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【論文精選】用于精準灌溉決策的便攜式土壤濕度檢測

2018-11-20

《農業工程學報》2018年第34卷第22期刊載了昆明理工大學楊春曦、劉華、謝可心和楊啟良的論文——“便攜式土壤濕度檢測裝置用于精準灌溉決策系統”。該研究由國家自然科學基金資助項目(項目號:61364002)等資助。

土壤水分含量對作物的生長有著重要影響,合適的水分含量是作物良好生長的重要條件。而在準確測量整個作物區域的土壤濕度時,面臨一個兩難的處境:少量土壤濕度固定檢測點不能良好地反映作物區域土壤濕度信息,而大量布置傳感器檢測點又使得投資成本較大。

該文設計了一套精準灌溉決策系統,共分為便攜式檢測裝置設計、上位機數據接收程序設計和分布式決策程序設計3部分。系統首先采用便攜式土壤濕度檢測裝置對土壤濕度進行檢測,并將數據無線傳輸至上位機數據接收程序,分別進行存儲和二進制處理,算法子模塊對處理過的二進制數據進行整體和局部區域分類,并進行數據融合,得出作物區域整體或局部區域是否需要灌溉的結論。

決策系統算法為分布式一致性算法,該算法是一種用于對大規模數據進行有效融合的分布式算法,其核心思想是通過相鄰傳感器檢測點之間的數據交換和計算,最終實現所有檢測點的參數值達到相同或相近。經過二進制改進和遺傳算法優化后,該算法最終運算結果僅存在一個狀態值“0”或者“1”,狀態值“0”表示作物區不缺水,狀態值“1”表示作物區缺水。

經過實驗室標定,便攜式土壤濕度檢測裝置的最大誤差為2.2%,設計裝置檢測精度為95%,且運行穩定、數據傳輸可靠,符合實際測試需要;決策系統界面友好、操作方便,系統算法運行穩定、決策結果準確。尤其是在作物區域的土壤檢測值超過63個時,其仿真平均決策準確率超過98%,而30次實測平均決策準確率超過90%。

研究結果表明,該精準灌溉預測系統預測精度較高、便攜性好、可擴展性強、有利于在精細化節水灌溉領域進行推廣應用。

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