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文檔簡介
1、封面《物聯(lián)網(wǎng)工程應用》教案課程名稱:物聯(lián)網(wǎng)技術及應用總學時/周學時:48/4開課時間:第1周至第12周授課年級、班級:信息工程2025級使用教材:物聯(lián)網(wǎng)工程應用授課教師:2、教案扉頁課程要求(在培養(yǎng)方案中的地位、開課學期,先修、后續(xù)課程)《物聯(lián)網(wǎng)技術及應用》是信息工程、自動化專業(yè)的專業(yè)課,在專業(yè)課程體系中占有重要地位。開課學期:先修課程/后修課程:電路原理、嵌入式系統(tǒng)原理與應用教學目標課程目標1:掌握物聯(lián)網(wǎng)相關的基本知識和分析設計方法。課程目標2:掌握物聯(lián)網(wǎng)基本協(xié)議,如:Zigbee協(xié)議。課程目標3:掌握物聯(lián)網(wǎng)關鍵支撐技術:網(wǎng)絡中間件技術和基于傳感網(wǎng)網(wǎng)絡的關鍵技術。課程目標4:能夠針對物聯(lián)網(wǎng)特定功能及技術指標需求,完成物聯(lián)網(wǎng)相關子系統(tǒng)的工程設計。課程目標5:掌握一些經(jīng)典的網(wǎng)絡應用算法,了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的經(jīng)典應用。課程目標6:能夠自主設計智能算法,使其勝任智能交通、環(huán)境保護、智能家居等不同領域中的工作。課程目標7:能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟、硬件、網(wǎng)絡算法、工程軟件進行設計與開發(fā),在設計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。課程目標8:能夠處理物聯(lián)網(wǎng)領域的復雜工程問題,考慮不同環(huán)境的需求,綜合設計解決方案。教學方法講授、討論+實驗課程性質(zhì)(創(chuàng)新意識、實踐能力培養(yǎng))本課程將物聯(lián)網(wǎng)理論研究和工程實踐相結合,按照“物體信息感知、感知信息傳輸、感知信息處理服務及應用”的教學路線展開,涵蓋物聯(lián)網(wǎng)領域的重要內(nèi)容和最新技術。主要教學內(nèi)容涉及無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能機制設計、物聯(lián)網(wǎng)平臺與協(xié)議架構研究、近場無線通信技術標準及應用研究、物聯(lián)網(wǎng)定位技術、信息處理與服務管理技術、物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理技術、物聯(lián)網(wǎng)的服務與管理等,引導學生在大國崛起的奮斗道路中,樹立面向物聯(lián)網(wǎng)核心理論的自主知識產(chǎn)權化、基于物聯(lián)網(wǎng)電路的中國智造化及物聯(lián)網(wǎng)中國芯設計的重要作用,實現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理、自動控制的物聯(lián)網(wǎng)技術研究及應用的教學目標。旨在培養(yǎng)具備計算機網(wǎng)絡專業(yè)知識技能,掌握網(wǎng)絡、射頻、無線通信相關技術,從事物聯(lián)網(wǎng)領域系統(tǒng)設計與科技開發(fā)方面的高等工程技術人才。參考資料1《物聯(lián)網(wǎng)工程應用技術實踐教程》、黃如、電子工業(yè)出版社、2014年2《物聯(lián)網(wǎng)工程工程原理與應用》、黃如、電子工業(yè)出版社、2020年3《射頻識別技術原理與應用》、周曉、電子工業(yè)出版社、2015年4《傳感器技術》、謝雙維、中國計量出版社、2015年5《物聯(lián)網(wǎng)導論(第二版)》、劉云浩、科學出版社出版、2013年備注說明3、教案內(nèi)容第5章AI賦能的智慧城市與運作調(diào)控課題名稱第5章AI賦能的智慧城市與運作調(diào)控計劃學時9課時內(nèi)容分析在本章中,經(jīng)過對AI賦能的智慧城市與運作調(diào)控的深入探討,我們清晰地看到了人工智能技術在安防、物流、農(nóng)業(yè)等多個產(chǎn)業(yè)領域所引發(fā)的變革。AI的應用不僅極大地提高了產(chǎn)業(yè)效率,降低了運營成本,還推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型,為經(jīng)濟發(fā)展注入了新的活力。在智能交通領域,我們了解了智能交通系統(tǒng)的體系結構、物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中的應用、智能交通系統(tǒng)的關鍵技術以及智能交通系統(tǒng)的構成。同時,還通過多個實例,如中興智能公安交通解決方案、基于RFID的高速公路路徑監(jiān)控解決方案等,深入了解了智能交通的實際應用。在智慧農(nóng)業(yè)領域,探討了物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應用和智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)結構。