虚拟小麦LiDAR的D3P监测实验
来源:华文易迅 时间:2022-12-29 09:00:00
D3P的数字化植物表型平台主要有结构功能模型(FSPM)和表型监控模拟两个部分(图2)。FSPM包含了对作物从叶到冠层的生理生态过程的模型描述，通过气象监测、栽培管理和作物参数等手段，可实现作物三维生长动态的模拟[24,25]。D3P集成了OpenAlea三维仿真平台，该平台包含多种作物的FSPM[26]。关于小麦，研究主要利用ADEL-Wheat模式[27]。D3P的表型监控模拟部分实现了对RGB相机.多光谱相机和LiDAR3表型监控装置的模拟。模拟RGB和LiDAR(图3)的原理及有关参数设置请参考。
在ADEL-Wheat模型中12个控制小麦冠层结构和生育时期的主要参数(表1)，可实现不同品种小麦三维冠层的模拟。采用拉丁超立方抽样法，随机生成100组模型参数，相当于考虑100个不同基因型小麦群体的冠层结构差异。根据每个模型参数集，得到200.400.600.800和1000oC·d五个生育时期三维小麦场景。每个场景尺寸为100cm(X轴方向在-50cm至50cm).400cm宽(垂直于行方向，Y轴方向为-200cm至200cm)，固定行距为17.5cm。土面是平面的，高度是0cm。植物沿着Z轴的正方向生长。参考野外高通量表型平台PhenomobileLiDAR的配置信息，在表2中设置相关参数。每一维场景的虚拟LiDAR扫描结果可以生成三维点云数据，每一点都包含LiDAR的三维空间坐标和入射角信息；3维树冠和雷达点云原始数据可以发送邮件给通信作者1。
以FIPARdif,GAI,AIA为三维小麦场景提取。
为计算每一种小麦三维场景的冠层光截获，本研究采用一种基于辐射度原理的光致传输模型，该模型兼顾了运算效率和精度，能满足模拟实验中大规模模拟的需要。绿叶可以吸收绝大多数入射的光合有效辐射(PhotosyntheticallyActivateRadiation)因此，不计叶片渗透率和反射率对FIPAR的影响[29]，设定小麦组织内各器官的反射率，并设定透光率和土壤反射率为零。将光束平均分割成46个角度，分别模拟不同角度的直射光截获，再由球面积分得到散射光截获。
它是一种代表小麦冠层对各个角度入射光线的综合截获能力。另外，冠层模拟场景不受限制，在FIPAR模拟中，通过场景复制来消除边界效应引起的误差。
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