基于功能结构模型的园林树木剪枝计算实验

园林苗圃管理中，整形修剪是培养一定树体结构和形态的大苗的必要手段。整形修剪一方面促使植物按照设计的树形方向发展，另一方面减少进行营养生长的叶子和树枝，降低树木的生长量，增加培育时间。如何快速合理地预测园林树木整形修剪后的树形变化，以及如何根据实际情况确定适宜的整形修剪策略，是颇具挑战性的科学命题。本项目拟建立精细时间尺度的树木功能结构模型，通过模型校准模拟实际园林树木的动态生长过程，在此基础上进行整形剪枝的计算实验，并结合序优化计算适宜的整形修剪策略。拟解决的关键问题是如何模拟实际树种对整形剪枝的反应,以及基于CPU+ GPU混合计算架构的树木生长的高性能计算。创新之处在于对一年中树木枝条逐渐萌发过程进行建模，从而可模拟不同时期的整形剪枝对植物的影响；引入源库调控机制模拟整形剪枝对树木形态结构的影响；引入序优化计算适宜剪枝策略。该项目提供一种可计算、可重复的园林树木整形剪枝实验手段。

为了快速合理地预测园林树木整枝修剪后的枝条和树冠的动态变化，以及如何结合植物生长发育规律确定最适宜整形修剪的策略，本项目建立了精细尺度的树木功能结构模型，并解决了在精细时间尺度下的模型校准问题，通过模型校准模拟了几种园林树木的态生长过程；基于校准的模型，引入了源库调控机制，进行整形剪枝的计算实验，从而预测剪枝对园林树木形态结构的影响；此外，结合高性能计算即CPU+ GPU混合计算的方法，对树木生长的动态过程进行计算。本项目的工作对于园林的管理及整形修剪策略的制定有一定的指导意义。