國之重器出版工程物聯網與智慧農業

李道亮

中國農業大學信息與電氣工程學院教授，博士生導師，教育部長江學者特聘教授，
研究方向為農業智能信息處理與農業農村信息化；任國家數字漁業創新中心主任、北京市農業物聯網工程技術研究中心主任、
農業農村部農業農村信息化專家諮詢委員會副主任委員；入選國家萬人計劃、科技部中青年科技領軍人才、
農業農村部傑出科研人才、教育部新世紀人才，是全國創新爭先獎、中國青年科技獎、全國優秀科技工作者獲得者；
現任國際信息處理聯合會農業信息處理分會主席，Information Processing in Agriculture主編，
中國漁業物聯網與大數據產業技術創新聯盟（現中國數字漁業協同創新平台）執行理事長，
作為第一完成人獲國家科技進步二等獎1項、省部級科技進步一等獎3項、全國創新爭先獎1項，
獲授權國家發明專利30項，出版專著9部，以第一作者或通訊作者發表SCI 論文129篇，EI論文179篇，
制定國家標準4項、行業和地方標準7項；研究成果“水產集約化養殖精準測控技術”入選2019中國智能製造十大科技進展。

目錄
第1章物聯網與智慧農業的內涵001
1．1物聯網001
1．1．1概念與內涵001
1．1．2主要技術特徵002
1．1．3面臨的主要挑戰004
1．2農業物聯網006
1．2．1概念與內涵006
1．2．2關鍵技術特徵007
1．2．3面臨的主要挑戰010
1．3智慧農業012
1．3．1概念與內涵012
1．3．2農業農村智慧產業體系013
1．3．3農業農村智慧產業體系特徵014
1．3．4面臨的主要挑戰016
1．4物聯網與智慧農業的關係020
1．4．1重要技術支撐020
1． 4．2重要應用022
1．4．3現代農業發展制高點025
本章小結028
本章參考文獻029

第2章農業物聯網技術架構030
2．1農業物聯網技術架構概述030
2．2農業信息感知技術032
2．2．1農業個體標識技術032
2．2．2農業信息感知機理與工藝033
2．3農業信息傳輸技術034
2．3．1農業現場總線技術034
2．3．2農業無線傳感器網絡035
2．4農業信息處理技術036
2．4．1基於農業物聯網的大數據技術036
2．4．2基於農業物聯網的人工智能技術038
2．5農業物聯網技術的集成與應用039
2． 5．1農業物聯網嵌入式平台與智能裝備039
2．5．2農業環境智能監控與決策平台040
2．5．3農業業務模型與雲平台041
2．5．4農產品物流與安全溯源041
本章小結042
本章參考文獻043

第3章農業智能傳感器046
3．1農業環境傳感器046
3．1．1水質智能感知類傳感器046
3．1．2土壤信息感知類傳感器070
3．1．3環境小氣候信息感知類傳感器087
3．2農業動植物表型信息感知傳感器092
3．2．1動物表型信息感知傳感器092
3．2．2植物表型信息感知傳感器100
3．3農業裝備和設施傳感器102
3 ．3．1工作狀態傳感器102
3．3．2故障傳感器103
3．3．3位姿傳感器106
3．3．4位置傳感器107
3．4農業視覺傳感器110
3．4．1單目視覺傳感器110
3．4．2多目視覺傳感器113
本章小結116
本章參考文獻117

第4章農業信息傳輸技術124
4．1農業無線傳感器網絡概述124
4．2農業無線傳感器網絡的體系結構125
4．2．1無線傳感器網絡的拓撲結構125
4．2 ．2無線傳感器網絡的節點結構126
4．3藍牙、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT在農業中的應用127
4．3．1藍牙127
4．3．2 Wi-Fi 128
4．3．3 ZigBee 128
4．3．4 NB-IoT 128
4．4農用無線傳感器網絡對比分析131
4．5農業移動互聯網132
本章小結133
本章參考文獻133

第5章農業信息處理技術134
5．1農業傳感器等結構化數據處理技術134
5．1．1結構化數據與關係型數據庫134
5．1．2農業結構化數據135
5．1．3數據挖掘136
5．1．4數據挖掘在農業中的應用137
5 ．2農業多媒體信息數據處理技術138
5．2．1多媒體技術概述139
5．2．2農業多媒體數據處理技術139
5．2．3農業多媒體數據處理進展146
5．2．4本節小結147
5．3農業多源異構數據融合與處理技術148
5．3．1多源異構數據概述148
5．3．2數據融合基本過程149
5．3．3數據融合處理算法149
5．3． 4數據融合技術在農業中的應用進展152
5．3．5本節小結153
5．4農業知識庫構建技術153
5．4．1知識庫的基本概念153
5．4．2知識庫構建技術154
5．4．3農業知識庫155
5．4．4本節小結156
5．5農業海量數據存儲與管理技術157
5．5．1海量數據存儲與管理相關技術157
5．5．2農業海量數據存儲與管理161
5．5．3本節小結162
本章小結162
本章參考文獻163

