69、农业与建筑机械网络物理系统：现状与未来潜力

农业与建筑机械网络物理系统：现状与未来潜力

1. 引言

过去，农业和建筑领域的发展在特定时期经历了重大飞跃，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。农业的四次工业革命时间线及推动技术如图1所示，建筑领域的发展类似，但时间线有所不同。

自第三次工业革命以来，传感器和电子控制执行器的数量与质量大幅提升。新的连接技术，包括有线和无线技术，实现了长短距离的快速数据传输。此外，计算能力的增强使得对收集数据的处理更加快速和复杂。这些因素的结合催生了网络物理系统（CPS），它建立了网络实体与物理世界之间紧密而强大的联系。

CPS在未来发展中备受关注，大量专利申请证明了这一点。同时，CPS有助于跨公司或行业边界创建集成和自我调节的系统，是优化流程的关键推动力。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，能提高运营和过程效率，增强安全性并降低环境影响。

本文将概述CPS在农业和建筑机械领域的当前应用和未来潜力。首先解释两个领域面临的不同挑战，描述移动机械的典型CPS，接着对移动机械的数据进行分类，并阐述其对通信策略的未来影响。之后讨论CPS的关键技术和算法，最后通过典型农业和建筑过程分析，举例说明关键技术和算法的应用。

2. 挑战

CPS的主要目标是提高运营和过程效率，增强安全性并减少环境影响。然而，农业和建筑机械面临的具体挑战不同，以下分别阐述。

2.1 农业机械面临的挑战

当今社会面临的一大挑战是世界人口增长，2014年全球人口达到72亿，预计到2050年将增加超过20亿。由于可耕地有限，增加粮食产量不能依靠扩大耕地面积，因此农业必须提高单产，同时降低