CN115859402A - 一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法及系统，涉及地膜结构模拟技术领域。本发明的技术要点包括：通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构。本发明基于改进的四参数随机生长法，可以模拟生成更复杂、更贴近真实的植物纤维地物多孔介质结构，对重建纤维地膜物理结构，构建纤维地膜物理传热模型具有重要意义。本发明可为农作物生长模拟、土地演变过程模拟提供更科学的预测手段。
Description
技术领域
本发明涉及地膜结构模拟技术领域，具体涉及一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法及系统。
背景技术
地膜在现代化农业中得到广泛应用，覆盖地膜可以形成物理屏障，减少土壤水分蒸发，提高土壤温度，抑制杂草，减少病虫害、提高农作物产量以及保持良好的土壤结构等。传统的塑料地膜在给农业种植增收的同时，带来大量白色污染。由于地膜不易分解且覆膜种植年限较长，每年回收不及时，回收率低等特点，导致农田地膜残留逐年增加，造成了严重的环境污染，这一现象促进了可降解纤维地膜的发展。植物纤维地膜是以植物纤维为主要原料，经过一系列工艺加工而成的农用地膜，具有可再生、可生物降解、绿色环保等特点，在替代塑料方面具有明显的优势并且在农业等领域多有应用。
地膜的重要功能有两个，一是保温，二是保墒。但是植物纤维地膜复杂的物理结构使得地膜保温原理的研究相当困难。植物纤维地膜的结构本质上说是一种多孔介质，与布料、土体、岩心等经典多孔介质有类似的性质，这使得使用计算机对纤维地膜的结构模拟成为可能。纤维地膜在微观上，是由固体纤维组成的骨架和由骨架分隔的大量密集成群的微小空隙所共同构成的物质，实质上是一种多孔介质。重建纤维地膜的物理结构，构建纤维地膜物理传热模型对植物纤维地膜的保热性研究具有重要意义。目前，多孔介质的网络模型重构方法主要分为物理方法和数值方法，物理方法都是借助核磁共振、CT、电子显微镜(SEM)等高精度仪器获取多孔介质内部结构从而对其进行重构。这些实验或者现场测试方法一般耗时长，费用高，过程复杂。数值方法中，多孔介质模型的生成有退火法、球体沉降法、分数布朗运动法、随机生长法等，其中以四参数随机生长法(Quartet structuregeneration set,QSGS)结构模拟最为相似。
虽然四参数随机生长法(QSGS)是最优的多孔介质模拟算法，但是使用四参数随机生长法在分形维数和孔隙率相同时，模拟植物纤维地膜多孔介质结构存在相似性不足问题。
发明内容
为此，本发明提出一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法及系统，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。
根据本发明的一方面，提供一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，该方法通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括以下步骤：
步骤1、设定初始值，包括：设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
步骤2、在构造区域内随机分布固相生长核，包括：对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
步骤3、为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
步骤4、使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
进一步地，四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
进一步地，所述生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
进一步地，步骤4中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
根据本发明的另一方面，提供一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，所述系统用于通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括初始化模块、生长核随机分布模块、生长形状赋值模块、纤维地膜结构生成模块；其中，
初始化模块配置成设定初始值，包括设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
生长核随机分布模块配置成在构造区域内随机分布固相生长核，包括对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
生长形状赋值模块配置成为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
纤维地膜结构生成模块配置成使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
进一步地，所述四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
进一步地，所述生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
进一步地，所述纤维地膜结构生成模块中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，本发明可以模拟生成更复杂、更贴近真实的植物纤维地物多孔介质结构，对重建纤维地膜物理结构，构建纤维地膜物理传热模型具有重要意义。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1是不同孔隙率P下生成多孔介质示例图；其中，(a)对应p＝0.5；(b)对应p＝0.6；(c)对应p＝0.7；(d)对应p＝0.8；
图2是不同生长核分布概率Pd下生成多孔介质示例图；其中，(a)对应Pd＝0.0001；(b)对应Pd＝0.001；(c)对应Pd＝0.1；(d)对应Pd＝0.7；
图3是D2Q9模型结构示意图；
图4是不同方向生长概率Pi不同时下生成多孔介质示例图；其中，(a)对应X轴方向；(b)对应y＝x方向；(c)对应Y轴方向；(d)对应各方向概率相同；
