收藏本站
《东华大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于作物蒸腾量智能预测的农田优化灌溉系统

刘天凤  
【摘要】:作物蒸腾量(ET0)是大气陆地水文循环中最重要的组成部分,随着物联网技术的发展,实时采集一些气象数据和土壤环境数据成为可能。在农业灌溉领域,为了持续有效的节约灌溉水资源,精准预测作物需水量十分关键。本文针对如何使用智能算法提高作物蒸腾量预测精度展开研究,采用生物启发式优化算法优化模型的参数,同时引入波形叠加的函数调整极限学习机预测模型的激活函数,该改进策略提高了极限学习机算法的稳定性和预测的准确性;此外借鉴人脑学习记忆机理,结合概念漂移大数据流特点,提出一种深度极限学习机网络模型,提高了作物蒸腾量的预测精度,减少了预测时间损耗和计算成本,实现实时数据在线预测。本论文的主要工作如下:(1)针对小数据模型,构建合理的神经网络预测模型,采用改进的极限学习机算法(PSO-SWELM)预测作物蒸腾量;首先极限学习机的预测的稳定性能与输入层和隐含层之间的连接权值和阈值密切相关,本文将通过粒子群算法不断迭代寻优的思想寻找其输入层和隐含层的最优权值和阈值,其中算法的预测输出值与彭曼公式计算的理想目标输出值之间的平方根误差和(RMSE)被作为粒子群寻优过程中的适应度函数;同时在激活函数选择阶段,考虑有限的土壤环境数据和气象数据的特点,选取具有强调高低频拟合能力的小波函数和反双曲线正弦函数相结合的波形叠加函数作为新的激活函数,提高了作物蒸腾量的预测精度。(2)针对大规模实时采集数据,提出一种新的动态深度极限学习机网络模型(DELM);DELM模型借鉴人脑对已经学习过的知识的再次巩固学习机制,构建了深度极限学习机的再次训练机制;根据每个数据块的预测精度,定义预测精度与隐含层节点的函数关系,动态调整隐含层节点来提高模型的预测精度;同时将采集的大规模数据分成多个小数据块,采用“求同存异”策略,基于已有模型和新的数据集运用增量式极限学习机训练更新模型。DELM模型在处理大数据训练样本时,不仅提高了作物灌溉需水量的预测准确度,而且还缩短了算法的预测时间。(3)农业物联网智能灌溉系统平台框架的构建,通过采集物联网设备的各类型传感器采集农田的土壤数据和气象数据等关键信息,然后建立良好的数据库采集系统将采集数据实时存到数据库中,然后实现数据库与Matlab算法仿真平台的导通,最后采用计算机设备利用建立的智能预测模型求解具体的作物需水量,合理的制定灌溉方案,进而控制灌溉设备,实现适时、适量灌溉。本文结合生物智能优化算法和深度学习机制通过参数的优化来改进传统的极限学习机智能预测模型,实现准确的预测作物需水量,其成果对于节约水资源,合理灌溉农作物具有重要贡献。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP18;S274.2

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈磊;许燕;李建军;魏正英;周建平;;基于WSN和GSM的智能灌溉控制系统设计与实现[J];农机化研究;2017年03期
2 倪凡;;基于智能算法优化SVM的横向通风过程中温度场预测方法探究[J];粮食储藏;2017年01期
3 郑纪业;阮怀军;封文杰;许世卫;;农业物联网体系结构与应用领域研究进展[J];中国农业科学;2017年04期
4 马世龙;乌尼日其其格;李小平;;大数据与深度学习综述[J];智能系统学报;2016年06期
5 吴立;本刊编辑部;;大数据驱动农业发展新路径[J];今日养猪业;2016年03期
6 巢喜剑;;IOT智能农业灌溉系统的国内外研究现状[J];山海经;2015年10期
7 陈晓栋;原向阳;郭平毅;宁娜;郭美俊;兰艳亭;;农业物联网研究进展与前景展望[J];中国农业科技导报;2015年02期
8 邓红莉;杨韬;;一种基于深度学习的异常检测方法[J];信息通信;2015年03期
9 张浩然;李中良;邹腾飞;魏旭阳;杨国才;;农业大数据综述[J];计算机科学;2014年S2期
