综述:滴灌施肥中多相传感技术及全流程设备与控制系统架构系统集成的研究进展:一篇综述
《Processes》:Advancements in Multi-Phase Sensing Technologies and System Integration of Full-Process Equipment and Control System Architectures in Drip Fertigation: A Comprehensive Review
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时间:2026年09月10日
来源:Processes 3.4
摘要
农业滴灌施肥是一种高度耦合的动态过程,其中精确的资源管理取决于整个设备链的协同运行表现。在全球水资源短缺和化肥过量施用的背景下,提升配液、注入、感知、控制、输配及终端灌溉交付的全流程精度,已成为施肥灌溉技术推广的前提。本文综述了现代信息物理施肥灌溉系统中的先进过程监控技术与闭环控制架构,涵盖肥料溶液配制与混合、注入装置、液相与固相状态感知、智能控制算法以及管道输配与终端滴头。在线配液已从重力驱动的间歇预混发展为带涡流导向静态混合器的连续计量注入,电导率(EC)感知配以漂移补偿以及颗粒质量流量检测构成了闭环调节的感知基础,控制系统已从比例-积分-微分(PID)控制器逐步发展至变论域模糊逻辑乃至结合元启发式优化的人工神经网络(ANN)混合方案,管道压力调节与滴头防堵塞策略则决定了长期输配的均匀性。定量分析表明,感知-决策-执行链所能达到的精度上限受传感器精度、过程延迟、控制性能与执行器响应之间耦合关系的制约,而非由某一单一设备所决定。本文识别出五个尚未解决的关键差距——传感器可靠性、多季节田间验证、系统互操作性、低成本自动化以及肥料类型适应性——并建议未来研究应优先推进基于低功耗广域网的低成本物联网(IoT)传感器阵列、边缘-云协同控制以及基础模型驱动的自主决策机制,并将其作为一套耦合规范进行协同设计。
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