图5是基于现有四参数随机生长法生成的水稻纤维地膜微观结构示例图；其中，(a)为电子显微镜拍摄的真实水稻纤维地膜微观结构；(b)为二值化的纤维地膜微观结构，其中黑色为纤维，白色为孔隙；(c)为四参数随机生长法以孔隙为生长核生成的孔隙率为0.5的多孔介质结构；(d)为四参数随机生长法以固体为生长核生成的孔隙率为0.5的多孔介质结构；
图6是本发明实施例一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法的流程示意图；
图7是基于改进四参数随机生长法生成的水稻纤维地膜微观结构示例图；其中，(a)对应大小为100×100的微观结构图；(b)对应大小为1000×1000的微观结构图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
四参数随机生长法是基于经典的DdQm系列模型衍生的，在DdQm系列模型中，d代表空间维数，m代表生长方向数，根据d和m的不同，常用的模型有D2Q9，D2Q5，D3Q15，D3Q19，D3Q26等。其中，D2Q9作为经典二维格子模型，表示在二维空间内，中间的正方形格子向其4个边方向与4个角方向扩散，D2Q5则只向4个边方向扩散。
四参数随机生长法由四个基本参数控制：
(1)孔隙率P：是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比；这里的P代表模型最后达到的孔隙度。图1展示了不同孔隙率P下生成多孔介质的情况。
(2)生长核的分布概率Pd：在既定范围内随机放置固体颗粒的数量，即设定区域内网格节点成为生长核的概率。Pd较小时，重建孔隙结构中的固相颗粒较大，孔隙大小各异，分布不均匀。随着Pd增大，重建结构中孔隙趋于微小，分布逐渐均匀。图2展示了不同生长核分布概率Pd下生成多孔介质的情况。
(3)生长概率Pi：颗粒作为生长核向周围生长的概率。以D2Q9模型为例，D2Q9意为二维平面下，每个格子有9个生长方向，4个边方向，4个角方向，外加1个自身的方向，以该格子为圆心建立平面直角坐标系，如图3所示。D2Q9的1-9个方向的坐标分别为：(0,0)、(1,0)、(0,1)、(-1,0)、(0,-1)、(1,1)、(-1,1)、(-1,-1)、(1,-1)。则Pi对应了9个方向不同的生长概率。图4展示了不同方向生长概率Pi不同时下生成多孔介质的情况。
(4)概率密度Ii：当构造过程需要考虑不同相之间的影响时，引入概率密度Iim,n来表征，代表i方向上m相和n相之间的相互影响。一般在地膜结构模拟时很少用到概率密度。
使用四参数随机生长法在分形维数和孔隙率相同时，模拟水稻植物纤维地膜多孔介质结构如图5所示。图5中的(c)、(d)分别展示了QSGS以孔隙/固体生成的0.5孔隙率的多孔介质结构，可以看出与图5(b)中的真实微观结构差距较大。
进一步从图1、2、4中也可以看出，QSGS虽然能简单控制固体相的生长方向和生长形状，但是面对图5(b)这种复杂的多空介质结构则力不从心。图5(b)展示的水稻植物纤维地膜的多孔介质结构不仅在生长方向上不统一并且固体的生长形状也存在圆形、线性、月牙形等多种形状。
本发明旨在在QSGS生成多孔介质的过程中，使得固体相生长的形状和方向也做到随机。
通过上述的实验结果展示，本发明旨在在QSGS算法的基础上增加生长形状随机与生长方向随机。生长相的形状和方向可以根据生长核各个方向生长概率对的不同来控制，但是，目前QSGS算法在一张D2Q9的多孔介质生成中，所有的生长核只能使用相同的生长概率，这一操作限制了生长形状和生长方向的多样性。因此，本发明考虑通过给每个生长核赋予不同的生长概率，达到每个生长核产生的生长相形状和方向各有差异，从而模拟更接近真实情况的水稻纤维地膜多孔介质结构。
本发明实施例提供一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，该方法通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括以下步骤：
步骤1、设定初始值，包括：设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
步骤2、在构造区域内随机分布固相生长核，包括：对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
步骤3、为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
步骤4、使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
本实施例中，优选地，四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
本实施例中，优选地，生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
本实施例中，优选地，步骤4中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
本发明另一实施例提出一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，该方法中采用对各个生长核赋予不同生长概率的方法，改进了QSGS。根据生长概率的不同，可大体分为5个常见的生长方向：x轴方向、y轴方向、y＝x方向、y＝-x方向、全方向；3个常见的生长形状：线形、圆形、椭圆形。将这几种组合在初始化生长核时随机赋予各个生长核不同的方向和形状，从而使得生成的多孔介质结构更加复杂。
如图6所示，该方法的具体步骤包括：
步骤1、设定初始值。根据地膜的实际情况设定固相生长核分布概率Pd，生长形状数组Pi(即各个方向不同生长概率构成的形状，包括各个方向生长概率相同的圆形，x方向的椭圆形，y方向的椭圆形，y＝x方向的椭圆形，y＝-x方向的椭圆形)，孔隙率P，地膜的大小设置为NX×NY。
步骤2、在构造区域内随机分布固相生长核。对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于Pd的网格视为生长核，重复上述随机过程，直到生长核所占体积分数(即当前孔隙率)等于Pd。
步骤3、为每个生长核随机选取生长形状。对每个生长核随机分布0到4共五个随机整数，每个整数代表了一个生长形状。
步骤4、按照每个生长核的生长形状向周围邻点生长。生长核根据生长形状分布的概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相。该邻点的生长形状继承该点的生长形状。
步骤5、重复步骤4，直到孔隙占比达到给定孔隙率P。
上述步骤对应的核心Python代码如下：
