智慧工程導論（簡體書）

智慧工程建設已成為提升各行各業實力、促進社會全面進步的動力。智慧工程的必然結果就是最終形成智慧地球。《智慧工程導論》側重介紹智慧工程的基礎理論、基本技術和基本應用。智慧工程來源于智慧地球，是智慧思維運用于各行各業智慧工程建設的必然結果。它致力于異源異構數據、網絡、系統、平臺的整合與集成，建立一個統一的、以空間、屬性和影像數據為載體的可視化共享平臺。在此基礎上與其他專業信息融合，并在高新技術支持下綜合應用到各行業，實現高層次、高等級、智慧化的決策應用。

吳秋蘭，女，山東大學控制理論與控制工程專業工學碩士，現任山東農業大學副教授，碩士研究生導師，山東省國土資源廳智慧村鎮重點實驗室主任。主要從事信息技術在智慧村鎮和智慧農業的應用研究。近年來，在國內外刊物上發表論文18篇，其中SCI、EI收錄8篇；申請軟件著作權10項；申請國家專利2項；副主編、參編高等農林院校規劃教材4部。近年來主持完成省級以上課題2項；作為主要成員參加國家863課題2項、國家自然科學基金1項、山東省農業重大應用技術創新課題2項、國家測繪局課題3項，獲山東省科學技術獎三等獎1項，第六屆山東省國土資源科學技術獎一等獎1項。

梁勇，男，博士后，現任山東農業大學教授，博士生導師。主要從事三農信息化和3S技術的集成與應用的研究。主持、參加了“多尺度農田信息獲取與融合技術”等國家863課題和國家科技支撐計劃8項，主持山東省重大科研課題5項；出版專著4部、主編教材8部；發表論文42篇，其中被EI、SCI收錄26篇；曾獲山東省科技進步二等獎1項，三等獎1項，山東省國土資源廳一等獎1項；被中國信息界評為中國信息化百名學術與管理帶頭人。

楊磊，男，西北工業大學計算機科學與技術專業工學碩士，現任山東農業大學講師。主要從事專用集成電路、北斗導航衛星系統及其在農業中的應用的研究，尤其是利用北斗反射信號遙感的研究。曾在IBM（國際商業機器）公司任專用集成電路工程師，近年來在《北京航空航天大學學報》等高水平學術刊物發表論文3篇，參加國家863項目子課題1項，省級課題3項。

劉慶霞，女，大學畢業，現任泰安市岱岳區粥店中學教師。曾參加編寫高中數學教材3部，撰寫并發表論文多篇，參加科研項目2項。輔導的學生多次在各級各類競賽中獲獎；在優課評選中獲泰安市一等獎；并多次獲得教學能手及學科帶頭人稱號。

前言
第一章 緒論
第一節 數字化信息革命
第二節 數字地球
第三節 智慧地球
第四節 智慧中國
第五節 智慧工程框架的總體設計

第二章 數據智能采集技術
第一節 智能傳感器技術
一、智能傳感器的分類
二、智能傳感器的特點
三、智能傳感器的功能
四、典型應用
第二節 無線射頻識別技術
一、無線射頻識別技術的特點
二、無線射頻識別技術的組成
三、無線射頻識別技術的工作原理
四、典型應用
第三節 條碼技術
一、條碼技術分類
二、條碼技術編碼原理
三、典型應用
第四節 遙感技術
一、遙感技術的組成
二、遙感技術的特點
三、遙感技術的作用及其分類
四、典型應用
第五節 全球衛星定位技術
一、GPS全球衛星定位系統
二、GLONASS全球衛星定位系統
三、Galileo全球衛星定位系統
四、BDS全球衛星定位系統
五、典型應用
第六節 無人機技術
一、無人機采集數據的特點
二、無人機的分類
三、無人機系統的組成
四、無人機的關鍵技術
五、典型應用