通過智慧漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)、智慧灌溉系統(tǒng)等實例,了解了物聯(lián)網(wǎng)技術如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和智能化水平。在智慧物流領域,介紹了物聯(lián)網(wǎng)在智慧物流中的應用和智慧物流應用實例,如物流配送應用方案、智慧軍事物流系統(tǒng)等,這些實例展示了物聯(lián)網(wǎng)技術如何提高物流效率和智能化水平。展望未來,隨著技術的不斷進步,智慧城市將更加智能化和人性化,為城市發(fā)展提供更為精準和高效的解決方案。教學目標及基本要求理解智能交通系統(tǒng)的體系結構,掌握物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中的應用,并了解智能交通系統(tǒng)的關鍵技術和構成。通過分析智能交通應用實例,培養(yǎng)學生將理論知識應用于實際交通問題解決的能力。了解智慧農(nóng)業(yè)的基本概念,認識物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的應用,掌握智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的結構,并能夠通過實例分析智慧農(nóng)業(yè)的實際應用。理解智慧物流的概念,掌握物聯(lián)網(wǎng)在智慧物流中的應用,并通過實例探討智慧物流的實際運作。分析人工智能技術如何賦能智慧城市與運作調(diào)控,提高學生對AI技術在城市管理和服務中的應用價值的認識。培養(yǎng)學生對于智慧城市領域的發(fā)展趨勢的敏感性,激發(fā)學生對利用智能科技提升城市運作效率的興趣。通過本章的學習,使學生能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)和人工智能技術相結合,提升解決智慧城市問題的能力,為未來在智慧城市相關領域的工作和研究打下堅實基礎。教學重點理解智能交通系統(tǒng)的體系結構及智能交通應用實例。了解智慧農(nóng)業(yè)的基本概念及智慧農(nóng)業(yè)應用實例。理解智慧物流的概念及智慧物流應用實例。教學難點教學方式講授、討論+實驗教學過程第1-3課時(智能交通)一、創(chuàng)設情境,引出本節(jié)內(nèi)容近年來,隨著人們生活水平的提高,私家車的數(shù)量呈幾何倍數(shù)式的增長,隨之而來的是交通問題的日益突出,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。(1)基礎設施短缺且利用率不高。我國基礎設施還不夠完善,許多道路存在寬度不合理、破損較嚴重等問題,且傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代化的交通體系的需求。(2)車輛的增長速度遠高于基礎設施的建設速度。近十幾年來,我國經(jīng)濟一直處于蓬勃發(fā)展的狀態(tài),人們的生活水平提高,車輛漸漸成為每家每戶必備的物品,因此,即使在國家大力興建基礎設施的情況下,依舊難以趕上車輛增長的步伐。(3)交通擁堵。交通擁堵問題在十多年前就已經(jīng)初步成型,雖然在這十多年間我國通過出臺限號、限行等政策及大力發(fā)展公共交通來限制私家車出行,提倡公共交通出行,但交通擁堵問題依舊日益嚴重。(4)交通安全形勢嚴峻。車輛增多會不可避免地帶來更大的交通風險,近些年來,交通事故頻發(fā)造成了重大的經(jīng)濟損失,因此國家對交通安全的重視程度也越來越高。(5)環(huán)境污染。隨著車輛的增多,機動車尾氣排放已成為城市大氣污染的主要來源,機動車尾氣正在嚴重地危害著人們的身體健康。為了解決這些交通問題,智能交通應運而生。智能交通系統(tǒng)(IntelligentTrafficSystem,ITS)是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要體現(xiàn)形式,利用信息技術將人、車輛和路緊密地結合起來,改善交通運輸環(huán)境、保障交通安全及提高資源利用率。物聯(lián)網(wǎng)技術的具體應用領域包括智能公交車、共享單車、車聯(lián)網(wǎng)、充電樁監(jiān)測、智能紅綠燈及智慧停車等領域。其中,車聯(lián)網(wǎng)是近些年來各大廠商及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)競相進入的領域。智能交通系統(tǒng)應用最為廣泛的是日本,其次是美國、歐洲等國家或地區(qū),我國的智能交通系統(tǒng)起步較晚,但也已開始普及,這大大緩解了交通壓力,促進了可持續(xù)發(fā)展。進入重點知識的講解(1)智能交通系統(tǒng)的體系結構從技術層面上來看,智能交通系統(tǒng)的體系結構分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。