章从根系观测技术和根系识别算法两方面分别进行了综述。在观测技术方面,主要对微根管观测法(二维根系观测法)和计算机层析成像法(根系三维构型观测方法)及其优缺点进行了综述。在根系识别算法方面,对根系二位形态识别算法和三维构型识别算法进行了分析,指出了算法的优点和局限。最后,在对两类观测识别技术深入分析的基础上梳理出自然土壤介质下根系三维构型原位观测识别技术(计算机层析成像法)是根系定量化研究未来的发展趋势。     

钢筋混凝土无损检测的手持式探地雷达研制

根据钢筋混凝土无损检测的特点和超宽带雷达探测原理,研制了一种手持式高分辨率超宽带探地雷达系统.阐述了基于无载频脉冲发射机、等效时间采样接收机和超宽带收发天线的低成本射频模块的基本结构和工作原理,描述了集雷达控制、数据采集和图像处理于一体的嵌入式控制模块的设计方法.软硬件集成提高了系统的便携性、可靠性和实时性.原理样机实验结果表明：该检测系统可有效检测埋深为0~35 cm,间隔6 cm以上的Φ6钢筋位置和保护层厚度,并可反映钢筋混凝土的其他特性.     

小麦根系构型及抗旱性研究进展

小麦是全球最重要的粮食作物之一,干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官,直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来,越来越多的研究表明,根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要功能。本文综述了目前根系构型在调控小麦抗旱性方面的研究进展。首先概述了根向性生长,特别是根向重力性生长对植物根系结构的塑造作用,重点总结了目前挖掘到参与根系向重力性生长的相关基因及其分子调控机制,并阐述了根向性生长调控的根系构型是如何介导小麦对干旱胁迫的适应。除了根向性生长,根系的发育过程也参与了对植物根系构型的调控,并决定植物对干旱胁迫的适应能力,因此,本文进一步综述了在干旱胁迫条件下小麦如何通过调控根系发育来改变根系形态,包括增加根长、调控侧根数量和根毛密度等,来增强小麦对土壤水分的吸收和对干旱环境的适应;同时,系统总结了干旱胁迫条件下参与调控作物（尤其是小麦）根系发育的相关基因。此外,根系作为植物地下部分,其构型的解析一直是本领域研究难点,阻碍了对根系结构与植物耐旱性关系的进一步解析,因此,本文也归纳了目前可用于小麦根系二维结构和三维结构表型分析的技术。这些技术可测量...     

基于GprMaxV2.0的树木根系正演模拟

将现场实验得到的相思树根系的探测信号图与利用Gpr Max V2.0软件模拟的根系信号图对比分析,得出根的埋深、水平间距、根的直径是根目标反射信号产生差异的主要影响因素。为得到更接近实际根系生长状况的图像数据,利用Gpr Max V2.0模拟了交错根系的图谱,并对其反射信号进行了分析;探查出交错根系不同角度的模拟图像的差异及其产生原因,进一步证实了利用Gpr Max V2.0软件模拟探地雷达探测树木根系的有效性。     

氮素水平及形态对娃娃菜根系特征及生理指标的影响

[目的]所有高等植物均会调控其根系形态,以便能更好地在土壤环境中获得充足的养分和水分,其中,氮素是调控根系形态的一个关键因子.探究氮素水平及形态对娃娃菜根系形态的影响及其生理机制,明确参与根系形态塑造的关键因子,为进一步研究氮素调控植物根系形态的分子机制奠定基础.[方法]以娃娃菜(品种'惠农金娃娃')为试材,设置两个氮...     

根系分形维数及其研究进展

系统介绍了分形理论的形成和实际内容,并综述了根系分形维数的计算方法以及分形维数在植物根系研究方面的重要作用。分形维数作为一种简便地描述植物根系形态、生理特性的方法,给根系的研究带来了很大的方便。     

基于虚拟植物技术的冬小麦根系3D构型测试与分析

【目的】构建一套由硬件和软件集成且完整而适用的虚拟植物根系技术,定量描述稻茬田冬小麦根系的三维几何构型特征。【方法】自主设计制作“根系构型数字化仪”,该数字化仪为纯机械结构,分别设有一个水平回转臂、一个横向滑动臂和一个竖向滑动臂,回转臂与滑动臂都配有标尺,且3者的组合运动能保证测头在3D范围测取任一点的空间坐标。测量时将置于工作台的根区土壤按3-5 mm厚度逐层清除并进行根系构型数字化,从而测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,实现小麦根系实体构型的数字化。将实测的小麦根系构型数据导入Pro-E软件平台,利用软件的3D造型技术完成小麦根系构型的虚拟重构,实现计算机虚拟根系与实体根系的一致性。利用软件的分析工具对虚拟重构的小麦根系构型进行计算分析,定量小麦不同时期根系的三维空间构型、根系的土体空间搜寻能力、根系总长以及根系平均增长率等指标的变化,通过不同的指标反映田间土壤环境下真实小麦根系构型的时空动态。【结果】植物根系构型数字化仪能够提供＜1 mm的测试分辨率,操作使用方便,耐污染、抗干扰能力强,对工作环境要求不高,可满足作物根系三维空间几何构型测试要求,而使用Pro-E的小麦根系三维空间几何构型重构技术也便于根系构型的深度计算与分析。冬小麦的根系构型分析结果表明,该虚拟根系技术能够直观展示小麦生长期不同时间节点的根系构型状态特征及土体空间搜寻动态,根系构型图可以反映各时期小麦根系在土体中的纵深拓展和周向扩展状态。同一时期植株个体的根系构型变异性较大,越冬期小麦根系很浅,在返青及分蘖旺期小麦的根系迅速向深层土层中伸展,拔节期根系爆发迅速。【结论】由软硬件单元组构的虚拟植物根系三维空间几何构型的测试与分析方法是准确定量根系动态、根-土关系、根系拓扑特征、根系动态空间行为指标等作物根际生理生态行为的技术保障,其不仅直观展示了水稻土条件下冬小麦根系空间几何构型在不同时期的空间拓展状况,也能够定量根系构型的动态,因此能够满足作物根系三维空间几何构型分析的实用要求。     

不同基因型小麦品种根系形态对低氮胁迫的响应

以8个不同基因型的小麦品种为材料,在4个不同供氮水平(0,0.05,0.1,2 mmol·L~(-1))下,研究了不同根系形态参数对氮素的响应情况。结果表明,根据不同品种的根系性状对低氮胁迫的响应情况,可以将8个供试小麦品种分为3类:第1类品种以辛石麦和跃进5号为代表,不同根系形态参数对低氮响应较好,但地上部生物量随氮素水平的降低而降低;第2类品种以西农979和陕优225为代表,根系形态参数对低氮响应较差,且地上部生物量随着氮素水平的降低而降低;第3类品种以孟县4号为代表,地上部生物量与根系形态参数均对低氮响应差。