智能農(nóng)業(yè)技術(shù)及應(yīng)用

全書以項目驅(qū)動、任務(wù)促進、做中學習知識、做中培養(yǎng)能力的方式，將理論與實際操作相結(jié)合，并將重點放在對基礎(chǔ)知識和操作技能的培養(yǎng)上。

以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚的設(shè)計與建設(shè)實施為總項目，按照遞進原則分解為五個項目，且各項目后均配有思考題，便于組織教學。

全書內(nèi)容詳實，圖文并茂，通俗易懂，實用性強。

進入21世紀，世界已發(fā)生根本性的變化。在這個背景下，中國城鎮(zhèn)化正快速發(fā)展。年輕人勞動觀念和勞動心理的轉(zhuǎn)變，勞動力成本的上升，使“誰來種地，怎樣種地”成為亟待研究和解決的課題。科學技術(shù)的發(fā)展和時代的進步，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式正發(fā)生重大變化，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化成為其必然趨勢。

智能農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容和方向，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標志和高級階段。早期人們對智能農(nóng)業(yè)的認識，是基于農(nóng)業(yè)工程的概念。認為智能農(nóng)業(yè)在相對可控的環(huán)境條件下，采用工業(yè)化生產(chǎn)，實現(xiàn)集約高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代超前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，就是農(nóng)業(yè)先進設(shè)施與露地相配套、具有高度的技術(shù)規(guī)范和高效益的集約化規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式。它集科研、生產(chǎn)、加工、銷售于一體，實現(xiàn)周年性、全天候、反季節(jié)的企業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；它集成現(xiàn)代生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)用新材料等學科，以現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施為依托，科技含量高、產(chǎn)品附加值高、土地產(chǎn)出率高和勞動生產(chǎn)率高，是我國農(nóng)業(yè)新技術(shù)革命的跨世紀工程。近年來，在國家863、973計劃和國家科技支撐計劃的支持下，加大了高科技在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，使我國在智能農(nóng)業(yè)的研究中前進了一大步。但學者對智能農(nóng)業(yè)概念的討論還不深入，認識還不一致。本書作者認同以下觀點：智能農(nóng)業(yè)是一個完整的體系，它既包含軟件智能部分，又包含硬件智能部分。即涉及信息的采集、反饋、處理、運算推理、控制實施等各個環(huán)節(jié)。在體現(xiàn)智能化的特點上，智能農(nóng)業(yè)必須具備基本的反饋控制和自主控制特點。智能農(nóng)業(yè)體系應(yīng)該是基于控制的廣義閉環(huán)大系統(tǒng)，優(yōu)化處理后，可以具備一般閉環(huán)系統(tǒng)的能觀性、能控性；其研究的重點是農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中的智能調(diào)控理論技術(shù)及應(yīng)用問題；智能農(nóng)業(yè)體系的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)控制理論和復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論，而多級遞階網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、人工智能控制技術(shù)是其最主要的建模及控制手段；智能農(nóng)業(yè)更多的體現(xiàn)在整體系統(tǒng)控制的智能化，其中目標給定優(yōu)化、信息處理、控制推理、信息采集及反饋等環(huán)節(jié)中均體現(xiàn)出擬人的智能化；“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)”是智能農(nóng)業(yè)體系中的人工知識庫、數(shù)據(jù)庫，在智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。

智能農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代科學技術(shù)革命對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生巨大影響下逐步形成的一個新的農(nóng)業(yè)形態(tài)，其顯著特征是在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，用信息流調(diào)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營活動的全過程。智能農(nóng)業(yè)環(huán)境下，現(xiàn)代信息技術(shù)得到充分應(yīng)用，可最大限度地把人的智慧轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M生產(chǎn)力，通過知識要素的融入，使有限的資本要素和勞動要素的投入效應(yīng)最大化，使得信息、知識成為驅(qū)動經(jīng)濟增長的主導因素，使農(nóng)業(yè)增長方式從主要依賴自然資源向主要依賴信息資源和知識資源轉(zhuǎn)變。因此，智能農(nóng)業(yè)也是低碳經(jīng)濟時代農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)的必然選擇，符合人類可持續(xù)發(fā)展的愿望。

