Smart and Efficient IoT-Based Irrigation System Design: Utilizing a Hybrid Agent-Based and System Dynamics Approach

作者: Taha Ahmadi Pargo, Mohsen Akbarpour Shirazi, Dawud Fadai

发布时间: 2025-02-27

来源: arxiv

研究方向: 智能灌溉系统设计，物联网（IoT）应用，系统动力学与基于代理的建模

主要内容

该研究设计了一种基于物联网的智能灌溉系统，旨在减少水资源浪费并优化灌溉效率。系统利用了系统动力学和基于代理的建模方法，结合了 Prometheus 方法论和 AnyLogic 模拟软件。系统通过传感器监测土壤湿度，并基于土壤水分动态模型和灌溉控制代理进行决策。

1. 提出了一个基于混合代理和系统动力学方法的智能灌溉系统设计。

2. 设计了智能规则，使系统能够在自动灌溉模式下运行，并通过模拟模型测试其功能。

3. 通过最小化系统操作时间来减少系统能耗。

4. 使用 AnyLogic 软件实现了系统模拟，并测试了不同土壤类型下的系统性能。

5. 通过响应面方法确定了可调节参数的最佳值，以最小化系统操作时间。

6. 研究了土壤水分动态，并将其集成到基于代理的模型中，以模拟系统与环境的相互作用。

1. 基于代理的建模（ABM）

2. 系统动力学（SD）

3. Prometheus 方法论

4. AnyLogic 模拟软件

5. 设计实验（DOE）

6. 响应面方法

实验结果表明，该系统能够有效地维持土壤湿度在适宜范围内，同时最小化渗漏水量。通过分析实验结果，建议将操作周期时间和灌溉速率设置在最高可能水平，以最小化系统能耗。

未来研究可以包括考虑土壤化学平衡、优先处理灌溉用水、集成图像处理和机器学习以监测植物生长、使用模糊集增强规则以及利用强化学习优化系统操作时间。