基于本发明实施例改进的QSGS算法生成多孔介质，如图7所示，生成的多孔结构明显比之前更复杂，且更贴近真实情况。
本发明中改进的四参数随机生长法，可以生成更复杂、更贴近真实的植物纤维地物多孔介质结构，对重建纤维地膜物理结构，构建纤维地膜物理传热模型具有重要意义，为植物纤维地膜的保热性研究打下了坚实的基础。本发明可为农作物生长模拟、土地演变过程模拟提供更科学的预测手段。
本发明另一实施例提供一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，所述系统用于通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括初始化模块、生长核随机分布模块、生长形状赋值模块、纤维地膜结构生成模块；其中，
初始化模块配置成设定初始值，包括设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
生长核随机分布模块配置成在构造区域内随机分布固相生长核，包括对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
生长形状赋值模块配置成为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
纤维地膜结构生成模块配置成使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
本实施例中，优选地，四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
本实施例中，优选地，生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
本实施例中，优选地，纤维地膜结构生成模块中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
本实施例所述一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统的功能可以由前述一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法说明，本实施例未详述部分参见以上方法实施例。
尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。
Claims (8)
1.一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，其特征在于，通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括以下步骤：
步骤1、设定初始值，包括：设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
步骤2、在构造区域内随机分布固相生长核，包括：对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
步骤3、为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
步骤4、使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，其特征在于，四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，其特征在于，所述生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟方法，其特征在于，步骤4中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
5.一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，其特征在于，所述系统用于通过对各个生长核赋予不同生长形状改进四参数随机生长法，并基于改进的四参数随机生长法模拟生成植物纤维地膜微观结构，具体包括初始化模块、生长核随机分布模块、生长形状赋值模块、纤维地膜结构生成模块；其中，
初始化模块配置成设定初始值，包括设定固相生长核分布概率Pd、生长形状数组Pi、孔隙率P、待生成地膜微观结构大小为NX×NY；其中，生长形状数组Pi包括对应不同生长形状的各个方向生长概率；
生长核随机分布模块配置成在构造区域内随机分布固相生长核，包括对NX×NY内的每个网格在[0,1]区间内生成平均分布的随机数，随机数不大于固相生长核分布概率Pd的网格视为生长核，重复上述随机数生成过程，直到当前孔隙率等于设定固相生长核分布概率Pd；
生长形状赋值模块配置成为每个生长核随机赋予生长形状数组Pi中所对应的不同生长形状；
纤维地膜结构生成模块配置成使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长；重复上述生长过程，直到当前孔隙率达到设定孔隙率P则停止生长，获得模拟生成的植物纤维地膜微观结构。
6.根据权利要求5所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，其特征在于，所述四参数随机生长法采用D2Q9二维模型，所述D2Q9二维模型以某一生长核为圆心建立平面直角坐标系，向以该生长核为中心的正方形格子4个边及4个角方向扩散生长。
7.根据权利要求6所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，其特征在于，所述生长形状数组Pi＝Pi[n]，n＝0、1、2、3、4；其中，Pi[0]对应各个方向生长概率相同的圆形，Pi[1]对应以X轴方向为长直径的椭圆形，Pi[2]对应以Y轴方向为长直径的椭圆形，Pi[3]对应以与X轴正方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形；Pi[4]对应以与X轴负方向夹角为45°方向为长直径的椭圆形。
8.根据权利要求7所述的一种基于改进四参数随机生长法的植物纤维地膜结构模拟系统，其特征在于，所述纤维地膜结构生成模块中使每个生长核按照其被赋予的生长形状向周围邻点生长的具体过程包括：每个生长核根据其被赋予的生长形状所对应的生长概率向8个方向的邻点生长，对8个不同方向的邻点重新生成随机数，当该方向邻点的随机数小于该生长核被赋予的生长形状中同样位置的生长概率时，该邻点为生长相；该邻点的生长形状继承该生长核被赋予的生长形状。
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