中国农业大学土地学院马韫韬教授团队在日光温室三维仿真技术研究领域取得重要进展

近日，中国农业大学土地科学与技术学院马韫韬教授团队在日光温室数字化与智能化生产领域取得重要进展。团队在可再生能源领域国际顶级刊物Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表题综述论文Advances in 3D Simulation Technology for Solar Greenhouse Systems: A Review。该研究系统总结了三维仿真技术在日光温室生产中的应用现状与发展趋势，为推动我国智慧设施农业的发展提供了重要的理论与技术参考。

三维温室模拟研究的关键词共现网络分析

不同类型日光温室三维结构示意图

自李保国教授和郭焱教授带领下的团队于1997年建立了国内首个大田玉米群体三维生长仿真模型以来，团队仍长期致力于农业系统建模、作物生长模拟与设施农业信息化研究，形成了持续三十余年的技术积累。早期在国家“863计划”和国家自然科学基金等项目支持下，团队构建了环境-作物多要素耦合的植物功能-结构模型，实现了作物生长过程的量化描述与预测。进入21世纪后，研究方向逐渐由开放农田系统扩展至设施农业系统，率先开展了日光温室三维作物表型与模型研究，提出了以“环境-结构-作物”为核心的温室系统建模框架。随着传感器技术、人工智能和三维重建算法的快速发展，团队逐步形成了面向日光温室的三维数字化建模与仿真体系，实现了温室结构设计、环境调控、作物生长实时监测与模拟一体化耦合。这一系列研究标志着团队在设施农业数字化方向实现了从经验建模到三维虚拟仿真、从静态模拟到动态数字孪生的跨越。

三维仿真技术在设施农业生产中的应用

此次发表的综述论文全面分析了三维仿真技术在日光温室中的应用现状。随着信息技术与计算科学的不断进步，三维仿真已成为推动农业数字化与智能化的重要技术手段，尤其在节能型日光温室的规划设计与生产管理中展现出巨大潜力。论文系统梳理了近年来应用于温室研究的主要仿真方法，包括用于空气流动与热量传递的计算流体动力学（CFD）模型、用于模拟作物结构与光合反应的植物功能-结构模型（FSPM），以及在设施结构设计与节能分析中广泛使用的建筑信息模型（BIM）等。综述详细阐述了这些技术在温室微气候评估与调控、作物生长模拟和结构优化等方面的典型应用实例，覆盖了从温室规划、作物生产到环境管理的全过程。论文还针对当前三维仿真技术在实际温室应用中存在的关键问题进行了讨论，如模型耦合复杂度高、数据精度与实时性不足、计算资源消耗大等，并展望了融合数字孪生、人工智能与多源感知技术的未来发展方向。

日光温室数字化生产应用的基础流程

该论文的发表是团队近年来在设施农业数字化方向系统研究的阶段性成果。三维仿真技术的核心意义在于以可视化和定量化的方式揭示农业系统内部复杂的物理、生理与环境过程，为温室结构优化、作物生长调控和资源利用效率提升提供科学依据。

马韫韬研究团队围绕温室数字化关键技术已在Energy Conversion and Management、Energy、Computers and Electronics in Agriculture和Building Simulation等国际权威期刊发表多篇论文，构建了贯通“规划设计-环境调控-栽培管理”的全链条数字化研究体系。未来，团队将以数字孪生为核心方向，进一步推动温室系统的虚拟仿真、智能感知与自主调控研究，实现从静态模型到动态反馈系统的升级，为农业数字化转型和智能化决策提供新动能，助力我国设施农业迈入智慧时代。

土地科学与技术学院博士研究生的徐德敏为研究的第一作者，马韫韬教授为论文通讯作者，合作者为中国农业科学院蔬菜花卉研究所朱晋宇副研究员。相关研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发、现代农业产业技术体系北京市创新团队岗位科学家等项目的资助。