项目名称: 双群体涌现的智能虚拟根系建模与仿真研究

项目编号: No.61501174

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 李松阳

作者单位: 河南工程学院

项目金额: 21万元

中文摘要: 虚拟根系研究将为从整体上认知植物复杂的生理生态机制开辟新的途径,对于系统研究在土壤环境异质性下植物的可塑性量化、理解植物个体的生存及其种群生命的延续具有重要意义。然而针对在土壤环境调控下根系生长发育表现出的复杂可塑性表型,如何对其进行有效建模与仿真,目前国内外尚缺少相关研究。本项目改变以线性形式化方法构建分枝与伸长模型建立虚拟根系的传统方法,以产生分枝的根原基为子智能个体,实现伸长的根尖为母智能个体,以双群体智能为视角对根系形态、行为以及智能特征进行建模。首先通过对根系分枝与生长表型的分析识别各智能群体的行为方式;以膜模型及极性传输模型为基础构建各智能群体对环境的感知及群体中智能个体间的通信模型;结合根系生长演化的并行结构及群体行为方式建立双智能群体间的关系模型,结合环境调控下双智能群体的交互实现虚拟根系表型可塑性表达,从而为实现虚拟根系研究提供新的思路与方法。

中文关键词: 精准农业;生长过程模拟;虚拟根系;群体智能;涌现

英文摘要: Research of virtual root system will fund new approaches to cognize complexly physiological and ecological mechanisms of the whole plant and have important significance to scientifically study on quantification of plant plasticity under soil environmental heterogeneity and understanding of individual survival and population life extension of plant. However, there is a lack of relevant research on how to effectively model and simulate complexly phenotypic plasticity exhibited by the root growth and development at home and abroad. The project will transform the traditional methods which formally build linear branching and elongation model. Root primordium that produces branching is used as sub agent. Root tip that realizes elongation is used as mother agent. Based on perspective of double swarms, models of root morphology, behavior and intelligence features are presented. Firstly, swarm behaviors of the two groups are identified through analyzing root branching and growth phenotype. Based on membrane model and polar transport model, models of individual environmental perception and communication among individual are constructed. By combining parallel structure of root growth and evolution with identified swarm behaviors, relational model between sub group and mother swarm is built. Then, the expression of the virtual root phenotypic plasticity will be achieved under soil environmental regulation. Research on the subject will provide new ideas and methods for the study of virtual root.

英文关键词: precision agriculture;growth process simulation;virtual root system;swarm intelligence;emergence

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