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龙图腾网获悉北京工业大学申请的专利基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115081202B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-26发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210676334.5，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法是由周晋军;黄天意;王昊;庞亚莉设计研发完成，并于2022-06-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法，模型采用8邻居定值型边界的有限方形网格，通过元胞自动机模型模拟水体在温室土壤中的水平和垂向的运动过程，通过VM矩阵来表达和反映模拟区的植被空间排列，对土壤进行分层，通过SM矩阵来表达模拟区土壤各土层水分含量。模型设定人工浇水后水体至少经历流动、渗透、植被吸收和蒸发4个过程，通过对上述过程更新各个元胞的含水量的，实现对土壤水体运动的模拟。本发明可以对土壤水体运动的空间分布和时间分布进行仿真模拟，实现补水函数或最优化土壤参数的优化选择，实现温室大棚土壤水体变化的全区域预测。

本发明授权基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法在权利要求书中公布了：1.基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型，其特征在于，元胞自动机模拟模型采用8邻居定值型边界的有限方形网格，用于模拟水体在温室土壤中向四周扩散的运动过程；通过VM矩阵来表达和反映模拟区的大小、环境和植被排列，将土壤划分为不同土层后通过SM矩阵来表达模拟区土壤各土层水分含量；元胞自动机模拟模型设定人工浇水后水体在土壤中发生水平流动、垂向渗透、植被吸收、植被蒸腾蒸发4个过程，通过模拟不同过程的土壤水分运动过程来更新各个元胞的含水量，实现对土壤水分运动的仿真模拟； 包括以下步骤： S1：根据模拟区的实际大小、环境和植被排列情况建立矩阵VM； S2：对的土壤进行分层，并建立各土层的初始含水量矩阵SM；将深度的土壤分为三层，深度由低到高分别为T层、U层、N层；建立含水量矩阵SWT、SWU和SWN矩阵分别记录T层、U层和N层的土层含水量； S3：调研种植作物生长习性，查阅相关资料获取相关作物需水和种植管理数据以确定各土层水量的变化的数学公式和各土层的相关参数； VMi，j＝-1,{SWTi，j t＝SWUi，j t＝SWNi，j t}＝0 式1中，右括号加对应层数表示变化发生在指定土层中，t指模型当前的迭代时间，为中间变量，不具有实际意义，W0指对于VMi，j＝0处土壤的人为决策的补水量或补水函数，W1指对于VMi，j＝0处土壤的人为决策的补水量或补水函数，GSD指植被根系生长至某一土层的时间变化点，AW是植被向土壤汲取的水量； 式1中，EWT和EWTG分别为T层VM＝0和T层VM＝1的土壤水分蒸发量，具体计算式为： EWTi，j t＝EWTGi，j t＝0.28SWTi，j t2 式1中，FWT、FWU、FWTG和FWUG分别为处于T层VM＝0、U层VM＝0、T层VM＝1、U层VM＝1的元胞发生流动过程的水量，具体计算式如下： 式3中，M表示处在8邻居空间包围的元胞，1-8指8邻居空间中的正上、上左、上右、正左、正右、正下、下左和下右位置处的元胞，ka→b指元胞a流动至b元胞的水量，ka→b的计算式如下： 式4中，SWx指x元胞的含水量；αF是流动系数，将土层划分三层后，αF能够细分为αFT、αFU、αFTG和αFUG，别对应T层VM＝0、U层VM＝0、T层VM＝1、U层VM＝1的元胞的流动系数； 式1中，IWT、IWU、IWTG和IWUG分别为处于T层VM＝0、U层VM＝0、T层VM＝1、U层VM＝1的元胞发生渗透过程的水量，具体计算式如下： 式5中，IWa→b指元胞a渗透至元胞b的水量，SWx指x元胞的含水量，Cb指元胞b的田间持水量，ULb指元胞b的最大含水量，αI是渗透系数；将土层划分三层后，仅在IWT处需要计算田间持水量，因此仅统计U层的田间持水量CU，CU已知为0.07，αI能够细分为αIT、αIU、αITG和αIUG，分别对应T层VM＝0、U层VM＝0、T层VM＝1、U层VM＝1的元胞的渗透系数； S4：根据预设的各土层水量的变化的数学公式，依次计算各土层的含水量的数值，从而更新含水量矩阵； S5：若土层含水量矩阵出现负值，必须修改补水水量W、土壤流动和渗透参数，重复进行S4；若需要，同样要修改补水水量、土壤流动和渗透参数，重复S4； S6：根据预设的迭代次数，重复步骤S1至S5，当运行次数超过设定的迭代次数后停止运行，即对模拟区的土壤水体变化情况完成了仿真模拟，此时根据使用目的选择性输出各个迭代时刻土壤含水量情况或相关参数值； VM矩阵仅存在3种数值：-1、0和1，VM矩阵中0表示该处含土壤，1表示该处含植被，-1表示该处既不含植被也不含土壤，划分三类工况；VM矩阵为非负矩阵，即矩阵中不能出现负值； 含水量矩阵SM为非负矩阵，即矩阵中不能出现负值； 各土层中均含一个独立存在的含水量矩阵SM，初始含水量矩阵SM的行列大小与VM矩阵相等； 对植被根系层土壤进行分层后，应再添加N层土层，N层土层位于所有土层的最底部，所述N层是一个抽象层，表示深的土层；除N层外，所有土层均存在含水量上限，并对所有土层模拟土壤水分运动； 对土壤进行分层，并建立各土层的初始含水量矩阵； 模拟过程中认为人工浇水的耗散途径包括植被生长生产活动、土壤入渗和蒸腾蒸发耗水； 所述渗透是指在一个元胞大小的面积内，在一个垂直的空间内，深度较低层土壤的水分流向深度较高层土壤；所述流动是指是在一个8邻居空间内，同一土层位于8邻居中心的元胞的土壤水分流向8邻居范围内的同一土层的土壤；所述8邻居空间指环绕矩阵单个元胞的正上、上左、上右、正左、正右、正下、下左和下右8个元胞空间。

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