农业与建筑机械的网络物理系统:现状与未来潜力
1. 引言
过去,农业和建筑领域在特定时期经历了重大发展,这些时期被称为工业革命,每次工业革命都基于不同的发明或技术。自第三次工业革命以来,传感器和电子控制执行器的数量和质量大幅提升,新的连接技术实现了数据的快速传输,计算能力的增强也使得数据处理更加高效和复杂。这些因素共同促成了网络物理系统(CPS)的出现,它在网络实体和物理世界之间建立了紧密的联系。CPS能够提高机器人和自动化支持在工作任务中的应用,并且在未来发展中具有巨大潜力,在农业和建筑这两个移动机械领域,CPS将引领第四次工业革命,带来更高的运营效率、更好的安全性和更低的环境影响。
2. 挑战
- 农业机械面临的挑战 :
- 全球人口增长,对粮食的需求增加,但可耕地有限,因此农业需要提高产量并降低运营成本。过去几十年,农业机械的规模和速度不断提升,但高容量机器在处理具有不一致特性的田地或牲畜时,无法实现可持续作业。
- 田地内部存在差异,如坡度、土壤性质和供水情况不同,因此需要精确适应这些局部变化的条件。精准农业(PA)应运而生,它基于CPS,通过传感器记录土壤、作物、牲畜、农业机械和环境的状态,将数据存储在数据库中,经过算法处理后,执行器根据获得的信息调整农业机械。
- 虽然PA技术和系统已经在市场上存在,但整个网络物理农场管理系统的实际效率还有待证明,农民面临数据过多但不知如何应用的问题,因此对CPS的研究需求不断增加,特别是在数据融合以及新技术的开发和互联方面。
- 建筑机械面临