【论文精选】用于精准灌溉决策的便携式土壤湿度检测

2018-11-20

《农业工程学报》2018年第34卷第22期刊载了昆明理工大学杨春曦、刘华、谢可心和杨启良的论文——“便携式土壤湿度检测装置用于精准灌溉决策系统”。该研究由国家自然科学基金资助项目(项目号:61364002)等资助。

土壤水分含量对作物的生长有着重要影响,合适的水分含量是作物良好生长的重要条件。而在准确测量整个作物区域的土壤湿度时,面临一个两难的处境:少量土壤湿度固定检测点不能良好地反映作物区域土壤湿度信息,而大量布置传感器检测点又使得投资成本较大。

该文设计了一套精准灌溉决策系统,共分为便携式检测装置设计、上位机数据接收程序设计和分布式决策程序设计3部分。系统首先采用便携式土壤湿度检测装置对土壤湿度进行检测,并将数据无线传输至上位机数据接收程序,分别进行存储和二进制处理,算法子模块对处理过的二进制数据进行整体和局部区域分类,并进行数据融合,得出作物区域整体或局部区域是否需要灌溉的结论。

决策系统算法为分布式一致性算法,该算法是一种用于对大规模数据进行有效融合的分布式算法,其核心思想是通过相邻传感器检测点之间的数据交换和计算,最终实现所有检测点的参数值达到相同或相近。经过二进制改进和遗传算法优化后,该算法最终运算结果仅存在一个状态值“0”或者“1”,状态值“0”表示作物区不缺水,状态值“1”表示作物区缺水。

经过实验室标定,便携式土壤湿度检测装置的最大误差为2.2%,设计装置检测精度为95%,且运行稳定、数据传输可靠,符合实际测试需要;决策系统界面友好、操作方便,系统算法运行稳定、决策结果准确。尤其是在作物区域的土壤检测值超过63个时,其仿真平均决策准确率超过98%,而30次实测平均决策准确率超过90%。

研究结果表明,该精准灌溉预测系统预测精度较高、便携性好、可扩展性强、有利于在精细化节水灌溉领域进行推广应用。

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