农业物联网应用体系结构与关键技术研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郑纪业 著

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• 农业物联网
• 物联网
• 农业技术
• 体系结构
• 关键技术
• 传感器技术
• 数据分析
• 无线通信
• 精准农业
• 智能农业

出版社： 中国农业科学技术出版社

ISBN：9787511631701

版次：1

商品编码：12202037

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：111

字数：150000

正文语种：中文

内容简介

　　《农业物联网应用体系结构与关键技术研究》以所建立的系统能够方便快捷地整合底层异构感知网络，降低开发农业物联网系统的技术门槛，同时保证所建立的上层应用具有分布式、松耦合及可共享等特性为目标，重点就农业物联网应用体系结构及其关键技术进行了全面阐述和总结。全书共分5章，内容包括国内外农业物联网发展现状、农业物联网体系结构及其应用领域、农业物联网接入层设计与实现、面向服务的农业物联网数据共享架构研究以及无线传感器网络路由算法研究。

内页插图

目录

1 绪论
1．1 研究的背景及意义
1．2 国内外研究现状
1．3 存在问题分析
1．4 研究内容与创新点
1．5 研究方法与技术路线图

2 农业物联网应用体系结构
2．1 农业物联网概念及特征
2．2 农业物联网体系结构研究现状
2．3 基于分层及协议配套的农业物联网体系结构
2．4 农业物联网的应用领域
2．5 农业物联网发展趋势
2．6 本章小结

3 农业物联网接人层设计与实现
3．1 物联网接入层概述
3．2 农业物联网接入层设计
3．3 农业物联网接入中间件实现
3．4 农业物联网接入中间件测试
3．5 本章小结

4 面向服务的农业物联网数据共享架构设计与实现
4．1 引言
4．2 相关技术
4．3 面向服务的农业物联网数据共享平台设计
4．4 服务设计与实现
4．5 本章小结

5 基于事件驱动的能量高效分簇路由协议算法研究
5．1 路由协议算法分类
5．2 典型路由协议分析
5．3 无线传感器网络模型及信道模型
5．4 基于事件驱动的能量高效分簇路由协议算法（EDEEC）
5．5 算法仿真试验
5．6 本章小结
参考文献

前言/序言

　　物联网（Internet of Things）最早是由麻省理工学院Ashton教授于1999年在研究RFID时提出的，发展至今已成为各国构建经济社会发展新模式和重塑国家长期竞争力的先导领域。2008年年底，IBM提出的“智慧地球”构想更是上升到了美国国家发展战略的高度，2009年，欧盟提出“物联网行动计划”，日本政府启动“i-Japan战略2015”，韩国颁布《物联网基础设施构建基本规划》。2009年，时任国务院总理温家宝视察无锡时提出“感知中国”理念，使物联网概念在国内引起高度重视，成为继计算机、互联网、移动通信之后新一轮信息产业浪潮的核心领域。
　　农业是物联网技术的重点应用领域之一．也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。目前，我国农业正处在从传统农业向现代农业迅速推进的过程当中，现代农业的发展迫切需要集约化生产、自动化控制、信息化管理、电子化交易和系统化物流．这些内在需求迫切呼唤信息技术的支撑，物联网浪潮的来临为现代农业发展创造了前所未有的机遇。2013年以来，农业部启动了农业物联网区域示范工程，选择有一定工作基础的天津、上海、安徽三省市率先开展试点试验工作，对于提升农业物联网理论及应用水平，探索物联网在农业领域的应用方向、发展模式及其重点领域，推动农业生产方式转化，促进农民增收，具有十分重要的意义。
　　农业物联网作为新的技术浪潮和战略新兴产业得到了我国党和政府的高度重视，面临前所未有的发展机遇，但同时我国农业物联网的发展正处于初级阶段，农业物联网技术、产品以及商业化运营模式都还不成熟。农业物联网的发展仍然处于探索和经验积累过程中，已开展的绝大多数农业物联网应用项目属于试验、示范性项目，农业物联网的发展还存在许多挑战性的问题。一方面是底层感知设备多种多样，接口各异，通信协议种类繁多，缺乏一个通用的上层控制软件能够方便、灵活地对底层的硬件设备进行简易的配置和控制：另一方面是目前农业物联网系统平台主要以垂直行业研发为主，平台架构存在封闭化、耦合度高和扩展性差等问题，使得企业之间的数据分享和服务协同变得异常困难，形成了诸多“信息孤岛”。
　　本书以所建立的系统能够方便快捷地整合底层异构感知网络，降低开发农业物联网系统的技术门槛，同时保证所建立的上层应用具有分布式、松耦合及可共享等特性为目标，重点就农业物联网应用体系结构及其关键技术进行了全面阐述和总结。全书共分5章，内容包括国内外农业物联网发展现状、农业物联网体系结构及其应用领域、农业物联网接入层设计与实现、面向服务的农业物联网数据共享架构研究以及无线传感器网络路由算法研究。为了全面反映农业物联网国内外最新研究成果，本书参考或引用了大量相关文献，其中大多数已在书中注明出处，但难免有所疏漏。在此，向有关作者和专家表示感谢，并对没有标明出处的作者表示歉意。
　　本书还凝聚了许多农业信息领域科研人员的智慧和见解，我首先要感谢我的导师中国农业科学院农业信息研究所许世卫研究员，多年来他在科研工作中的教诲和指导让我受益良多。对于农业物联网研究过程中遇到的问题和困惑，多次请教中国农业大学李道亮教授、山东科技大学房胜教授，他们的指点让我茅塞顿开。感谢山东省农业科学院科技信息研究所阮怀军研究员、崔太昌研究员、王磊副研究员，山东省水稻研究所李景岭研究员、山东省农业科学院党群工作处王志诚研究员及中国农业科学院农业信息研究所各位老师的指导。感谢山东省农业科学院科技信息研究所王风云副研究员、封文杰副研究员、刘延忠副研究员、张晓艳研究员、赵文祥研究员、唐研副研究员等同事的建议和帮助。
　　农业物联网是一个复杂的系统工程，涉及电子、通信、计算机、农学等若干学科和领域，除了理论、技术和方法外，工程实施和应用中遇到的问题会更多，由于作者水平有限，书中错误或不妥之处在所难免，诚恳希望同行和读者批评指正。
　　作者
　　2017年5月

