基于擴(kuò)展自回歸模型的茶園土壤含水量預(yù)測方法研究.pdf

1、以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體的智能農(nóng)業(yè)依靠國家農(nóng)業(yè)發(fā)展政策，成為未來我國科技進(jìn)步的主力。精準(zhǔn)灌溉技術(shù)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與高新技術(shù)有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展來的技術(shù)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新趨勢。精準(zhǔn)灌溉技術(shù)的主要目的就是通過科學(xué)技術(shù)避免農(nóng)田因盲目灌溉導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，合理利用水資源，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
　　茶園微滴灌系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對茶樹的精準(zhǔn)灌溉和茶園種植的精細(xì)化管理，對提高茶園種植的現(xiàn)代化水平、節(jié)約水資源、提升茶葉品質(zhì)具有重要意義

2、。土壤水分含量是茶園是否進(jìn)行灌溉的重要依據(jù)。因此，對土壤墑情的精準(zhǔn)把握是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的前提，土壤中不同深度的含水量是土壤墑情的重要指標(biāo)。
　　茶樹種植密集，多處于山區(qū)、坡地，還有影響無線傳感器節(jié)點(diǎn)的通信距離的樹木等通信障礙物，合理布置傳感器可靠有效的采集土壤水分溫度及養(yǎng)分信息十分重要。為此，本文主要研究內(nèi)容和研究成果如下:
　　(1)介紹了茶園信息遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，茶園信息遠(yuǎn)程監(jiān)測由兩部分組成:信息采集方法和遠(yuǎn)程傳輸?；赯ig

3、Bee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊、匯聚點(diǎn)模塊和路由模塊，構(gòu)建能夠覆蓋茶園目標(biāo)信息的多跳、自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。信息采集主要通過高精度環(huán)境感知設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，室外PH自動氣象站，以及實(shí)時終端控制設(shè)備，完成茶園信息的實(shí)時獲取和遠(yuǎn)程傳輸。遠(yuǎn)程傳輸采用Welleplus WR200系列控制器。與中央處理器配套的GPRS模塊，為RS485通訊，使用Modbus作為通訊協(xié)議。
　　(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)，無法直接使

4、用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，將錯誤和誤差帶入到數(shù)據(jù)分析中將影響結(jié)果。采用拉伊達(dá)準(zhǔn)則進(jìn)行粗大誤差剔除，然后通過小波降噪進(jìn)行去噪處理。由于茶園環(huán)境參數(shù)空間分布不均勻，單一傳感器數(shù)據(jù)時間或空間可能存在局部性缺失和不足，采用基于分批估計(jì)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)對同類傳感器數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時間和空間上的融合，形成對茶園環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)一性的描述。
　　(3)對多深度土壤的水分含量進(jìn)行預(yù)測，對于制定合理科學(xué)的灌溉計(jì)劃安排意義重大。介紹了一種基于ARX模型的可對多

5、深度土壤水分含量進(jìn)行預(yù)測的模型，模型可根據(jù)少量層次的土壤含水量的測量結(jié)果對其他層次的土壤含水量進(jìn)行預(yù)測。采用相關(guān)性分析確定模型輸入輸出，利用一段時間的土壤含水量數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行訓(xùn)練，確定模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)。在預(yù)測階段，訓(xùn)練好的模型則可以根據(jù)已有數(shù)據(jù)對其他深度的土壤水分含量進(jìn)行預(yù)測。用相對誤差RE、均方根誤差RMSE和模型擬合度Fit來評價模型的有效性。
　　(4)構(gòu)建茶園信息平臺，通過土壤水分預(yù)測模型預(yù)測值與茶樹水分指標(biāo)對比進(jìn)行預(yù)警