該系統(tǒng)首先通過感知層獲得車輛、道路和行人等需要了解的信息,然后通過網(wǎng)絡層的各種通信技術,將感知層采集的信息傳輸?shù)椒斩?,服務端根?jù)不同的應用和業(yè)務需求對這些數(shù)據(jù)進行分析、處理、融合,實現(xiàn)重要信息的存儲管理及其相關信息(如公交知識信息、交通誘導信息等)的及時發(fā)布。(2)物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中的應用物聯(lián)網(wǎng)技術在智能交通系統(tǒng)中主要有以下幾個方面的應用。(1)設計合理的交通結構。一種合理的交通結構能大大緩解交通壓力,提升交通車流量的上限。在設計交通結構時,引入物聯(lián)網(wǎng)技術具有以下兩個優(yōu)勢:第一,物聯(lián)網(wǎng)技術為交通系統(tǒng)引入了信息技術,從而為城市智能交通結構的合理設計提供必要的網(wǎng)絡支持與技術支持,并促進城市智能交通結構的合理運行;第二,物聯(lián)網(wǎng)技術可以對城市軌道交通與公交車系統(tǒng)進行合理的規(guī)劃和設計,從而保證城市道路交通系統(tǒng)的有效運行??傮w而言,在交通領域中運用物聯(lián)網(wǎng)技術,可以實現(xiàn)對城市交通的智能調(diào)控與道路資源的實時規(guī)劃和合理規(guī)劃,從而提升交通系統(tǒng)的效率。(2)在交通信息管理系統(tǒng)中的應用。交通信息管理系統(tǒng)是整個交通系統(tǒng)中最重要的部分之一,該系統(tǒng)負責整個智能交通運行過程中信息的收集與傳輸,并為交通指令的下達提供必要的信息參考,起著統(tǒng)籌全局的作用。物聯(lián)網(wǎng)技術本身作為一種實時數(shù)據(jù)收集處理的技術,很好地符合交通信息管理系統(tǒng)的需求。(3)車輛定位及警員定位。定位技術是物聯(lián)網(wǎng)中一種重要的技術,對于交通系統(tǒng)而言,實時準確的車輛定位可以讓公安機關迅速發(fā)現(xiàn)違規(guī)車輛或出現(xiàn)交通事故的位置,而警員定位則可以使公安機關合理地分配出警人員,從而大大提升交通事故的處理效率。(3)智能交通系統(tǒng)的關鍵技術除物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術、霧計算技術、人工智能技術及大數(shù)據(jù)技術外,建模仿真技術及地理信息系統(tǒng)技術在智能交通系統(tǒng)中也起到了至關重要的作用。(1)建模仿真技術。建模仿真技術是以控制論、相似原理和信息技術為基礎,以計算機系統(tǒng)和物理效應設備及仿真器等專用設備為工具,根據(jù)研究目標建立并運行模型,對研究對象進行動態(tài)試驗、運行、分析、評估認識與改造的一種綜合性、交叉性技術。仿真流程一般為建立研究對象模型、建立并運行仿真系統(tǒng)、分析與評估仿真結構。在城市智能化建設中,該技術主要用于對城市各功能領域和運營活動進行建模仿真研究、試驗、分析和論證,為智能化城市體系的構建和各類業(yè)務項目的實施運行提供決策依據(jù)與不可或缺的關鍵技術支撐。(2)地理信息系統(tǒng)技術。地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)是一門結合了地理學、地圖學、遙感和計算機科學的綜合性學科,是一種用于輸入、存儲、查詢、分析和現(xiàn)實地理數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng),是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)是處理網(wǎng)絡空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的最有效的工具之一,以其為理論基礎設計的軟件開發(fā)平臺可以實現(xiàn)交通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫設計、數(shù)據(jù)輸入預處理、空間查詢與分析、網(wǎng)絡圖形和數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換、專題地圖可視化輸出等多項功能,因此被廣泛應用于交通規(guī)劃。(4)智能交通系統(tǒng)的構成智能交通系統(tǒng)一般由以下5個子系統(tǒng)組成,針對具體的應用,會在這些系統(tǒng)的基礎上進行擴展或刪減。1.交通管理系統(tǒng)傳統(tǒng)道路建設往往趨于簡單,但隨著社會的發(fā)展,城市道路呈現(xiàn)出前所未有的復雜性,各種環(huán)路、十字路口、交叉路口層出不窮。在許多交通情況復雜的地段,需要大量的交通標識來指引司機有效地開車,因此,構建一個統(tǒng)一的交通管理系統(tǒng)顯得尤為必要。交通管理系統(tǒng)主要負責對一片區(qū)域內(nèi)的交通進行監(jiān)管,對交通情況進行良好的引導,尤其是要在道路的交叉口設立有效的交通管理和信號控制設備,從而有效地控制交通道路情況。這一系統(tǒng)的建立可以有效地避免由司機對路況不熟悉而帶來的交通風險,提升交通系統(tǒng)的安全性。在交通管理系統(tǒng)中,最重要的子系統(tǒng)是交通信號控制系統(tǒng)及交通誘導發(fā)布系統(tǒng)。在城市交通中,信號燈無疑是加強交通管理、減少事故發(fā)生的最重要的設備之一。