综述：人工智能驱动的水培：面向可持续全球粮食安全的传感器驱动农业系统综述

《Planta》：AI-enabled hydroponics: a critical review of sensor-driven farming systems for sustainable global food security

　　

摘要

主要结论

本综述认为，将人工智能与智能传感技术相结合，有望通过精准监测、自适应控制以及提高资源利用效率，显著增强水培生产水平。

摘要

水培是受控环境农业（CEA）的一种关键方法，能够精确调控植物生长条件，提高资源效率，实现全年作物生产。人工智能（AI）和传感器技术的最新进展为提升养分管理、监测植物健康状况以及实时预测生理响应提供了机遇。本综述批判性地评估了基于人工智能的水培系统，重点关注通过传感器驱动的营养液化学参数（电导率、pH值、溶解氧）、环境参数以及通过成像技术监测植物健康指标的方法。我们重点阐述了时间序列预测模型、计算机视觉和强化学习在自适应控制中的应用，强调其对植物生长、养分吸收和压力缓解的影响。本文讨论了关键挑战，包括传感器漂移、模型的跨作物泛化能力以及应用障碍。最后，我们概述了将人工智能与以植物为中心的水培设计相结合的策略，包括混合控制框架、可解释人工智能仪表盘的初步概念以及开放数据集。仪表盘概念作为未来的设计方向提出，旨在提高透明度和操作员信任，而非作为本综述中评估的已验证用户界面。附带的概念实施示例展示了所综述的人工智能方法如何整合到基于AIoT的水培系统中，但在将其有效性推广之前，仍需对多种作物、栽培周期和生产环境进行定量验证。