A MATLAB-based AI-IoT simulation framework for LSTM-driven smart solar irrigation and renewable energy management
Ahmed Mashaly · Ragab Abdelaziz El-Sehiemy · Mohamed M. Elgohary
提出MATLAB中AI-IoT仿真框架，用LSTM预测灌溉需水并管理光伏与电池。
NASA POWER环境数据，LSTM对比ANN/SVM，含MPPT与自适应泵速
LSTM分类准确率96.11%，节水28.57%，电机能耗降74.74%。
可延伸至真实硬件部署与多区域验证，并融合实时气象与土壤墒情数据。
该研究提出AI-IoT融合的太阳能灌溉仿真框架，LSTM预测精度达96.11%，节水28.57%、节能74.74%，方法新颖且数据可靠，对智慧农业与农业能源管理有参考价值。
智能灌溉为提高用水效率和农业可持续性提供了重要途径。然而，迄今为止大多数研究倾向于集中在物联网（IoT）的监测系统和平台，或基于人工智能（AI）的预测模型（但很少两者兼顾）。为弥补这一空白，本研究提出了一种人工智能（AI）-物联网（IoT）系统，用于预测用水需求并控制光伏系统产生的能量，同时包含电池荷电状态（SOC）管理系统、最大功率点跟踪（MPPT）算法、自适应泵速控制以及概念性物联网通信架构。研究采用NASA POWER数据库中的真实环境数据集，在埃及新三角洲地区对该框架进行了测试。LSTM模型能够对灌溉泵运行状态进行分类，准确率达到96.11%，召回率为0.9820，精确率为0.9100，F1分数为0.9446。与人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）两个模型相比，该模型表现更优，且通过多次独立训练运行进行的鲁棒性测试表明其在预测方面具有稳定性能。相对于假设的传统固定调度基线，估计年节水率为28.57%，而通过自适应泵速控制，电机能耗降低了74.74%。研究还进行了敏感性分析，表明该模型对环境和运行条件的中等程度变化具有稳定性。综合来看，这些发现表明，在MATLAB中构建的灌溉仿真模型背景下，将基于AI的建模用于可再生能源管理，可能是提高灌溉效率、降低水和能源消耗的有价值手段，这为未来实现智能太阳能灌溉设备的硬件版本提供了一个有前景的开端。