绿色脉动，智联未来：探索现代农业的科技革新之路 在人类文明的长河中，农业始终是维系生存的基石。然而，随着人口的激增、气候变化的挑战以及资源日益紧张的现实，传统的耕作模式正面临前所未有的压力。我们不再仅仅满足于“吃饱”，更追求“吃好”，对农产品的品质、安全、可持续性提出了更高的要求。正是在这样的时代背景下，一股科技革新的浪潮正席卷全球农业领域，以一种前所未有的力量，重塑着我们对土地的认知，改变着我们收获的方式。 本书将带领您深入探寻这场正在发生的绿色革命。我们不再局限于对传统农业种植、养殖经验的传承，而是将目光投向了那些能够赋能农业、提升效率、优化产出、并最终实现可持续发展的科技力量。这是一次关于农业的深度对话，一场关于未来如何耕种和收获的全面梳理。 第一篇：现代农业的“智慧之眼”——感知与连接 现代农业的革新，首先源于对土地、作物、牲畜以及生态环境的“看得见”和“说得上话”。这股能力，来源于强大的感知技术和高效的连接网络。 土壤的细语，环境的低语：传感器网络的应用 想象一下，每一寸土地都有了自己的“体温计”和“湿度计”，能够实时汇报土壤的温度、湿度、pH值、养分含量等关键信息。这不再是科幻小说里的场景，而是如今传感器技术为农业带来的真实变革。我们将深入解析各类传感器的原理与应用，从地下深处的土壤传感器，到监测空气湿度的温湿度传感器，再到识别病虫害的可见光和多光谱传感器。它们如同现代农业的“智慧之眼”，将原本难以察觉的微小变化，转化为可量化、可分析的数据，为精准施肥、精准灌溉、病虫害预警提供了坚实的基础。 我们还会探讨这些传感器如何构建成一个互联互通的网络。无线通信技术，如低功耗广域网（LPWAN）、蓝牙、Wi-Fi等，使得海量传感器的数据能够被实时采集并传输。我们将详细解读这些通信技术在农业场景下的优势与劣势，以及如何根据不同的应用需求进行最优选择，构建稳定、可靠、低成本的农业物联网感知体系。 天空的哨兵，地面的卫士：无人机与机器人技术的赋能 从高处俯瞰，无人机正成为农业生产的“新眼睛”。它们搭载高清摄像头、多光谱相机、热成像仪等，能够高效地对大面积农田进行航拍监测，识别作物长势、叶片健康状况、病虫害发生区域，甚至是估算产量。本书将详细介绍不同类型农业无人机的设计、性能参数以及实际应用案例，包括植保无人机、测绘无人机、授粉无人机等，并探讨其在精准施药、减少农药使用、降低劳动强度方面的显著优势。 与此同时，地面上的机器人也在悄然改变着农业的形态。自动化播种机、精准施肥机器人、智能采摘机器人、除草机器人等，正逐步替代繁重、重复的人工劳动。我们将剖析这些农业机器人的核心技术，如路径规划、视觉识别、力控抓取等，并分析它们在提高生产效率、保障农产品质量、解决劳动力短缺问题上的巨大潜力。 气候的预言家，市场的晴雨表：气象站与大数据平台的构建 农业生产对气候条件极为敏感。建立高精度的区域性气象监测网络，能够实时获取温度、湿度、降雨量、风速、光照强度等气象数据，为农民提供精准的天气预报和气候变化趋势分析，帮助他们合理安排播种、施肥、灌溉、收割等关键农事活动，最大限度地降低自然灾害带来的损失。 然而，仅仅收集数据是不够的。将传感器、无人机、机器人等各个节点产生的大量数据汇聚整合，并利用大数据分析技术进行深度挖掘，才能释放其真正的价值。本书将探讨如何构建集数据采集、存储、处理、分析、可视化于一体的农业大数据平台。通过对海量历史数据和实时数据的分析，我们可以发现作物生长规律、病虫害发生规律、产量预测模型，为农业生产决策提供科学依据，甚至预测市场需求，优化农产品供应链。 第二篇：智能决策与精准管理——农业生产的“大脑” 数据是基础，但最终的目标是实现智能化决策和精准化管理。这需要先进的算法、模型和平台来支撑。 作物身份证：精准溯源与质量追溯体系的建立 消费者对食品安全的关注度日益提升，“从田间到餐桌”的全程可追溯性成为了市场需求。我们将深入探讨如何利用物联网技术、区块链技术等，构建一套完整的农产品质量追溯体系。从种子、肥料、农药的投入，到播种、生长、采摘、加工、运输、销售的每一个环节，都能够被清晰地记录、存储和查询。这不仅能够保障消费者的知情权和选择权，更能提升农产品的品牌价值，促进农业的健康发展。 “因地制宜”的精髓：智能决策支持系统的设计与应用 土地不是单一的，作物也不是千篇一律的。每一块土地的土壤特性、微气候、历史产量都可能不同，每一株作物在不同的生长阶段也需要不同的关照。智能决策支持系统（DSS）正是为了解决这一难题而生。