第6章農業物聯網技術集成168
6．1農業物聯網嵌入式平台168
6．1．1感知與採集168
6． 1．2傳輸與通信170
6．1．3嵌入式處理器控制172
6．1．4嵌入式系統軟硬件集成173
6．2農業物聯網智能監控平台174
6．2．1物聯網監測系統175
6．2．2物聯網軟件平台177
6．2．3物聯網控制系統177
6．3農業業務模型與雲平台178
6．3．1農業信息的採集與獲取179
6．3．2農業信息的智能處理180
6．3．3農業信息的個性化服務推薦182
6．4農產品物流與安全溯源184
6．4．1農產品物流184
6．4．2農產品安全溯源185
本章小結189
本章參考文獻189

第7章智慧漁業191
7．1水產養殖業智慧需求191
7．2智慧漁業概述192
7．2．1內涵192
7．2．2發展階段192
7．2．3發展趨勢194
7．2．4挑戰195
7．3智慧漁業技術196
7．3．1智慧漁業技術概述196
7． 3．2水產大數據技術200
7．3．3水產新一代人工智能202
7．3．4水產機器人203
7．4智慧漁業智能化解決方案204
7．4．1智慧魚塘204
7．4． 2智慧網箱206
7．4．3智慧陸基工廠210
7．4．4智慧魚菜共生212
本章小結216
本章參考文獻217

第8章智慧畜牧218
8．1畜牧業智能化需求218
8．2智慧畜牧概述219
8．2．1內涵219
8．2．2發展階段220
8．2．3發展趨勢220
8．2．4挑戰221
8．3智慧畜牧主要技術221
8．3．1傳感技術221
8．3．2測控技術222
8．3．3預警防控技術223
8．3．4機器人與智能裝備223
8．4智慧牧場解決方案224
8 ．4．1智能養殖管理系統224
8．4．2動物產品質量追溯系統225
8．4．3動物衛生監督管理系統226
8．4．4重大動物疫病預警系統227
8．4．5畜牧生態環境監管系統227
8．4．6智慧牧場管理系統227
8．4．7動物流通監管系統228
本章小結228
本章參考文獻228

第9章智慧大田230
9．1大田種植智能化需求230
9．2智慧大田概述232
9．2．1內涵232
9．2．2發展階段233
9．2．3發展趨勢234
9．2．4挑戰234
9．3智慧大田種植技術235
9．3．1激光平地技術235
9．3．2無人機植保技術236
9．3．3測土配方施肥技術236
9．3．4大田種植物聯網技術237
9．3．5農機智慧調度技術240
9．3．6採收智能作業機械裝備技術240
本章小結242
本章參考文獻242

第10章智慧園藝244
10．1智能溫室園藝及其智能化需求244
10．2智能溫室典型應用案例245
10 ．2．1智能環境控制245
10．2．2園藝智能識別248
10．2．3園藝機器人250
10．2．4園藝水肥一體化251
本章小結253
本章參考文獻253
第11章農產品智慧物流256
11 ．1智慧物流需求256
11．2智慧物流內涵259
11．2．1內涵259
11．2．2智慧物流應用主要技術260
11．2．3智慧物流發展趨勢261
11．3智慧物流應用系統262
11 ．3．1智慧物流應用系統總體架構262
11．3．2農產品配貨管理系統265
11．3．3農產品質量追溯系統268
11．3．4農產品運輸管理系統272
11．3．5農產品採購交易系統273
11．4智慧物流案例274
11．4．1農產品溫控物流智能係統業務需求274
11．4．2農產品溫控物流智能係統功能實現274
本章小結276
本章參考文獻276

第12章農業物聯網的發展趨勢與前景展望278
12．1農業物聯網發展面臨的機遇與挑戰278
12．1．1農業物聯網發展面臨的機遇278
12．1．2農業物聯網發展面臨的挑戰280
12．2農業物聯網的發展需求與趨勢281
12．2．1農業物聯網的發展需求281
12．2．2農業物聯網的發展趨勢283
12．3農業物聯網的發展對策與建議284
12．3．1農業物聯網的發展對策284
12．3．2農業物聯網的發展建議286
本章小結288
本章參考文獻288