10 刘振丙;蒋淑洁;杨辉华;张学博;;基于波形叠加极限学习机的近红外光谱药品鉴别[J];光谱学与光谱分析;2014年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 金彦龄;基于生物智能的物联网协同自治机理研究[D];东华大学;2013年
2 刘宝;基于生物网络的智能控制系统及其应用[D];东华大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 张成良;基于ZigBee的远程田间监控系统设计与研究[D];山东农业大学;2016年
2 李奕诺;基于概念漂移检测的大数据在线学习算法研究[D];福建师范大学;2016年
3 魏洁;深度极限学习机的研究与应用[D];太原理工大学;2016年
4 陈蕊;基于事件和规则驱动的物联网路由动态优化算法[D];东华大学;2016年
5 夏泽豪;基于灰色神经网络的作物需水量预测模型的研究与应用[D];海南大学;2015年
6 李贤波;参考作物蒸腾蒸发量的混沌时间序列预测方法研究与应用[D];西北农林科技大学;2013年
7 郎需强;基于ZigBee和GPRS的远程果园智能灌溉系统的设计与实现[D];山东农业大学;2011年
8 郭晓玲;作物需水量预测模型研究及其在灌溉管理信息系统中的应用[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟超英;张雪彬;陈红茜;李辉;;基于Hadoop的蛋鸡设施养殖智能监测管理系统研究[J];农业机械学报;2018年09期
2 周鹏;田维平;;农业物联网分层结构设计[J];计算机时代;2018年09期
3 刘泉生;卢志翔;;基于移动互联网的智能灌溉系统设计与开发[J];信息与电脑(理论版);2018年17期
4 张卫东;李灵巧;胡锦泉;冯艳春;尹利辉;胡昌勤;杨辉华;;基于堆栈稀疏自编码融合核极限学习机的近红外光谱药品鉴别[J];分析化学;2018年09期
5 孙天柱;戴亚文;;基于LoRa的农田信息无线采集方案设计[J];计算机测量与控制;2018年08期
6 何圣华;;基于移动APP及大数据技术的幼儿园晨检系统的设计[J];电脑与信息技术;2018年04期
7 张正飞;杨松;康敏;卢伟;金美付;;基于物联网的农机信息化平台设计与研发[J];南方农机;2018年15期
8 陈桂芬;李静;陈航;安宇;;大数据时代人工智能技术在农业领域的研究进展[J];吉林农业大学学报;2018年04期
9 周文刚;冯贵兰;;网络流量识别对飞行上网安全的初步研究[J];科技与创新;2018年15期
10 李祎;郎德山;;物联网大数据助推寿光蔬菜产业上档升级[J];中国瓜菜;2018年08期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 张向飞;基于农业物联网的数据智能传输与大田监测应用[D];东华大学;2016年
2 丛林;基于技术、应用、市场三个层面的我国物联网产业发展研究[D];辽宁大学;2016年
3 柯丰恺;面向机器人的多目视觉检测算法研究及系统实现[D];华中科技大学;2016年
4 刘欢;基于立体视觉的多气囊柔性人体腹部重建研究[D];东华大学;2014年
5 金彦龄;基于生物智能的物联网协同自治机理研究[D];东华大学;2013年
6 郭崇滨;并联机器人多目标协同智能控制研究[D];东华大学;2013年
7 王雷;类生物化制造系统协调机制及关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 温晓红;基于超限学习机的非线性典型相关分析及应用[D];太原理工大学;2018年
2 杨辉;基于ZigBee技术的智能灌溉系统设计[D];电子科技大学;2018年
3 冯钒;基于Hadoop的SIM卡管理平台日志分析系统设计与实现[D];北京邮电大学;2018年
4 胡飞;物联网灌溉系统的土壤水分分析系统的研究与实现[D];天津理工大学;2018年
5 刘天凤;基于作物蒸腾量智能预测的农田优化灌溉系统[D];东华大学;2018年
6 李潇杨;基于LoRa技术的农业环境监测平台的设计与实现[D];河北科技大学;2018年
7 朱雅晴;基于ZigBee的公路隧道照明节点路由算法的研究和实现[D];西安理工大学;2017年