交通信號控制系統(tǒng)就是控制城市交通信號燈的系統(tǒng),其主要功能是自動協(xié)調(diào)交通信號燈的配時方案,均衡路網(wǎng)交通流,使停車次數(shù)、延誤時間及環(huán)境污染減至最小,有效提高道路服務水平和機動車輛通行效率。交通信號控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依賴物聯(lián)網(wǎng)所采集的實時交通流量信息,通過物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù),系統(tǒng)對控制區(qū)域內(nèi)的所有路口進行有效的實時自適應優(yōu)化控制,例如,系統(tǒng)通過調(diào)整交通信號配時方案、改變周期、綠信比和相位差等基本參數(shù),協(xié)調(diào)路口間的交通信號控制,滿足不斷變化的交通需求,起到交通信號配時優(yōu)化、交通疏導和交通組織與規(guī)劃的作用。交通誘導發(fā)布系統(tǒng)主要是交通管理部門用來實現(xiàn)交通流優(yōu)化、避免交通阻塞、為市民出行提供可靠與快捷的交通路況信息服務、有效管理現(xiàn)代交通的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過室外LED交通誘導屏、交通電視、交通電臺、網(wǎng)絡和集群短信,對實時路況、停車泊位、交通管制、道路施工和特殊事件等信息進行發(fā)布,為公眾出行提供交通信息服務,方便駕駛員選擇最優(yōu)路徑,提高城市道路的通行能力。2.公共交通系統(tǒng)在城市交通中,公共交通是重要的組成部分,而在傳統(tǒng)的公共交通中,人們難以預知下一輛公交車到來的時間,且無法知道公交車的一些調(diào)整,如在疫情期間必須佩戴口罩上車,否則不能乘坐公交車,這些未知情況會在很大程度上影響乘車人的心情與安排。而在智能交通中,公共交通系統(tǒng)首先建立了電子站牌代替?zhèn)鹘y(tǒng)站牌,以智能化的方式告知候車的乘客有關車輛的信息;構建了監(jiān)控系統(tǒng),使乘客可以得到等待車輛及路面的相關信息;建立了面向市民的公共信息查詢系統(tǒng),只要能使用網(wǎng)絡,市民就可以了解到所需要搭乘車輛的信息,提前計算好時間,從而有計劃地出行。智能化的公共交通系統(tǒng)能改善人們通過公共交通方式出行的體驗,增加乘坐公共交通出行的人數(shù),減少乘私家車出行的人數(shù),緩解交通壓力。3.交通信息采集系統(tǒng)傳統(tǒng)的車輛信息主要是用固定設備采集的,即通過安裝相應的設備,如地磁檢測器、環(huán)形線圖、微波檢測器、視頻檢測器等,從正面或側面對道路斷面的機動車所獲得的信息進行檢測,但是在天氣狀況較差時,視頻檢測會受到影響而不能滿足實際的要求,而另外固定的檢測技術無法具體感知車輛的具體信息。因此,為了實現(xiàn)交通信息的全天候?qū)崟r采集,應在原有系統(tǒng)的基礎上建立交通信息采集系統(tǒng),充分利用多種信息采集技術進行多傳感器的信息采集,在后臺對多源數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合、結構化描述等數(shù)據(jù)預處理。使用這些處理后的數(shù)據(jù),該系統(tǒng)不僅可以準確地感知城市道路的實時交通運行狀況,獲得道路的擁堵情況、平均速度、車流量、占有率、平均旅行時間和特定交通事件等信息,為交通組織決策提供及時準確的分析數(shù)據(jù),為公眾出行提供有價值的參考信息,交通流量采集系統(tǒng)結構如圖5-1-3所示。4.公路管理系統(tǒng)公路管理系統(tǒng)主要負責對公路進行管理,尤其是高速公路的管理。在高速公路中,車輛前進時不可避免地會碰到收費站,在收費站進行繳費,很容易遇到堵塞問題。為了實現(xiàn)車輛不停車繳費,以此來縮短車輛在公路上的停滯時間,在智能交通中設計了智能公路管理系統(tǒng),采用電子不停車收費(ElectronicTollCollection,ETC)系統(tǒng),大大減小了收費站車輛停滯堵塞的概率。除此之外,在限速、限重區(qū)域,會設置專門的傳感器或視頻監(jiān)控對過往車輛是否超速、超重進行檢測,確保公路安全。5.警用車輛及單兵系統(tǒng)在出現(xiàn)交通事故時,公安機關對人員及車輛的調(diào)動速度對事故區(qū)域會有較大的影響,因此,為了提高公安機關的出警速度,在智能交通中建立了警用車輛及單兵系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)定位技術,為每輛警車及每個警員配備定位設備,確保公安機關能了解所有警車及警員的實時位置。在接到群眾報案、監(jiān)測到有交通事故發(fā)生或有違規(guī)車輛時,接案人員通過電子地圖確定與出險地點最近的執(zhí)勤車,并接通車載電話,將出險地點和出險情況告知車輛上的警務人員,警務人員可以第一時間趕至現(xiàn)場,大大縮短出警時間,保障安全,降低損失。在處理交通事件時,警務人員可以通過單兵系統(tǒng)所提供的無線通信設備及攝像設備,將事件情況實時傳輸回公安機關,從而實現(xiàn)單兵的遠程指揮調(diào)度。(5)智能交通應用實例1.中興智能公安交通解決方案2.基于RFID的高速公路路徑監(jiān)控解決方案3.智慧停車場4.駕駛員疲勞監(jiān)測系統(tǒng)5.