Method Article

ניתוח אמינות בין-שכבתית ואסטרטגיות אופטימיזציה רב-מטרית אדפטיביות לקצה למידול פיזיקלי רשת בניהול CPS חקלאי חכם

DOI:

10.3791/69826

⸱

January 20th, 2026

 , 
1School of Economics and Management, Huzhou College, 2School of Intelligent Manufacturing, Huzhou College

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מציג אסטרטגיית מידול ואופטימיזציה חוצת שכבות בתחום הסייבר-פיזיקלי לניהול חממות חכם, המאפשרת הערכה שחזורית של אמינות וביצועים אקולוגיים.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הביקוש הגובר למזון ולחצי האקלים מניעים יישום חקלאות חכמה, אך מערכות סייבר-פיזיקליות קיימות (CPS) חסרות אינטגרציה אמינה בין שכבות וגמישות בזמן אמת, מה שמגביל ביצועים בסביבות דינמיות. פרוטוקול זה נועד לספק אסטרטגיית מידול ואופטימיזציה חוצת שכבות בתחום הסייבר-פיזיקלי לחקלאות חממה חכמה. היא מדגימה פוטנציאל ליישומי לשיפור האמינות וההתאמה של מערכות סייבר-פיזיקליות חקלאיות. הגישה משלבת שכבה פיזית עם מודל רצף הקרקע-צמח-אטמוספירה וכיול מסנן קלמן (EnKF) לחיזוי מדויק של לחות הקרקע. הוא כולל שכבת רשת המשתמשת במיזוג רב-פרוטוקולי עם מודל רשת פטרי סטוכסטית להערכת אמינות התקשורת. שכבת בקרה נבנית על מערכת היברידית סטוכסטית לתיאום קבלת החלטות משותפת. האמינות מוערכת גם באמצעות מסגרת אינדיקטור פונקציונלית-טמפורלית-אקולוגית, בעוד שאופטימיזציה משלבת למידה חיזוק רב-מטרית עם מגבלות בטיחות ומטה-למידה בייסיאנית כדי לאפשר התאמה מהירה במהלך החלפת גידולים. פריסה חכמה בקצה מבטיחה שליטה חזקה בזמן הפרעות תקשורת. תוצאות גידול עגבניות בחממה בשוגאנג, סין, מראות ביצועים יציבים וניתנים לשחזור בחיזוי יבול, יעילות שימוש במים ובהשהיה שליטה בתנאים מאתגרים. שיטה זו מספקת זרימת עבודה מעשית וניתנת לשכפול ליישום מערכות סייבר-פיזיקליות חקלאיות אדפטיביות ואמינות.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אוכלוסיית העולם גדלה במהירות, וזמינות המשאבים יורדת, מה שמשנה את הדרך שבה החקלאות מתפתחת. המודלים הקונבנציונליים של חקלאות, שבהם הקלט של עבודה וחומרים גבוה, והתלות בתנאים הטבעיים חזקה, אינם יכולים להציע יעילות וקיימות. החקלאות החכמה הפכה, במקרה זה, לגישה המהפכנת. היא מאפשרת השגת תפיסת שדה מלאה, קבלת החלטות מדויקות ושליטה חכמה בשדה באמצעות שילוב של האינטרנט של הדברים, ניתוח נתונים גדולים, בינה מלאכותית ומערכות מידע מרחביות, מה שמגביר את יעילות השימוש במשאבים ותורם לייצור חקלאי בר-קיימא 1,2.

שוק החקלאות החכמה גדל בקצב אקספוננציאלי ברחבי העולם, וארה"ב ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מצוין כי אין ניסויים על בני אדם או בעלי חולייתנים בפרוטוקול זה. במקרה של מחקרים עתידיים שיכללו מעורבות אנושית או דגימות ביולוגיות, יש לאשר זאת על ידי ועדת הביקורת המוסדית הרלוונטית, ומספר האישור חייב להירשם לפני היישום.

