无人农场——未来农业的新模式

定　　价：79 元

• 作者：李道亮 编著
• 出版时间：2020/8/1
• ISBN：9787111661146
• 出 版 社：机械工业出版社

• 中图法分类：S126 
• 页码：360
• 开本：16开

内容简介

本书从我国农业劳动力老龄化、农产品劳动力成本增加，以及信息技术快速发展的基本国情入手，论述了我国无人农场发展的基本趋势与需求；从无人农场的概念、技术体系、系统组成、系统演化等方面，系统地构建了无人农场的基础理论框架；重点分析了物联网、大数据、人工智能、智能装备、机器人和云计算等信息技术在无人农场中的基本作用和技术原理；以无人大田农场、无人果园农场、无人温室农场、无人猪场、无人牛场、无人鸡场、无人渔场这七种主要的无人农场类型为案例，全面分析了无人农场的应用场景和工程实施路径。本书内容全面系统，具有先进性和实用性，有较高的参考价值。

目 录

前言
第 1篇　理论篇
第 1章　无人农场缘起 2
1.1 　农业劳动力老龄化 ………………………………………… 2
1.1.1　发达国家农业劳动力人口老龄化趋势 …………… 2
1.1.2　我国农业劳动力的现状 …………………………… 4
1.1.3　如何应对老龄化 …………………………………… 7
1.2 　“机器换人”大势所趋 …………………………………… 8
1.2.1　“机器换人”的必要性 ……………………………… 8
1.2.2　“机器换人”的环境条件分析 ……………………… 10
1.2.3　“机器换人”存在的问题及原因 …………………… 12
1.3 　信息技术进步促使“机器换人”成为可能 ……………… 13
1.3.1　物联网实现农业装备互联 ………………………… 13
1.3.2　大数据使农业实现精准 …………………………… 13
1.3.3　机器人与人工智能的应用 ………………………… 14
1.4 　我国发展无人农场的迫切性 ……………………………… 16
1.4.1　未来 30年农业劳动力将越来越短缺 ……………… 16
1.4.2　农民的职业化转型迫在眉睫 ……………………… 16
1.4.3　提升土地产出率、劳动生产率、资源利用率亟须实现“机器换人”…………………… 17
第 2章　无人农场概述 19
2.1 　无人农场的定义 …………………………………………… 19
2.2 　无人农场的整体架构 ……………………………………… 19
2.3 　无人农场的关键技术 ……………………………………… 21
2.3.1　物联网技术 ………………………………………… 22
2.3.2　大数据技术 ………………………………………… 22
2.3.3　人工智能技术 ……………………………………… 23
2.3.4　智能装备与机器人技术 …………………………… 23
2.4 　无人农场的系统组成 ……………………………………… 24
2.4.1　基础设施系统 ……………………………………… 24
2.4.2　作业装备系统 ……………………………………… 25
2.4.3　测控装备系统 ……………………………………… 25
2.4.4　管控云平台系统 …………………………………… 25
2.5 　无人农场典型应用 ………………………………………… 26
2.5.1　无人大田农场 ……………………………………… 27
2.5.2　无人果园农场 ……………………………………… 27
2.5.3　无人温室农场 ……………………………………… 27
2.5.4　无人牧场 …………………………………………… 27
2.5.5　无人渔场 …………………………………………… 28
第 3章　无人农场演进 29
3.1 　农场的历史变迁 …………………………………………… 29
3.1.1　农场 1.0—传统农场 ……………………………… 29
3.1.2　农场 2.0—机械化农场 …………………………… 30
3.1.3　农场 3.0—自动化农场 …………………………… 33
3.1.4　农场 4.0—无人农场 ……………………………… 36
3.2 　无人农场的进阶形态 ……………………………………… 40
3.2.1　远程控制无人农场 ………………………………… 40
3.2.2　无人值守无人农场 ………………………………… 40
3.2.3　自主作业无人农场 ………………………………… 41
3.3 　无人农场的演进动力 ……………………………………… 41
3.3.1　农业工业化推动 …………………………………… 42
3.3.2　市场需求拉动 ……………………………………… 43
3.3.3　技术变革带动 ……………………………………… 44
3.3.4　农业政策助推 ……………………………………… 46
3.4 　无人农场的演进路径 ……………………………………… 47
3.4.1　从人力操控到远程控制 …………………………… 47
3.4.2　从远程控制到无人值守 …………………………… 48
3.4.3　从无人值守到自主作业 …………………………… 48
第 2篇　技术篇
第 4章　物联网与无人农场 50
4.1 　概述 ………………………………………………………… 50
4.1.1　无人农场对装备互联的需求 ……………………… 50
4.1.2　物联网的定义 ……………………………………… 52
4.2 　传感技术与无人农场 ……………………………………… 53
4.2.1　环境传感器 ………………………………………… 53
4.2.2　农业动植物生理信息传感器 ……………………… 57
4.2.3　农机状态检测传感器 ……………………………… 60
4.3 　机器视觉技术与无人农场 ………………………………… 62
4.3.1　农业视觉信息处理系统框架 ……………………… 63
4.3.2　农业视觉信息增强与分割 ………………………… 64
4.3.3　农业视觉信息特征提取与目标识别 ……………… 67
4.3.4　机器视觉在无人农场中的典型应用 ……………… 70
4.4 　遥感技术与无人农场 ……………………………………… 71
4.4.1　遥感技术概述 ……………………………………… 71
4.4.2　农作物长势遥感监测 ……………………………… 72
4.4.3　农作物病虫害监测 ………………………………… 73
4.4.4　农作物干旱和冻害遥感监测 ……………………… 74
4.5 　农业信息传输技术与无人农场 …………………………… 75
4.5.1　农业信息有线传输技术 …………………………… 75
4.5.2　农业信息无线传输技术 …………………………… 77