基于物聯(lián)網(wǎng)的道路智能決策分析與指揮調(diào)度系統(tǒng)6.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧街道照明系統(tǒng)7.基于智能云和車聯(lián)網(wǎng)的停車空位預測三、歸納總結,隨堂練習,布置作業(yè)(1)對課堂上講解的知識點進行總結,使用學習通的練習題鞏固本節(jié)課的知識點。第4-6課時(智能農(nóng)業(yè))一、回顧上節(jié)課內(nèi)容,引出本節(jié)內(nèi)容(1)對上節(jié)課留的作業(yè)進行答疑(2)回顧上節(jié)課內(nèi)容,引出本節(jié)課主題在前面的課中已經(jīng)介紹了智能交通的概念以及其應用,本節(jié)課將繼續(xù)講解智能農(nóng)業(yè)。二、進行重點知識的講解(1)智慧農(nóng)業(yè)簡介目前,學術界對智慧農(nóng)業(yè)還沒有統(tǒng)一的定義,有些學者認為智慧農(nóng)業(yè)是用現(xiàn)代化的技術為農(nóng)業(yè)提供指導服務,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加標準、智能化,從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率;還有些學者則認為智慧農(nóng)業(yè)利用現(xiàn)代化技術提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的競爭力,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,從而達到降耗環(huán)保的目的??傮w而言,智慧農(nóng)業(yè)是一種利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術與農(nóng)業(yè)進行深度融合,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、精準管理和智能控制的全新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。智慧農(nóng)業(yè)一般由智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智慧農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)業(yè)智能服務及智慧農(nóng)產(chǎn)品安全4部分組成。智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可視化診斷、遠程控制及災害預警等功能,提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗風險能力,智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要包括智能化的農(nóng)田種植、畜牧養(yǎng)殖及水產(chǎn)養(yǎng)殖;智慧農(nóng)業(yè)管理是指運用現(xiàn)代化的技術對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行組織管理,從而解決農(nóng)業(yè)種植分散、市場信息不充分等問題,達到提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量水平、促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化提升的目的,智慧農(nóng)業(yè)管理的主要發(fā)展形式為各類平臺,如農(nóng)村電商平臺、農(nóng)業(yè)信息平臺、土地流轉(zhuǎn)平臺等;農(nóng)業(yè)智能服務主要為農(nóng)民提供各類信息服務,主要包括生產(chǎn)信息服務及物流服務,生產(chǎn)信息服務能為農(nóng)民提供有關政策與方針,物流服務則可以最大程度地減小農(nóng)產(chǎn)品運輸中的損耗,減小農(nóng)業(yè)損失;智慧農(nóng)產(chǎn)品安全致力于保障農(nóng)產(chǎn)品的安全,主要包括產(chǎn)品質(zhì)量檢測、品質(zhì)認證及質(zhì)量追溯三部分,質(zhì)量檢測從生產(chǎn)前端開始,全程進行有效監(jiān)管,品質(zhì)認證幫助農(nóng)產(chǎn)品建立品質(zhì)品牌,質(zhì)量追溯則是指售后保障,每個農(nóng)產(chǎn)品都可以通過產(chǎn)品標碼進行產(chǎn)品售后與跟蹤服務,該部分大大提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,且減少了食品安全事件的發(fā)生。雖然智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式向前發(fā)展的一大步,能大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,但它并未很好地普及,主要存在以下問題。(1)基礎設施不足。