ReLU surrogates in mixed-integer MPC for irrigation scheduling
Notice bibliographique
Résumé
Efficient water management in agriculture is important for mitigating the growing freshwater scarcity crisis. Mixed-integer Model Predictive Control (MPC) has emerged as an effective approach for addressing the complex scheduling problems in agricultural irrigation. However, the computational complexity of mixed-integer MPC still poses a significant challenge, particularly in large-scale applications. This study proposes an approach to enhance the computational efficiency of mixed-integer MPC-based irrigation schedulers by employing Rectified Linear Unit (ReLU) surrogate models to describe the soil moisture dynamics of the agricultural field. By leveraging the mixed-integer linear representation of the ReLU operator, the proposed approach transforms the mixed-integer MPC-based scheduler with a quadratic cost function into a mixed-integer quadratic program, which is the simplest class of mixed-integer nonlinear programming problems that can be efficiently solved using global optimization solvers. The effectiveness of this approach is demonstrated through comparative studies conducted on a large-scale agricultural field across two growing seasons, involving other machine learning surrogate models, specifically Long Short-Term Memory (LSTM) networks, and the triggered irrigation scheduling method. The ReLU-based approach significantly reduces solution times—by up to 99.5%—while achieving comparable performance to the LSTM approach in terms of water savings and Irrigation Water Use Efficiency (IWUE). Moreover, the ReLU-based approach achieves enhanced performance in terms of irrigation water savings and IWUE compared to the triggered approach. • MILP formulation of irrigation scheduler based on ReLU networks. • Experimental setup based on real-farm irrigation scheduling needs. • Extensive comparative studies showing the significantly improved efficiency.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
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 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| 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) | 0,003 | 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 ».