区域地面物联网太阳辐照度监测：山区、乡村和城市环境下的多站点研究

《Sensors》：Regional Ground-Based IoT Solar Irradiance Monitoring: A Multi-Site Study Across Mountain, Rural, and Urban Environments

　　摘要本文研究了塞尔维亚中部地区的太阳辐照度，在该区域三个地点部署了低成本物联网传感网络：山坡、村庄附近的开阔地以及市中心受遮挡的位置。三个地点均位于同一NASA POWER网格单元内。经过多阶段质量控制后，对26,145条有效白天记录与卫星参考值进行了比较。卫星对三个位置赋予相同数值，但实测平均白天辐照度分别为267.7、351.5和19.6 W/m2。乡村站点与参考值的吻合度最高（R2 = 0.567）；山坡站点存在持续遮挡偏差（平均偏差MBE = ?138.9 W/m2）；城市站点的信号因周围建筑物和植被被削弱约12倍。此外，利用同一网格单元25年的月度NASA POWER记录训练了25个回归模型（梯度提升、循环、卷积、全连接和图模型）。XGBoost的R2 = 0.998，混合TCN-GNN的R2 = 0.968，普通ReLU网络R2 = 0.912，并使用带日历特征的 seasonal 模型重建了2026年尚未归档的两个月卫星参考值。所部署的硬件、网络和能量行为被量化记录：各站点链路交付率分别为96.8%、83.5%和58.2%，节点光伏采集记录，以及不存在能量感知传输调度。两个训练好的模型被编译到ESP32节点并在部署硬件上测量：深度受限的梯度提升校正器运行时间为46.3 μs，占用闪存11.1 kB；INT8全连接网络运行时间138.1 μs，占用3.0 kB；而图混合模型无法转换为微控制器执行。这定义了一种边缘—云划分方案，其中本地推理执行偏差校正和故障检测，而云层面保留重型模型和定期再训练。据作者所知，这是塞尔维亚中部不同地形类型的第一个多站点地面物联网辐照度记录。