4.6 　面临的问题与发展方向 …………………………………… 82
第 5章　大数据与无人农场 84
5.1 　概述 ………………………………………………………… 84
5.1.1　无人农场的大数据需求 …………………………… 84
5.1.2　大数据关键技术 …………………………………… 86
5.2 　大数据获取技术与无人农场 ……………………………… 87
5.2.1　基本定义 …………………………………………… 87
5.2.2　关键技术与原理 …………………………………… 88
5.3 　大数据处理技术与无人农场 ……………………………… 91
5.3.1　基本定义 …………………………………………… 91
5.3.2　关键技术与原理 …………………………………… 91
5.4 　大数据存储技术与无人农场 ……………………………… 96
5.4.1　基本定义 …………………………………………… 96
5.4.2　关键技术与原理 …………………………………… 97
5.5 　大数据分析技术与无人农场 ……………………………… 98
5.5.1　基本定义 …………………………………………… 98
5.5.2　关键技术与原理 …………………………………… 99
5.6 　无人农场与大数据结合的发展方向 …………………… 101
第 6章　人工智能与无人农场 102
6.1 　概述 ……………………………………………………… 102
6.1.1　无人农场对人工智能的需求 …………………… 102
6.1.2　人工智能的定义 ………………………………… 104
6.1.3　无人农场中的人工智能技术 …………………… 104
6.2 　智能识别技术与无人农场 ……………………………… 106
6.2.1　基本定义 ………………………………………… 106
6.2.2　关键技术与原理 ………………………………… 106
6.3 　智能学习技术与无人农场 ……………………………… 108
6.3.1　基本定义 ………………………………………… 109
6.3.2　关键技术与原理 ………………………………… 109
6.4 　智能推理技术与无人农场 ……………………………… 112
6.4.1　基本定义 ………………………………………… 113
6.4.2　关键技术与原理 ………………………………… 113
6.5 　智能决策技术与无人农场 ……………………………… 117
6.5.1　基本定义 ………………………………………… 117
6.5.2　关键技术与原理 ………………………………… 118
第 7章　智能装备与无人农场 122
7.1 　概述 ……………………………………………………… 122
7.1.1　无人农场对智能装备的需求 …………………… 122
7.1.2　农业智能装备的定义与分类 …………………… 124
7.2 　农业装备状态数字化监测 ……………………………… 127
7.2.1　基本定义 ………………………………………… 128
7.2.2　关键技术与原理 ………………………………… 128
7.3 　农业装备智能动力驱动 ………………………………… 131
7.3.1　基本定义 ………………………………………… 131
7.3.2　关键技术与原理 ………………………………… 131
7.4 　农业装备自动导航与控制 ……………………………… 132
7.4.1　基本定义 ………………………………………… 132
7.4.2　关键技术与原理 ………………………………… 133
7.5 　农业装备智能感知与作业 ……………………………… 135
7.5.1　基本定义 ………………………………………… 135
7.5.2　关键技术与原理 ………………………………… 136
7.6 　无人农场智能装备的典型应用 ………………………… 138
7.6.1　农业无人作业车 ………………………………… 138
7.6.2　农业无人作业船 ………………………………… 139
7.6.3　农业无人机 ……………………………………… 141
第 8章　机器人与无人农场 145
8.1 　概述 ……………………………………………………… 145
8.1.1　无人农场对机器人的需求 ……………………… 145
8.1.2　农业机器人的定义 ……………………………… 147
8.1.3　农业机器人在无人农场中的应用 ……………… 147
8.2 　目标识别技术与无人农场 ……………………………… 148
8.2.1　基本定义 ………………………………………… 149
8.2.2　关键技术与原理 ………………………………… 149
8.3 　路径规划技术与无人农场 ……………………………… 154
8.3.1　基本定义 ………………………………………… 154
8.3.2　关键技术与原理 ………………………………… 155
8.4 　定位导航技术与无人农场 ……………………………… 157
8.4.1　基本定义 ………………………………………… 157
8.4.2　关键技术与原理 ………………………………… 158
8.5 　作业控制技术与无人农场 ……………………………… 160
8.5.1　基本定义 ………………………………………… 160
8.5.2　关键技术与原理 ………………………………… 161
第 9章　管控云平台与无人农场 164
9.1 　概述 ……………………………………………………… 164
9.1.1　无人农场需要云计算 …………………………… 164
9.1.2　云计算的定义 …………………………………… 166
9.2 　云储存与无人农场 ……………………………………… 166
9.2.1　无人农场的云存储 ……………………………… 166
9.2.2　关键技术与原理 ………………………………… 167
9.3 　云计算和无人农场 ……………………………………… 178
9.3.1　无人农场的云计算 ……………………………… 178
9.3.2　关键技术与原理 ………………………………… 179
9.4 　管控云平台及其部署 …………………………………… 183
9.4.1　无人农场的管控云平台 ………………………… 183
9.4.2　管控云平台的部署 ……………………………… 184
第 10章　无人农场系统集成 189
10.1 　概述 …………………………………………………… 189
10.2 　无人农场系统集成原则与步骤 ……………………… 191
10.2.1　无人农场系统集成原则 ………………………… 191
10.2.2　无人农场系统集成步骤 ………………………… 192