我國的農(nóng)業(yè)大部分處于農(nóng)村地區(qū),受到地質(zhì)和環(huán)境等因素的影響,農(nóng)村地區(qū)的信息化建設進展緩慢,難以達到建設智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的要求,且農(nóng)村人力、物力等資源都遠遠不足,所有試驗都只能停留在試驗點,難以真正得到實踐。(2)專業(yè)人才短缺。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展時間還不長,且未得到普及,因此在智慧農(nóng)業(yè)方面的專業(yè)人才很少,且人才多從農(nóng)村流向城市,使農(nóng)村專業(yè)人才短缺問題更加嚴峻。(3)運營商合作標準不統(tǒng)一。在農(nóng)業(yè)信息化建設過程中,運營商并未實現(xiàn)資源的共享,使得農(nóng)戶不能享受信息技術的便利。(4)智慧農(nóng)業(yè)技術未成熟。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測、物流管理等各方面,但依舊處于初期階段,還存在應用標準不統(tǒng)一、運營體制不完善等問題,相關部門還需加大對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的項目建設力度,積極探索農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。(5)應用領域較窄。現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)中的應用還不夠全面,許多功能僅處于設想階段或試驗效果不佳。(6)新技術難以推廣。智慧農(nóng)業(yè)中加入了許多新技術,而新技術的標準缺乏統(tǒng)一性,且新技術的運用需要的標準較多,其制定過程需要較多人力和物力,因此新技術標準的更新周期較長,導致新技術的推廣受限,不利于新技術的運用與推廣。(2)物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的應用1.在系統(tǒng)設計中的應用智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設計采用物聯(lián)網(wǎng)體系架構,分為感知層、傳輸層與應用層。感知層完成對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息的采集,實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測,能及時發(fā)現(xiàn)并掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題;傳輸層通過各類通信技術將感知層采集到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心;應用層對信息進行最后的處理和調(diào)整并存儲。2.在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用通過無線傳感器網(wǎng)絡與視頻監(jiān)控技術對整個系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物進行全方位監(jiān)控,有效避免了人工監(jiān)控易出現(xiàn)失誤這一問題,有效提升了農(nóng)作物的質(zhì)量。3.在節(jié)水灌溉中的應用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)需要人工灌溉,何時灌溉、灌溉水量均靠經(jīng)驗進行判斷,這既不利于農(nóng)作物的生長,又容易浪費水資源。智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了全自動的灌溉操作,通過對傳感器采集到的土壤濕度、光照、溫度等基本信息進行智能化分析整合,確定是否灌溉及灌溉水量,實現(xiàn)精細化灌溉,且在灌溉過程中,使用物聯(lián)網(wǎng)技術可以自主發(fā)現(xiàn)問題,并不斷進行優(yōu)化,構建一個高效率、低能耗、科學管理的灌溉平臺。4.在質(zhì)量安全追溯中的應用物聯(lián)網(wǎng)技術可以為每件農(nóng)產(chǎn)品配備獨一無二的電子標簽及條碼,確保每件農(nóng)產(chǎn)品都可追溯到源頭。在信息查詢過程中,商家可以通過物聯(lián)網(wǎng)查詢產(chǎn)品追溯碼,了解整個生產(chǎn)及銷售流程,消費者也可以通過物聯(lián)網(wǎng)查詢產(chǎn)品信息。(3)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的結構智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要由信息采集系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)及遠程控制系統(tǒng)4個子系統(tǒng)組成,在具體的應用中,會在這4個子系統(tǒng)的基礎上進行擴充。