融合物联网多环境参数的茎干水分SSA-BP预测模型

作     者：许泽海 赵燕东 XU Zehai;ZHAO Yandong

作者机构：北京林业大学工学院北京100083 

基　　金：国家重点研发计划项目(2020YFD1000500) 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2023年第39卷第16期

页      码：150-159页

摘      要：作为一种典型的生理水分参数,茎干水分与活立木内部水分平衡的维持、光合固碳及细胞代谢等的正常运转有紧密联系,对不同环境参数协同作用下的茎干水分较准确预测是必不可少的。为实现对生长季茎干水分变化特征及其影响因素进行解析,并构建茎干水分预测模型,该研究以常见绿化树种五角枫(Acer pictum ***)为研究对象,搭建五角枫物联网生态信息监测系统,实现五角枫茎干水分和各环境参数的实时采集与在线显示,其中茎干水分变化情况由自主设计的基于驻波率原理的茎干水分传感器实时且无损获取。在此基础上,提出麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化反向传播(back propagation,BP)神经网络即SSA-BP茎干水分预测模型,计算模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute Error,MAE)以评估其预测性能,与传统的BP模型及遗传算法(genetic algorithm,GA)优化BP即GA-BP模型的预测性能进行对比。结果表明:1)搭建的物联网生态信息监测系统可有效获取茎干水分及各环境参数;萌芽期和落叶期,茎干水分呈“昼升夜降”的变化趋势,生长期,茎干水分呈“昼降夜升”的变化趋势;2)SSA-BP模型的预测性能要优于GA-BP模型和BP模型,SSA-BP模型的R2为0.896~0.987,RMSE为0.314~12.971 mV,MAE为0.232~5.030 mV。该研究提出一种可行的茎干水分采集和预测方法,可为揭示植物茎干内部水分运移规律及其环境适应机制提供借鉴。

主 题 词：模型 水分 茎干 麻雀搜索算法 BP神经网络 环境参数 

学科分类：0710[理学-生物科学类] 082901[082901] 0907[农学-草药学] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0829[工学-安全科学与工程类] 0903[农学-动物生产类] 0901[农学-植物生产类] 0714[0714] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0713[0713] 

核心收录：

D　O　I：10.11975/j.issn.1002-6819.202304150

馆 藏 号：203124226...