10.3 　无人农场系统集成方法 ……………………………… 195
10.3.1　基础设施系统集成 ……………………………… 195
10.3.2　作业装备系统集成 ……………………………… 196
10.3.3　测控装备系统集成 ……………………………… 199
10.3.4　管控云平台系统集成 …………………………… 201
第 3篇　应用篇
第 11章　无人大田农场 204
11.1 　概述 …………………………………………………… 204
11.1.1　无人大田的农场定义 …………………………… 204
11.1.2　无人大田农场的组成和功能 …………………… 205
11.1.3　无人大田农场的类型 …………………………… 207
11.2 　无人大田农场的业务系统 …………………………… 207
11.2.1　无人耕播系统 …………………………………… 207
11.2.2　无人水肥系统 …………………………………… 209
11.2.3　无人植保系统 …………………………………… 210
11.2.4　无人仓储系统 …………………………………… 212
11.2.5　无人收获系统 …………………………………… 212
11.3 　无人大田农场的规划与系统集成 …………………… 213
11.3.1　空间规划 ………………………………………… 213
11.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 214
11.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 215
11.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 216
11.3.5　管控云平台集成 ………………………………… 219
11.3.6　系统测试 ………………………………………… 220
第 12章　无人果园农场 222
12.1 　概述 …………………………………………………… 222
12.1.1　无人果园农场的定义 …………………………… 222
12.1.2　无人果园农场的组成与特点 …………………… 223
12.2 　无人果园农场作业装备 ……………………………… 223
12.2.1　日常作业系统 …………………………………… 224
12.2.2　水肥一体化系统 ………………………………… 225
12.2.3　收获系统 ………………………………………… 226
12.2.4　果品分级系统 …………………………………… 227
12.3 　无人果园农场的规划与系统集成 …………………… 227
12.3.1　空间规划 ………………………………………… 227
12.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 228
12.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 229
12.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 230
12.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 231
12.3.6　系统测试 ………………………………………… 232
第 13章　无人温室农场 233
13.1 　概述 …………………………………………………… 233
13.1.1　无人温室农场的定义 …………………………… 233
13.1.2　无人温室农场的组成与功能 …………………… 235
13.1.3　无人温室农场的类型 …………………………… 236
13.2 　无人温室农场的业务系统 …………………………… 236
13.2.1　育苗系统 ………………………………………… 236
13.2.2　温室环境调控系统 ……………………………… 238
13.2.3　农作物生长监测系统 …………………………… 240
13.2.4　水肥自动调控系统 ……………………………… 241
13.2.5　自动采收系统 …………………………………… 242
13.2.6　自动分拣包装系统 ……………………………… 243
13.2.7　清洗消毒系统 …………………………………… 244
13.3 　无人温室农场的规划与系统集成 …………………… 244
13.3.1　空间规划 ………………………………………… 244
13.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 247
13.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 249
13.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 251
13.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 253
13.3.6　系统测试 ………………………………………… 255
第 14章　无人猪场 257
14.1 　概述 …………………………………………………… 257
14.1.1　无人猪场的定义 ………………………………… 257
14.1.2　无人猪场的组成与功能 ………………………… 257
14.2 　无人猪场的业务系统 ………………………………… 259
14.2.1　猪场环境智能调控系统 ………………………… 259
14.2.2　无人饲喂系统 …………………………………… 260
14.2.3　无人幼猪繁育系统 ……………………………… 261
14.2.4　无人管理系统 …………………………………… 261
14.2.5　无人清洁系统 …………………………………… 262
14.2.6　无人粪污处理系统 ……………………………… 263
14.2.7　无人巡检系统 …………………………………… 263
14.3 　无人猪场的规划与系统集成 ………………………… 264
14.3.1　空间规划 ………………………………………… 264
14.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 265
14.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 267
14.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 269