信息采集系統(tǒng)通過各類傳感器進行信息采集;視頻監(jiān)控系統(tǒng)對整個系統(tǒng)區(qū)域進行監(jiān)控,且對信息采集系統(tǒng)采集的信息進行監(jiān)管,確保系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)無異常情況發(fā)生;智能控制系統(tǒng)通過對信息采集系統(tǒng)采集的信息進行分析、整理,制定出系統(tǒng)的、全面的農(nóng)業(yè)管理方案;遠程控制系統(tǒng)利用前三個系統(tǒng)得到的信息,對系統(tǒng)區(qū)域進行澆水灌溉、大棚溫度控制等。4個子系統(tǒng)相互影響、相互作用且不可分割。下面對4個子系統(tǒng)進行詳細介紹。1.信息采集系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)種植中,信息采集系統(tǒng)主要利用高精度傳感器采集與檢測農(nóng)作物生長的環(huán)境因素,即風速、溫濕度、光照、氣候等。在家禽養(yǎng)殖中,信息采集系統(tǒng)主要采集和檢測養(yǎng)殖物的生長狀況、食物信息及生長環(huán)境,然后通過智慧云端實現(xiàn)遠程信息的采集與監(jiān)控,使廣大農(nóng)民了解作物及家禽的實時生長情況,并根據(jù)這些情況對未來的作物生長環(huán)境及家禽的食物、生活環(huán)境做出調(diào)整,為農(nóng)作物的生產(chǎn)及家禽的養(yǎng)殖提供一個健康、合理、科學的環(huán)境。信息采集系統(tǒng)主要由計算機網(wǎng)絡、傳感器模塊組成,系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡將傳感器模塊采集的各種環(huán)境數(shù)據(jù)上傳給中心服務器。2.視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是信息采集系統(tǒng)的補充,通過安裝高清網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng),對農(nóng)作物及家禽進行管理。整個生產(chǎn)區(qū)域?qū)嵤?4h監(jiān)控,并通過NVR(NetworkVideoRecorder,網(wǎng)絡視頻錄像機)完成全部視頻的錄像任務,管理人員通過計算機網(wǎng)絡獲取這些視頻數(shù)據(jù),實現(xiàn)遠程監(jiān)控。智慧農(nóng)業(yè)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不同于別的智能產(chǎn)業(yè)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng),它沒有安防功能,只是對農(nóng)作物、家禽生長情況及病蟲害、禽流感發(fā)生情況進行監(jiān)測,便于農(nóng)戶采取有效措施進行病蟲害防治及病發(fā)家禽捕殺。因此,視頻監(jiān)控系統(tǒng)應提高對各種細節(jié)的辨識度,如農(nóng)作物葉面、根部,家禽皮膚、糞便等。3.智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)是智慧農(nóng)業(yè)的核心,通過智能科學技術對信息采集系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)所得的數(shù)據(jù)進行智能分析,將農(nóng)作物及家禽的生長狀況數(shù)字化,然后制定出合理、科學的養(yǎng)殖方案。除制定方案外,該系統(tǒng)還具備自動學習能力,每次制定方案后收集到的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)而言都是一組新的數(shù)據(jù),根據(jù)這些不斷收集的數(shù)據(jù),智能控制系統(tǒng)會不斷調(diào)整自己的認知,從而得到更好的方案。4.遠程控制系統(tǒng)遠程控制系統(tǒng)主要結合前三個系統(tǒng)收集和處理后的數(shù)據(jù),對比預先設置的閾值,自動或手動地對區(qū)域內(nèi)的各類設備進行控制,如大棚光照、灌溉、喂食控制等。底層設備必須依賴遠程控制系統(tǒng)才能有效運行,即遠程控制系統(tǒng)控制著底層設備的開關,如在軟件系統(tǒng)中設定0為關閉灌溉設備,1為打開灌溉設備,當農(nóng)作物土壤濕度低于閾值時,遠程控制系統(tǒng)會自動從0轉(zhuǎn)到1,打開灌溉設備,灌溉完后會自動從1轉(zhuǎn)到0,關閉灌溉設備。(4)智慧農(nóng)業(yè)應用實例1.智慧漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)2.智慧灌溉系統(tǒng)3.智慧大棚解決方案4.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能水管理系統(tǒng)5.基于物聯(lián)網(wǎng)的土壤濕度和大氣傳感器在精準農(nóng)業(yè)中的應用6.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計7.基于物聯(lián)網(wǎng)的作物管理系統(tǒng)三、歸納總結,隨堂練習,布置作業(yè)(1)對課堂上講解的知識點進行總結,使用學習通中的隨堂練習題鞏固本節(jié)課的知識點。