本书将详细介绍DSS的核心构成，包括数据输入模块、知识库、推理引擎、决策输出模块等。我们将解析如何将传感器数据、气象数据、土壤数据、作物生长模型等融入其中，通过人工智能算法，为农民提供个性化的农事建议，例如：何时浇水最合适？施肥的种类和用量该如何调整？何时是最佳的收获期？这些由“大脑”发出的智慧指令，将大大提升农业生产的精准度和效率。 病虫害的“克星”：预警与防治的智能化升级 病虫害是农业生产中的一大顽疾，一旦爆发，可能造成巨大的经济损失。通过物联网传感器实时监测作物叶片颜色、温度、湿度等环境因素，结合机器学习模型对病虫害的发生概率进行预测。当监测到潜在的风险时，系统能够提前发出预警，并根据具体情况推荐最优的防治方案，例如精准施药、生物防治等。我们将探讨如何构建智能化的病虫害预警与防治平台，实现从被动应对到主动预防的转变。 资源管理的“管家”：水肥一体化与精准灌溉技术的实践 水和肥料是农业生产的生命线，但它们的过度使用不仅会造成资源浪费，还会对环境造成污染。水肥一体化技术，通过一套集成的系统，将灌溉和施肥结合起来，根据作物的实时需求，精确地输送适量的水和养分。本书将深入解析水肥一体化系统的构成，包括输水管道、滴灌装置、施肥罐、控制器等，并探讨如何利用传感器数据和作物生长模型，实现对水肥的智能化调控，达到节水、节肥、增产、提质的综合效益。 第三篇：挑战与展望——可持续农业的未来之路 科技的力量是巨大的，但农业的发展也面临着诸多挑战，需要我们不断探索和创新。 从“接入”到“融合”：构建协同共生的农业生态系统 未来的农业，不再是孤立的生产环节，而是一个相互连接、协同工作的生态系统。从育种、种植、养殖、加工、流通到消费，每一个环节都应该信息互通，高效协作。本书将探讨如何打破数据孤岛，构建开放、共享的农业信息平台，促进不同主体之间的信息流动和资源整合，形成良性循环。 技术赋能，人才先行：农业科技人才的培养与发展 再先进的技术，也需要有懂得运用它的人。农业科技的推广与落地，离不开懂技术、懂农业的复合型人才。我们将讨论如何加强农业科技教育，培养具备物联网、大数据、人工智能等知识的跨领域人才，并为现有农业从业人员提供技能培训，让他们能够拥抱新技术，适应新变化。 绿色发展，伦理考量：科技应用于农业的深层思考 科技的进步，必须以可持续发展和人类福祉为导向。在追求效率和产量的同时，我们还需要关注生物多样性保护、生态环境影响、数据安全与隐私保护等问题。本书将引导读者思考，如何在应用先进技术的同时，坚守农业的绿色发展理念，实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。 我们相信，通过对现代农业科技的深入了解和积极应用，我们能够构建一个更加高效、精准、可持续的农业未来。这是一个充满希望的时代，一个让科技真正脉动在田野上，让智慧的光芒照亮农业每一个角落的时代。让我们一同踏上这场科技革新的探索之旅，共同擘画绿色农业的美好蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的版式设计在逻辑组织上表现出了极高的智慧。虽然内容本身可能涉及多个相互关联又彼此独立的子系统，但章节之间的过渡衔接却显得自然流畅，仿佛是在引导读者进行一次精心规划的认知旅程。我在某些章节的布局中，观察到了一些巧妙的留白和重点区域的加粗处理，这无疑是作者在引导读者的注意力，确保读者不会在海量的信息流中迷失方向。它似乎在说：“请注意，这里的概念是后续讨论的基石。”这种对阅读流程的细致掌控，极大地提升了信息吸收的效率。对于需要跨越不同技术栈进行学习的读者来说，这种结构上的清晰导向性，比单纯罗列知识点要重要得多，它构建了一个连贯的知识地图。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅的感受是，这本书的语言风格似乎非常扎实，它没有使用过多华丽或煽情的辞藻，而是采取了一种直击核心、论据详实的叙述方式。这种“去魅”的叙事策略，对于理解技术领域的复杂原理至关重要，因为它要求读者必须集中注意力去消化每一个术语和逻辑推导。我感受到了一种强烈的学术氛围，仿佛置身于一场高水平的研讨会现场，作者正以不容置疑的权威性阐述着他们的研究发现。这种严谨的文字风格，预示着书中的论述必然是经过了严密论证和反复验证的，而非空中楼阁式的臆想。对于希望从理论基础层面打下坚实基础的读者而言，这种直接、毫不妥协的表达方式，恰恰是最宝贵的财富，它避免了因过度简化而导致的理解偏差。