14.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 271
14.3.6　系统测试 ………………………………………… 273
第 15章　无人牛场 274
15.1 　概述 …………………………………………………… 274
15.1.1　无人牛场的定义 ………………………………… 274
15.1.2　无人牛场的组成与功能 ………………………… 275
15.1.3　无人牛场的类型 ………………………………… 277
15.2 　无人牛场的业务系统 ………………………………… 277
15.2.1　环境自动控制系统 ……………………………… 277
15.2.2　智能繁育系统 …………………………………… 279
15.2.3　智能饲喂系统 …………………………………… 281
15.2.4　自动清洁系统 …………………………………… 284
15.2.5　疫病防治系统 …………………………………… 285
15.2.6　无人管理系统 …………………………………… 287
15.2.7　自动挤奶系统 …………………………………… 289
15.3 　无人牛场的规划与系统集成 ………………………… 291
15.3.1　空间规划 ………………………………………… 291
15.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 291
15.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 294
15.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 295
15.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 299
15.3.6　系统测试 ………………………………………… 301
第 16章　无人鸡场 303
16.1 　概述 …………………………………………………… 303
16.1.1　无人鸡场的定义 ………………………………… 303
16.1.2　无人鸡场的组成和功能 ………………………… 305
16.2 　无人鸡场的业务系统 ………………………………… 305
16.2.1　环境控制系统 …………………………………… 305
16.2.2　自动饲喂系统 …………………………………… 306
16.2.3　无人车送料及转运系统 ………………………… 307
16.2.4　鸡蛋收集和孵化系统 …………………………… 307
16.2.5　清粪消毒系统 …………………………………… 308
16.3 　无人鸡场的规划与系统集成 ………………………… 308
16.3.1　空间规划 ………………………………………… 308
16.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 309
16.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 310
16.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 311
16.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 312
16.3.6　系统测试 ………………………………………… 314
第 17章　无人渔场 315
17.1 　概述 …………………………………………………… 315
17.1.1　无人渔场的定义 ………………………………… 315
17.1.2　无人渔场的组成与功能 ………………………… 316
17.1.3　无人渔场的类型 ………………………………… 317
17.2 　无人渔场的业务系统 ………………………………… 318
17.2.1　饵料精准饲喂系统 ……………………………… 319
17.2.2　水质测控系统 …………………………………… 320
17.2.3　巡检系统 ………………………………………… 321
17.2.4　自动收捕系统 …………………………………… 321
17.3 　无人渔场的规划与系统集成 ………………………… 322
17.3.1　空间规划 ………………………………………… 322
17.3.2　基础设施系统建设 ……………………………… 323
17.3.3　作业装备系统集成 ……………………………… 325
17.3.4　测控装备系统集成 ……………………………… 327
17.3.5　管控云平台系统集成 …………………………… 329
17.3.6　系统测试 ………………………………………… 330
第 18章　无人农场发展战略 332
18.1 　战略目标 ……………………………………………… 332
18.1.1　无人农场技术取得重大突破 …………………… 332
18.1.2　无人农场发展机制不断健全 …………………… 332
18.1.3　无人农场发展政策持续完善 …………………… 332
18.2 　战略行动 ……………………………………………… 333
18.2.1　加强无人农场关键共性技术攻关 ……………… 333
18.2.2　加强物联网技术集成应用与示范 ……………… 333
18.2.3　加快人工智能与农业机器人研发 ……………… 333
18.2.4　加强农业大数据建设力度 ……………………… 334
18.3 　战略布局 ……………………………………………… 335
18.3.1　东部沿海发达地区 ……………………………… 335
18.3.2　国有垦区 ………………………………………… 335
18.3.3　国家现代农业示范区 …………………………… 335
18.4 　战略政策 ……………………………………………… 335
18.4.1　编制无人农场发展规划 ………………………… 335
18.4.2　强化科技人才支撑 ……………………………… 336
18.4.3　加强技术标准建设 ……………………………… 336
18.4.4　探索可持续的发展模式 ………………………… 336
18.5 　愿景展望 ……………………………………………… 337
18.5.1　5G等新技术得到广泛应用 …………………… 337
18.5.2　农业机器与人脑深度融合 ……………………… 337
18.5.3　机器换人成为现实 ……………………………… 337
参考文献 ……………………………………………………… 338