一种室内植物种植布局方法及系统与流程

本发明涉及住宅布局优化领域，更具体的说，它涉及一种室内植物种植布局方法及系统。

背景技术：

1、将植物种植引入室内是常见的手段，通过在室内种植植物能够显著提升居住的舒适度，但是在将植物种植引入室内的过程中，一般都是有经验的设计师根据室内情况对植物布局进行设计，这种需要专业人员进行设计，在实际操作中较为麻烦。

技术实现思路

1、本发明提供一种室内植物种植布局方法及系统，通过将植物的适宜温度范围和适宜光照范围分别与室内种植区域的温度数据和光照数据进行匹配，进而通过分析单体适应度来判断对应植物是否能够在选定的种植区域适宜生长，并以此作为约束条件进行遗传算法模拟，能够更好地符合室内植物种植布局情况，且无需专业人员通过经验进行设计。

2、一种室内植物种植布局方法，包括：

3、获取室内二维平面图和建筑bim模型，按照预设网格大小将室内二维平面图划分为若干个区域，并标记出候选植物种植区域，候选植物种植区域通过允许植物类型进行标记，将候选植物种植区域记为xn，n=1，2，3······n，n为候选植物种植区域的总个数；

4、获取植物信息，将植物信息记为qk，k=1，2，3······k，k为植物信息的总个数，植物信息qk包括植物编号，植物类型、适宜温度范围、适宜光照范围、温度影响因子和光照影响因子；

5、基于候选植物种植区域xn、建筑bim模型和植物信息qk，通过遗传算法模拟输出植物种植布局方案；

6、根据植物种植布局方案对室内进行植物种植布局。

7、优选地，通过遗传算法模拟输出植物种植布局方案，具体包括如下步骤：

8、s1：基于候选植物种植区域xn和植物信息qk，建立种群集合，种群集合内部包括模拟植物种植布局方案fm，m=1，2，3······m，m为模拟植物种植布局方案的总数量；设置最大迭代次数w，模拟植物种植布局方案fm的存储形式为{f1m，f2m，f3m…fnm…fnm}，其中fnm指在候选植物种植区域xn上安排的植物编号；

9、s2：令w=1，w用于记录迭代次数；

10、s3：依次计算种群集合中m个模拟植物种植布局方案fm对应的整体适应度δm，将最高整体适应度对应的模拟植物种植布局方案存入待选植物种植布局方案库中；

11、s4：基于模拟植物种植布局方案fm对应的整体适应度δm计算每个模拟植物种植布局方案fm对应的选择概率，并且在选择概率pm的基础上采用轮盘赌选择算法选择m/2个模拟植物种植布局方案fm，并将选择的m/2个模拟植物种植布局方案fm组成模拟植物种植布局方案父本集；

12、s5：对模拟植物种植布局方案父本集中的模拟植物种植布局方案fm执行交叉操作，输出模拟植物种植布局方案子本集；

13、s6：判断“w＜h”是否成立，其中h为变异次数阈值，若是“w＜h”成立，将w+1赋值给w，将模拟植物种植布局方案父本集和模拟植物种植布局方案子本集合并组成种群集合，回到s3；若是“w＜h”不成立，进入s7；

14、s7：对模拟植物种植布局方案子本集合中的模拟植物种植布局方案执行变异操作，对模拟植物种植布局方案子本集合进行更新；

15、s8：判断“w＜w”是否成立，若是“w＜w”成立，将w+1赋值给w，将模拟植物种植布局方案父本集和模拟植物种植布局方案子本集合并组成种群集合，回到s3；若是“w＜w”不成立，进入s9；

16、s9：输出待选植物种植布局方案库中整体适应度最高的模拟植物种植布局方案作为植物种植布局方案进行输出。

17、优选地，基于候选植物种植区域xn和植物信息qk，建立种群集合，包括如下内容：

18、s1.1：设置模拟植物种植布局方案的总数量m；

19、s1.2：令i=1，i用于作为编号标记模拟植物种植布局方案；

20、s1.3：令j=1，j用于作为编号选择候选植物种植区域；

21、s1.4：选择候选植物种植区域xj，从所有植物信息qk中选择植物类型符合候选植物种植区域xj对应的允许植物类型的植物信息qk，并将所有选择的植物信息qk组成待选植物信息集合；

22、s1.5：从待选植物信息集合中随机选择一个植物信息qk，并将对应的植物编号按顺序存入模拟植物种植布局方案fi中，模拟植物种植布局方案fi初始为空；

23、s1.6：判断“j＜n”是否成立，若是“j＜n”成立，将j+1赋值给j，回到s1.4；若是“j＜n”不成立，进入s1.7；

24、s1.7：判断“i＜m”是否成立，若是“i＜m”成立，将i+1赋值给i，回到s1.3；若是“i＜m”不成立，输出m个模拟植物种植布局方案fm，并将m个模拟植物种植布局方案fm组成种群集合。