评分☆☆☆☆☆

从整体的厚重感和内页的丰富程度来看，这本书显然投入了巨大的心血进行内容的广度和深度的拓展。它散发着一种“百科全书式”的潜质，暗示着它不仅涵盖了理论的构建，更有可能深入到实际操作层面和未来趋势的展望。这种丰富的体量本身就构成了一种无声的承诺：它试图成为该领域内读者可以长期依赖的参考宝典。我能想象，在未来的研究或项目实施过程中，我会有无数次需要翻开它，去核对某个标准参数、探究某个技术选型的背景依据，或者仅仅是回顾某个关键架构的整体布局。这种“耐用性”和“参考价值”是衡量一本专业书籍价值的核心标准，而这本书的外在表征，已经强烈地传递出这种潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质感相当出色，纸张的选取和印刷的清晰度都达到了相当高的水准，这对于一本需要反复查阅的专业书籍来说至关重要。长时间阅读下来，眼睛的疲劳感明显减轻，这使得我可以更长时间地沉浸在复杂的概念和模型之中。我特别留意到书中图表的排版，即使是那些涉及多层级系统架构的示意图，线条依然锐利，标注清晰易懂，没有出现任何墨迹晕染或文字重叠的现象。这体现了出版团队在细节处理上的专业素养。一本优秀的工具书或学术专著，其物理形态必须服务于内容传播的效率，而这本书在这方面做得非常到位，它为读者提供了一个舒适且高效的学习媒介。这种对阅读体验的尊重，让我对作者和编者给予了极高的评价，因为他们明白，即便是最硬核的知识，也需要一个优秀的载体去承载。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。那种深沉的蓝色调，搭配着一些简洁的几何线条和科技感的图标，让人一眼就能感受到它蕴含的专业性和前瞻性。尽管我还没有深入研读内文，但这种视觉语言成功地传递出一种“严谨的学术探索与前沿技术的交汇”的信号。封面上那几个精心挑选的关键词，比如“融合”、“智能感知”和“数据驱动”，无疑是点睛之笔，它们在不暴露具体内容细节的前提下，极大地激发了我对这本书所能揭示的农业未来图景的好奇心。它不是那种花哨的科普读物，更像是为那些真正想在领域内深耕的专业人士准备的“工具箱钥匙”。我期待它能在信息组织和结构逻辑上，也像它的封面一样，做到条理清晰、重点突出，能有效引导我构建起对整个农业技术生态系统的宏观认知框架。这种外观上的精心雕琢，无疑是出版方对内容质量的一种无声承诺。