8 李金;基于物联网的农田灌溉系统设计[D];安徽理工大学;2017年
9 刘南江;节水灌溉自控系统中数据采集器的设计[D];石河子大学;2017年
10 张会可;基于STM32的森林防火监测终端的设计与开发[D];西安科技大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙志远;鲁成祥;史忠植;马刚;;深度学习研究与进展[J];计算机科学;2016年02期
2 李瑾;郭美荣;高亮亮;;农业物联网技术应用及创新发展策略[J];农业工程学报;2015年S2期
3 郭平;王可;罗阿理;薛明志;;大数据分析中的计算智能研究现状与展望[J];软件学报;2015年11期
4 谭昌伟;杨昕;罗明;马昌;严翔;陈亭亭;;以HJ-CCD影像为基础的冬小麦孕穗期关键苗情参数遥感定量反演[J];中国农业科学;2015年13期
5 胡静涛;高雷;白晓平;李逃昌;刘晓光;;农业机械自动导航技术研究进展[J];农业工程学报;2015年10期
6 陈晓栋;原向阳;郭平毅;宁娜;郭美俊;兰艳亭;;农业物联网研究进展与前景展望[J];中国农业科技导报;2015年02期
7 陈美镇;王纪章;李萍萍;周金生;夏得峰;;基于Android系统的温室异构网络环境监测智能网关开发[J];农业工程学报;2015年05期
8 张建明;詹智财;成科扬;詹永照;;深度学习的研究与发展[J];江苏大学学报(自然科学版);2015年02期
9 李东;周可法;孙卫东;王金林;吴艳爽;;基于GA-SVM回归的成矿有利度预测方法探讨[J];新疆地质;2014年04期
10 粮食储运国家工程实验室;;粮食储藏“四合一”升级新技术概述[J];粮油食品科技;2014年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 林广栋;人工内分泌系统新机制及应用研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 刘星宝;人工免疫系统的若干关键问题研究[D];中南大学;2010年
3 刘宝;基于生物网络的智能控制系统及其应用[D];东华大学;2006年
4 李力雄;基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究[D];上海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏亚红;流式数据的并行分类算法研究[D];曲阜师范大学;2015年
2 刘茂;基于数据窗的在线概念漂移检测[D];湘潭大学;2014年
3 甘露;极限学习机的研究与应用[D];西安电子科技大学;2014年
4 蒲文栋;基于移动网络的新型汽车定位装置的设计与实现[D];电子科技大学;2014年
5 欧维;事件驱动型无线传感器网络中动态分簇路由算法研究[D];湖南大学;2013年
6 李南;概念漂移数据流分类算法及应用[D];福建师范大学;2013年
7 郭家;基于ZigBee网络的农田信息采集系统的设计[D];河南农业大学;2013年
8 刘俊亮;基于ARM的塔机防倾翻监控仪的研究与设计[D];中国海洋大学;2013年
9 付华;基于极限学习机的半监督分类[D];西安电子科技大学;2013年
10 胡瑞涛;煤矿井下人员定位系统的设计与研究[D];西安科技大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡耀华;舒宜通;邢益兑;阕求登;;估算橡胶树叶片日蒸腾量的一个数学模型[J];热带作物学报;1986年01期
2 卢振民,张翼,牛文元;田间作物蒸腾量测算方法研究[J];生态学报;1988年01期
3 ;利用杨柳人工林处理污水[J];内蒙古林业;1989年08期
4 刘贤赵,康绍忠;不同光照条件下作物蒸腾量计算的研究[J];水利学报;2001年06期
5 田砚亭 ,满荣州;利用氚水测量树木蒸腾量和生物量方法的介绍[J];北京林学院学报;1984年03期
6 杨军军;封建民;何志斌;;基于热比率法的青海云杉林蒸腾量估算[J];植物生态学报;2018年02期