智能農(nóng)業(yè)技術(shù)是多種先進技術(shù)的集成。它廣泛地包括了3S技術(shù)（農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)RS、農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS）、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)（DSS）、變量投入技術(shù)（VRT）、智能機械裝備技術(shù)、模擬技術(shù)、虛擬技術(shù)、智能控制技術(shù)、機器視覺技術(shù)、移動應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。當前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中得到較為廣泛的應(yīng)用，是當前及今后較長時間內(nèi)智能農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最多的技術(shù)之一。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以感知、識別、傳遞、分析、測控等技術(shù)手段實現(xiàn)智能化活動的新一代信息化技術(shù)，其特征是通過傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進行信息的傳送與交互，采用智能計算技術(shù)對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高效、安全的重要支撐，這些技術(shù)在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用，可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源、生產(chǎn)過程、流通過程等環(huán)節(jié)信息的實時獲取和數(shù)據(jù)共享，以保證產(chǎn)前正確規(guī)劃而提高資源利用效率；產(chǎn)中精細管理而提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)節(jié)本增效；產(chǎn)后高效流通并實現(xiàn)安全追溯。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將會解決一系列在廣域空間分布的信息獲取、高效可靠的信息傳輸與互聯(lián)、面向不同應(yīng)用需求和不同應(yīng)用環(huán)境的智能決策系統(tǒng)集成的科學技術(shù)問題。

回到本文先前的問題，“誰來種地，怎樣種地”的命題如何破解？作者認為，“怎樣種地”在上文的論述中已給出了答案，即以智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式逐漸取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。而“誰來種地”則需要各種類型的新型復(fù)合性人才逐漸取代過去的傳統(tǒng)農(nóng)民來完成。培養(yǎng)新型復(fù)合性農(nóng)業(yè)人才是農(nóng)業(yè)院校十分緊迫的任務(wù)之一。

培養(yǎng)新型復(fù)合性農(nóng)業(yè)人才，需要跨專業(yè)融合，需要重構(gòu)課程體系，需要教材建設(shè)的支撐。但這方面教材建設(shè)在我國嚴重滯后。作者根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對復(fù)合人才的緊迫需求，在對智能農(nóng)業(yè)開展研究和試驗實踐的基礎(chǔ)上，對研究成果進行了總結(jié)，并討論、編著了本書。可供高等院校、高職院校相關(guān)專業(yè)教學使用，也可供農(nóng)業(yè)科技人員、信息技術(shù)人員培訓或自學使用。

高端技能型應(yīng)用性人才培養(yǎng)，重在職業(yè)能力的培養(yǎng)，即在實踐教學中進行最為有效。因此，本書以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚的設(shè)計與建設(shè)實施為總項目，按照遞進原則分解為五個項目，以項目驅(qū)動、任務(wù)促進、做中學習知識、做中培養(yǎng)能力的方式，將智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)及其應(yīng)用的關(guān)鍵內(nèi)容讓學生訓練掌握。五個項目分別是：農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測；農(nóng)作物生長環(huán)境控制；農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用；基于Android系統(tǒng)的農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)控；基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚建設(shè)。

本書是由成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院和中國水利水電出版社萬水分社共同策劃、組織編寫的。編著者為成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院電子信息分院鄒承俊、張霞、魯剛強、余攀、雍濤幾位老師，李輝老師參與了部分圖片的處理，成都市知用科技有限公司熊維軍等工程師也參加了部分工作。在此，對辛勤工作的所有人士表示由衷的感謝！

由于時間緊迫和編著者水平的限制，加之是全新的嘗試，書中的錯誤和缺點在所難免，熱忱歡迎讀者對本書提出批評與建議，以便再版時修訂。

編 者

2013年6月

前言

項目一 農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測 1
項目目標 1
任務(wù)1 認識農(nóng)作物生長環(huán)境 1
任務(wù)2 認識與選擇（購）監(jiān)測傳感器及
網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件 12
任務(wù)3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建與農(nóng)作物
生長環(huán)境監(jiān)測 21
項目二 農(nóng)作物生長環(huán)境控制 35
項目目標 35
任務(wù)1 了解農(nóng)作物生長環(huán)境控制方法 35
任務(wù)2 農(nóng)作物生長環(huán)境自動控制部件選擇 38
任務(wù)3 了解農(nóng)作物生長環(huán)境自動控制系統(tǒng)
的組裝與調(diào)試 48
項目三 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 63
項目目標 63
任務(wù)1 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā) 63
任務(wù)2 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用 98
項目四 基于Android系統(tǒng)的農(nóng)作物生長
環(huán)境監(jiān)控 124
項目目標 124
任務(wù)1 開發(fā)環(huán)境的搭建 124
任務(wù)2 Android監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與配置 132
項目五 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室建設(shè) 159
項目目標 159
任務(wù)1 智能溫室大棚的設(shè)計 159
任務(wù)2 監(jiān)測系統(tǒng)的實施 169
任務(wù)3 控制系統(tǒng)的實施 182
任務(wù)4 監(jiān)測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、
Android系統(tǒng)的聯(lián)動 195

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