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龍圖騰網獲悉北京工業大學申請的專利基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型和方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN115081202B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202210676334.5，技術領域涉及：G06F30/20；該發明授權基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型和方法是由周晉軍;黃天意;王昊;龐亞莉設計研發完成，并于2022-06-15向國家知識產權局提交的專利申請。

本基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型和方法在說明書摘要公布了：本發明公開一種基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型和方法，模型采用8鄰居定值型邊界的有限方形網格，通過元胞自動機模型模擬水體在溫室土壤中的水平和垂向的運動過程，通過VM矩陣來表達和反映模擬區的植被空間排列，對土壤進行分層，通過SM矩陣來表達模擬區土壤各土層水分含量。模型設定人工澆水后水體至少經歷流動、滲透、植被吸收和蒸發4個過程，通過對上述過程更新各個元胞的含水量的，實現對土壤水體運動的模擬。本發明可以對土壤水體運動的空間分布和時間分布進行仿真模擬，實現補水函數或最優化土壤參數的優化選擇，實現溫室大棚土壤水體變化的全區域預測。

本發明授權基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型和方法在權利要求書中公布了：1.基于元胞自動機的溫室土壤水分運動仿真模擬模型，其特征在于，元胞自動機模擬模型采用8鄰居定值型邊界的有限方形網格，用于模擬水體在溫室土壤中向四周擴散的運動過程；通過VM矩陣來表達和反映模擬區的大小、環境和植被排列，將土壤劃分為不同土層后通過SM矩陣來表達模擬區土壤各土層水分含量；元胞自動機模擬模型設定人工澆水后水體在土壤中發生水平流動、垂向滲透、植被吸收、植被蒸騰蒸發4個過程，通過模擬不同過程的土壤水分運動過程來更新各個元胞的含水量，實現對土壤水分運動的仿真模擬； 包括以下步驟： S1：根據模擬區的實際大小、環境和植被排列情況建立矩陣VM； S2：對的土壤進行分層，并建立各土層的初始含水量矩陣SM；將深度的土壤分為三層，深度由低到高分別為T層、U層、N層；建立含水量矩陣SWT、SWU和SWN矩陣分別記錄T層、U層和N層的土層含水量； S3：調研種植作物生長習性，查閱相關資料獲取相關作物需水和種植管理數據以確定各土層水量的變化的數學公式和各土層的相關參數； VMi，j＝-1,{SWTi，j t＝SWUi，j t＝SWNi，j t}＝0 式1中，右括號加對應層數表示變化發生在指定土層中，t指模型當前的迭代時間，為中間變量，不具有實際意義，W0指對于VMi，j＝0處土壤的人為決策的補水量或補水函數，W1指對于VMi，j＝0處土壤的人為決策的補水量或補水函數，GSD指植被根系生長至某一土層的時間變化點，AW是植被向土壤汲取的水量； 式1中，EWT和EWTG分別為T層VM＝0和T層VM＝1的土壤水分蒸發量，具體計算式為： EWTi，j t＝EWTGi，j t＝0.28SWTi，j t2 式1中，FWT、FWU、FWTG和FWUG分別為處于T層VM＝0、U層VM＝0、T層VM＝1、U層VM＝1的元胞發生流動過程的水量，具體計算式如下： 式3中，M表示處在8鄰居空間包圍的元胞，1-8指8鄰居空間中的正上、上左、上右、正左、正右、正下、下左和下右位置處的元胞，ka→b指元胞a流動至b元胞的水量，ka→b的計算式如下： 式4中，SWx指x元胞的含水量；αF是流動系數，將土層劃分三層后，αF能夠細分為αFT、αFU、αFTG和αFUG，別對應T層VM＝0、U層VM＝0、T層VM＝1、U層VM＝1的元胞的流動系數； 式1中，IWT、IWU、IWTG和IWUG分別為處于T層VM＝0、U層VM＝0、T層VM＝1、U層VM＝1的元胞發生滲透過程的水量，具體計算式如下： 式5中，IWa→b指元胞a滲透至元胞b的水量，SWx指x元胞的含水量，Cb指元胞b的田間持水量，ULb指元胞b的最大含水量，αI是滲透系數；將土層劃分三層后，僅在IWT處需要計算田間持水量，因此僅統計U層的田間持水量CU，CU已知為0.07，αI能夠細分為αIT、αIU、αITG和αIUG，分別對應T層VM＝0、U層VM＝0、T層VM＝1、U層VM＝1的元胞的滲透系數； S4：根據預設的各土層水量的變化的數學公式，依次計算各土層的含水量的數值，從而更新含水量矩陣； S5：若土層含水量矩陣出現負值，必須修改補水水量W、土壤流動和滲透參數，重復進行S4；若需要，同樣要修改補水水量、土壤流動和滲透參數，重復S4； S6：根據預設的迭代次數，重復步驟S1至S5，當運行次數超過設定的迭代次數后停止運行，即對模擬區的土壤水體變化情況完成了仿真模擬，此時根據使用目的選擇性輸出各個迭代時刻土壤含水量情況或相關參數值； VM矩陣僅存在3種數值：-1、0和1，VM矩陣中0表示該處含土壤，1表示該處含植被，-1表示該處既不含植被也不含土壤，劃分三類工況；VM矩陣為非負矩陣，即矩陣中不能出現負值； 含水量矩陣SM為非負矩陣，即矩陣中不能出現負值； 各土層中均含一個獨立存在的含水量矩陣SM，初始含水量矩陣SM的行列大小與VM矩陣相等； 對植被根系層土壤進行分層后，應再添加N層土層，N層土層位于所有土層的最底部，所述N層是一個抽象層，表示深的土層；除N層外，所有土層均存在含水量上限，并對所有土層模擬土壤水分運動； 對土壤進行分層，并建立各土層的初始含水量矩陣； 模擬過程中認為人工澆水的耗散途徑包括植被生長生產活動、土壤入滲和蒸騰蒸發耗水； 所述滲透是指在一個元胞大小的面積內，在一個垂直的空間內，深度較低層土壤的水分流向深度較高層土壤；所述流動是指是在一個8鄰居空間內，同一土層位于8鄰居中心的元胞的土壤水分流向8鄰居范圍內的同一土層的土壤；所述8鄰居空間指環繞矩陣單個元胞的正上、上左、上右、正左、正右、正下、下左和下右8個元胞空間。

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