7 王卓民;邵东国;杨丰顺;;湖北省参考作物蒸腾量时空变异特征[J];灌溉排水学报;2013年03期
8 张娜,于振良,赵士洞;长白山植被蒸腾量空间变化特征的模拟[J];资源科学;2001年06期
9 周翠鸣;顾大形;赵平;黄科朝;何文;姚月锋;朱丽薇;黄玉清;;液流径向变化对尾巨桉单株日蒸腾量估算的影响[J];应用生态学报;2017年08期
10 刘春江;;侧柏林分蒸腾量的研究[J];北京林业大学学报;1991年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 佟长福;史海滨;霍再林;李为萍;乔冬梅;;参考作物腾发蒸腾量等值线图的绘制[A];中国农业工程学会农业水土工程专业委员会第三届学术研讨会论文集[C];2004年
2 伍德林;毛罕平;曹成茂;;温室设施作物蒸腾量计算方法及模型[A];现代节水高效农业与生态灌区建设(上)[C];2010年
3 李新宇;赖娜娜;孙林;郄怡彬;蔺艳;;北京园林五种乔木蒸腾模拟及其对环境因子的响应比较[A];2008北京奥运园林绿化的理论与实践[C];2009年
4 王晓江;贺康宁;唐道峰;;几种退耕还林主栽灌木树种耗水特性研究[A];中国北方退耕还林工程建设管理与效益评价实践[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 方圆;遇高温小麦蒸腾量加大叶尖易干枯[N];江苏农业科技报;2015年
2 邓运川;秋季树木栽植五不宜[N];山东科技报;2015年
3 邓运川;秋季树木栽植五不宜[N];中国花卉报;2015年
4 ;棚室番茄巧用水[N];吉林农村报;2009年
5 林初;如何选择栽植季节[N];中国花卉报;2004年
6 ;棚室番茄浇水有技巧[N];吉林农村报;2008年
7 迁西县林业局 刘国新 员明亮;暴雨后果园咋管理[N];河北科技报;2012年
8 赵梅素;棚(室)番茄浇水法[N];山西科技报;2000年
9 战丹丹;夏季植树降低风险有门道[N];河南科技报;2009年
10 郑州神力润升化工有限公司 齐向军;夏季栽树降低风险有门道[N];中国花卉报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李霞;设施蔬菜蒸腾调控机理与方法的研究[D];西北农林科技大学;2009年
2 黄金廷;半干旱区蒸散发对地下水变化响应机制研究[D];长安大学;2013年
3 熊伟;六盘山北侧主要造林树种耗水特性研究[D];中国林业科学研究院;2003年
4 陈立欣;树木/林分蒸腾环境响应及其生理控制[D];北京林业大学;2013年
5 袁洪波;日光温室封闭式栽培系统关键技术研究[D];中国农业大学;2015年
6 刘贤赵;土壤水分与遮阴对作物水分利用的影响机理与效应研究[D];西北农林科技大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘天凤;基于作物蒸腾量智能预测的农田优化灌溉系统[D];东华大学;2018年
2 高荣;渭北高原红富士苹果树蒸腾规律与水肥耦合研究[D];西北农林科技大学;2008年
3 周威;城镇绿地智能化灌溉决策系统研究[D];西安建筑科技大学;2014年
4 邓勇;川西亚高山冷杉林树干液流变化与蒸腾量估测研究[D];南京林业大学;2006年
5 穆宾;芝麻需水规律研究及水分胁迫对花期丙二醛与脯氨酸含量的影响[D];安徽农业大学;2013年
6 殷秀辉;油松树干液流动态研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 张大龙;温室甜瓜蒸腾模型的模拟与验证[D];西北农林科技大学;2013年
8 周珊珊;渭北高原红富士苹果树蒸腾规律的研究[D];西北农林科技大学;2011年
9 矫亚涛;城市绿地智能化灌溉系统研究[D];西安建筑科技大学;2010年
10 郝虹;山西中部旱地农田蒸发与蒸腾量研究[D];中国农业科学院;2015年
中国知网广告投放
相关机构
>中国农业科学院
>东华大学
相关作者
>刘天凤 >郝虹
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026