Integrating machine learning paradigms and mixed-integer model predictive control for irrigation scheduling
Notice bibliographique
Résumé
The agricultural sector currently faces significant challenges in water resource conservation and crop yield optimization, primarily due to concerns over freshwater scarcity. Traditional irrigation scheduling methods often prove inadequate in meeting the needs of large-scale irrigation systems. To address this issue, this paper proposes a predictive irrigation scheduler that leverages the three paradigms of machine learning to optimize irrigation schedules. The proposed scheduler employs the k-means clustering approach to divide the field into distinct irrigation management zones based on soil hydraulic parameters and topology information. Furthermore, a long short-term memory network is employed to develop dynamic models for each management zone, enabling accurate predictions of soil moisture dynamics. Formulated as a mixed-integer model predictive control problem, the scheduler aims to maximize water uptake while minimizing overall water consumption and irrigation costs. To tackle the mixed-integer optimization challenge, the proximal policy optimization algorithm is utilized to train a reinforcement learning agent responsible for making daily irrigation decisions. To evaluate the performance of the proposed scheduler, a 26.4-hectare field in Lethbridge, Canada, was chosen as a case study for the 2015 and 2022 growing seasons. The results demonstrate the superiority of the proposed scheduler compared to a traditional irrigation scheduling method in terms of water use efficiency and crop yield improvement for both growing seasons. Notably, the proposed scheduler achieved water savings ranging from 6.4% to 22.8%, along with yield increases ranging from 2.3% to 4.3%.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».