1. הכנת אתר וחומרה

הערה: שלב זה בונה רשת חיישנים סטנדרטית, המספקת מידע מדויק ומסונכרן על הסביבה לשימוש במידול ושליטה פיזיים נוספים.

  1. קבע את מיקום החממה על ידי הזנת קואורדינטות ה-GPS בתוכנת הניטור. בחר את מיני הגידולים מתוך ספריית הגידולים שסופקה וקבע את היעדים הסביבתיים (טמפרטורה: 20-28 מעלות צלזיוס, לחות יחסית: 50%-70%).
  2. תיעד....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לחות הקרקע ו-SNR הם בעלי ההשפעה החיובית הגדולה ביותר של SHapley Additive exPlanations (SHAP) על החלטות ההשקיה, לפי תרשים הסיכום של SHAP (איור 3). השהייה גבוהה מניעה את המדיניות לאפשרויות גיבוי שמרניות, ומדגימה התאמה לארכיטקטורת הבקרה המודעת לאמינות. טבלה 4 מציגה הוראות תפעוליות ופרטי תצורה למודולים חישוביים

סידור ניסיוני

כדי לאשר את יעילות מבנה המודלים הפיזיקליים של רשת.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הראיות הניסיוניות מראות שמסגרת CPS המוצעת ואסטרטגיות האופטימיזציה מצטיינות בשלושת הממדים של אמינות, בטיחות ויעילות חישובית. מידול קישור חוצה שכבות מצליח להתגבר על ההפרדה ההיסטורית בין ייצוגים פיזיים לרשת. על ידי שילוב SPAC ו-SPN במסגרת SHS מאוחדת, המערכת הפחיתה את שגיאת תחזית התפוקה ב-32.7% וקיצרה עיכובים ב-45% בטמפרטורות גבוהות קיצוניות. מגבלות בטיחות הבטיחו שהביצועים האקולוגיים לא ייפגעו, כאשר WUE השתפר ב-19% בעוד שחריגת אזור השורשים EC נשארה רק 2.1%. הכנסת המטא-למידת בייסיאנית והפחתת .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי פרויקט המחקר המדעי של מכללת הוז'ואו (מענק מס' 2024HXKM15) ופרויקט סטארטאפ למחקר כישרונות של מכללת חוז'ואו (מענק מס' RK65010). המחברים מודים לפארק התעשייה החקלאית המודרנית הלאומי שוגונג על מתן מתקנים ניסיוניים ותמיכה טכנית. אנו גם מודים לעמיתים ממכללת הוז'ואו ואוניברסיטת חקלאות ויערנות ג'ג'יאנג על תובנותיהם החשובות.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
מצלמה רב-ספקטרליתMicaSenseRedEdge-MXלוכד החזרת חופה להערכת LAI
NVIDIA ג'טסון ננוNVIDIA945-13450-0000-100מכשיר קצה להסקת בינה מלאכותית מקומית
חיישן לחות קרקעדקאגון דיווייזEC-5מודד את תכולת המים הנפחית בקרקע
תחנת מזג אווירקמפבל סיינטיפיקCR300רשומות טמפרטורה, לחות וגשמים

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. A novel framework for smart agriculture using internet of things and enabling technologies. Haq, Z. A., Jaffery, Z. A., Mehfuz, S. 2022 Int Conf Advancement Tech (ICONAT), , 1-6 (2022).
  2. Quy, V. K., et al. Iot-enabled smart agriculture: Architecture, applications, and challenges. Appl Sci. 12 (7), 3396(2022).
  3. Oecd-fao agricultural outlook 2024-2033. , FAO.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cyber Physical SystemsIntelligent AgricultureCross Layer ModelingMulti Objective OptimizationSoil Moisture PredictionEnsemble Kalman FilterStochastic Petri NetReinforcement LearningEdge Intelligent ControlGreenhouse Management

Related Articles