25、优选地，计算模拟植物种植布局方案fm对应的整体适应度δm，包括如下内容：

26、s3.1：获取建筑bim模型，并将建筑bim模型输入至环境模拟软件中，输出每个区域对应的温度数据集和光照数据集；

27、s3.2：令y=1，y用于作为编号选择模拟植物种植布局方案fm内部的植物编号；

28、s3.3：选择植物编号fym，判断“fym=0”是否成立，若是“fym=0”成立，进入s3.4；若是“fym=0”不成立，进入s3.5；

29、s3.4：判断“y＜n”是否成立，若是“y＜n”成立，将y+1赋值给y，回到s3.3；若是“y＜n”不成立，进入s3.6；

30、s3.5：获取植物编号fym对应的适宜温度范围、适宜光照范围、温度影响因子和光照影响因子，计算单体适应度αym=β1（t1/t2）+β2（l1/l2），其中β1和β2分别为温度影响因子和光照影响因子，且满足β1+β2=1；t2为候选植物种植区域xy对应的温度数据集中温度数据的总个数，t1为候选植物种植区域xy对应的温度数据集中在适宜温度范围内的温度数据的总个数；l2为候选植物种植区域xy对应的光照数据集中光照数据的总个数，l1为候选植物种植区域xy对应的光照数据集中在适宜光照范围内的光照数据的总个数，将单体适应度αym存入单体适应度集中，回到s3.4；

31、s3.6：获取单体适应度集，计算整体适应度δm=（r+σe）/（r+e），其中r为单体适应度集中所有单体适应度αym的平均值，σ为单体适应度集中所有单体适应度αym的方差，e为单体适应度集中所有单体适应度αym的最大值。

32、优选地，执行交叉操作，具体包括如下内容：将模拟植物种植布局方案父本集进行复制，得到模拟植物种植布局方案父本集副本，从模拟植物种植布局方案父本集副本中随机选择两个模拟植物种植布局方案fm，分别记为模拟植物种植布局方案fz和模拟植物种植布局方案fv，同时将模拟植物种植布局方案fz和模拟植物种植布局方案fv从模拟植物种植布局方案父本集副本中进行删除，通过随机函数生成一个1至n之间的随机数μ，再将fμz和fμv对应的植物编号进行交换，并将交换后的两个模拟植物种植布局方案存入模拟植物种植布局方案子本集；重复上述步骤，直至模拟植物种植布局方案父本集副本中没有模拟植物种植布局方案可选为止，输出模拟植物种植布局方案子本集。

33、优选地，执行变异操作，具体包括如下内容：从模拟植物种植布局方案子本集合中依次选择模拟植物种植布局方案fm，通过随机函数生成一个0至1之间的随机数ε，判断“ε＜pc”是否成立，其中pc为变异概率，由用户进行设定，一般为0.7，若是“ε＜pc”成立，不对选择的模拟植物种植布局方案fm进行操作；若是“ε＜pc”不成立，再次通过随机函数生成一个1至n之间的随机数ζ，将选择的模拟植物种植布局方案fm中的植物编号fζm替换为植物类型符合候选植物种植区域xζ对应的允许植物类型的植物编号。

34、一种室内植物种植布局系统，包括：

35、室内二维平面图获取模块，用于获取室内二维平面图；

36、建筑bim模型获取模块，用于获取建筑bim模型；

37、候选植物种植区域获取模块，用于按照预设网格大小将室内二维平面图划分为若干个区域，并标记出候选植物种植区域；

38、植物信息获取模块，用于获取植物信息，植物信息包括植物编号，植物类型、适宜温度范围、适宜光照范围、温度影响因子和光照影响因子；

39、植物种植布局方案输出模块，用于基于候选植物种植区域、建筑bim模型和植物信息，通过遗传算法模拟输出植物种植布局方案。

40、本发明具有以下优点：

41、1、本发明通过将植物的适宜温度范围和适宜光照范围分别与室内种植区域的温度数据和光照数据进行匹配，进而通过分析单体适应度来判断对应植物是否能够在选定的种植区域适宜生长，并以此作为约束条件进行遗传算法模拟，能够更好地符合室内植物种植布局情况，且无需专业人员通过经验进行设计。

42、2、本发明在执行遗传算法模拟的过程中，不断的进行选择和交叉，便能够将更加适宜生长的植物以及对应的种植区域遗传下去，不断优化整体适应度，从而实现对室内植物布局的优化。

43、3、本发明在进行整体适应度的计算时，由于整体适应度决定着后续遗传父本的选取，而单体适应度越高代表越优秀的基因，需要保留，所以当所有单体适应度偏离度越高，即方差越大时，整体适应度会更加偏向于单体适应度集中所有单体适应度αym的最大值，避免直接计算平均值忽略了优秀基因。