第7-9課時(智慧物流)一、回顧上節(jié)課內(nèi)容,引出本節(jié)內(nèi)容(1)對上節(jié)課留的作業(yè)進行答疑(2)回顧上節(jié)課內(nèi)容,引出本節(jié)課主題在前面的課程中已經(jīng)介紹了AI賦能的智能交通和智能農(nóng)業(yè)技術,下面將繼續(xù)介紹智能物流。二、進行重點知識的講解(1)智慧物流簡介智慧物流是一種以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術為支撐,在物流的運輸、倉儲、配送等各環(huán)節(jié)實現(xiàn)系統(tǒng)感知、全面分析及處理等功能的現(xiàn)代綜合性物流系統(tǒng)。當前,物聯(lián)網(wǎng)在智慧物流中的應用主要體現(xiàn)在三個方面—倉儲、運輸監(jiān)測及快遞終端等,通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對貨物的監(jiān)測及運輸車輛的監(jiān)測,包括貨物車輛位置、狀態(tài),貨物溫濕度,油耗及車速等,使用物聯(lián)網(wǎng)技術能提高運輸效率,提高整個物流行業(yè)的智能化水平。智慧物流體系架構如圖5-3-1所示,主要分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層采用EPC、RFID、傳感器、GPS等技術實現(xiàn)貨物感知,是智慧物流的起點;網(wǎng)絡層綜合利用了有線和無線的、短距離和長距離的、異構的、IP化的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至云端,并通過云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術對感知層收集到的數(shù)據(jù)進行分析;應用層是智慧物流的應用系統(tǒng),根據(jù)網(wǎng)絡層的各種指令執(zhí)行相關操作?,F(xiàn)階段智慧物流系統(tǒng)在發(fā)達國家較為完善,發(fā)達國家的物流行業(yè)發(fā)展迅速,市場規(guī)模較大,產(chǎn)業(yè)鏈條較長、較穩(wěn)固。相較于發(fā)達國家,我國的智慧物流行業(yè)起步較晚,但龐大的市場及國家的扶持使得智慧物流在短時間內(nèi)趨于相對成熟。許多企業(yè)建立了自己的智能物流配送中心,使物流操作更智能化和自動化,使物流行業(yè)和生產(chǎn)領域相互聯(lián)動,實現(xiàn)了商品流動、物品流動和信息流動的全面推進。雖然我國智慧物流發(fā)展迅速,人們生活水平不斷提升,但總體而言,我國的智慧物流行業(yè)依舊存在許多問題。(1)管理機制不健全。我國的智慧物流行業(yè)起步較晚但發(fā)展迅速,因此管理機制難以跟上智慧物流發(fā)展的步伐,還有待健全。(2)成本很高。智慧物流在傳統(tǒng)物流的基礎上做出了巨大的技術革新,因此,傳統(tǒng)物流企業(yè)想要轉(zhuǎn)型為智慧物流企業(yè),需要投入很大的成本,而無基礎的企業(yè)需要的成本就更高了。高額的投資成本會加大企業(yè)的壓力,且現(xiàn)在的物流企業(yè)非常多,如果進行投資,一旦難以搶占市場,就會給企業(yè)造成巨大損失。(3)難以保障信息安全。只要有信息,就一定會涉及信息安全問題。隨著云計算、霧計算的提出,物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力得到大幅提升,隨之而來的就是信息安全問題。在智慧物流中,企業(yè)在進行數(shù)據(jù)傳輸時,應保障客戶信息不會被泄露,防止客戶信息被不法分子利用。但現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)保護技術還不夠完善,因此,智慧物流中的信息安全技術還需要加強。(4)缺少專業(yè)人才。與由物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術、智能科學技術所催生的其余智能產(chǎn)業(yè)相同,雖然很多高校都開設了相關專業(yè)與課程,但受限于發(fā)展時間短,還沒有足夠的時間去培訓足夠的從業(yè)人員。因此,在整個智慧物流流程中,容易因員工職業(yè)素質(zhì)不高而出現(xiàn)問題。(5)缺乏基礎信息。智慧物流的核心是“智慧”,即通過智能科學技術,對收集的數(shù)據(jù)進行智能分析,達到機器智能化的目的,其中,數(shù)據(jù)是一切的基礎,沒有數(shù)據(jù)就難以分析,而現(xiàn)階段,智慧物流所收集的基礎信息還不足以支撐系統(tǒng)做出正確的決策。(6)功能、市場需求不明確。雖然現(xiàn)階段的智慧物流已經(jīng)實現(xiàn)了很多傳統(tǒng)物流所沒有的功能,但也正因如此,催生了更多的功能及市場需求,而這些需求還需要企業(yè)自己發(fā)掘,從而完善智慧物流體系。(2)物聯(lián)網(wǎng)在智慧物流中的應用1.在智慧物流管理中的應用在智慧物流管理系統(tǒng)中,定位是一種很重要的技術。對于用戶而言,可以實時關注貨物的運
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