第三章 數據智能傳輸技術
第一節 寬帶網技術
一、寬帶網絡的分類
二、寬帶網絡的特點
三、寬帶網絡的參考體系與技術實現
四、WiFi無線寬帶技術
五、典型應用
第二節 無線傳感網絡技術
一、無線傳感器網絡的體系結構
二、無線傳感網絡的特點
三、無線傳感網絡的關鍵技術
四、典型應用
第三節 移動通信技術
一、移動通信技術的發展
二、移動通信技術的特點
三、移動通信的關鍵技術
四、典型應用
第四節 衛星通信技術
……
第四章 數據智能處理技術
第五章 智慧工程探討
第六章 智慧工程的數據共享
主要參考文獻

《智慧工程導論》：
（二）無人機數據鏈關鍵技術
1.中繼傳輸技術
當無人機超出地面控制站的無線電覆蓋范圍之后，就需要采用中繼的方式來實現無人機與地面控制站之間的通信。中繼方式按照中繼設備所處的位置可以分為地面中繼和空中中繼兩種方式。地面中繼轉發設備安放在地面控制站與無人機之問的制高點上；空中中繼則采用無人機中繼轉發或者衛星中繼轉發，兩種中繼方式對比而言，空中中繼的成本較高。無人機中繼方式采用無人機作為中繼轉發設備，由地面站、中繼無人機、任務無人機群構成超視距通信網。其特點是移動速度快、機動性高、電波受空間限制低且成本較低，但是需要加強中繼無人機的抗毀能力。衛星中繼方式采用通信衛星作為轉發設備，相比較于無人機中繼方式，衛星中繼的覆蓋范圍更廣，并且衛星信道性能比較穩定，可用頻帶寬，通信容量更大，但是成本卻比較高。
2.組網技術
到目前為止，世界各國的無人機多數都保留著單機執行任務的特性，它們使用無人機時，一般都是通過地面控制中心直接對其進行控制，形成一種以地面站指揮中心為起點的多個無人機為射線的星形結構模型。地面控制中心控制無人機的方案有：
方案一：直接遙控一架或者若干架無人機，該方式應用普遍，但是受到了地面曲率以及無人機通信距離有限的限制。
方案二：間接通過若干架無人機作為中繼，用它們去實現對遠程無人機的控制以及信息傳輸。采用無人機群編隊組網的方式以及多跳通信的方法，可以很大程度上拓展無人機的通信范圍。
3.通信天線
全向天線結構簡單，容易滿足無人機節點高速移動的特點，適應無人機應用環境的復雜要求，并且還可以保證天線增益的穩定性，以及跟蹤裝置的設計比較簡易。定向天線有著高增益、低旁瓣的方向圖特性，具有空間復用度高、傳輸距離遠、傳輸速率高、低截獲以及低檢測的優勢。無人機數據鏈應該采用全向天線與定向天線相結合的方式，充分發揮它們二者的優勢，增加物理層的性能，由此可以進一步提高無人機的網絡通信性能。
4.天線對準與跟蹤算法
天線對準就是指雙方天線的主瓣波束相互覆蓋對方，以達到最大的天線增益；天線跟蹤就是使用天線跟蹤設備與算法，在通信雙方位置相對發生變化的同時，天線始終對準對方，減小外部的干擾以及機間干擾。在網絡初始化初期，由于拓撲信息不完整等原因，需要采用全向天線搜索發現鄰居節點的位置以及網絡的拓撲信息。定向天線在全向天線已獲得節點位置信息的基礎上小區域進行快速掃描達到天線對準的效果，獲得最大的天線增益。在天線對準和跟蹤算法中加入俯仰角、搖擺角、姿態修正等參數信息，以獲得更好的性能，確保通信雙發保持天線對準狀態。
（四）飛行控制技術
根據任務需要，無人機的飛行控制技術在不斷更新。飛行控制技術包括傳感技術、導航定位技術、飛行控制律設計等。隨著任務的不同，無人機控制規律各不相同，尤其是一機多用時，無人機的控制任務也要隨之改變，這就對飛行控制提出了更高要求，而飛行控制律的設計是飛控系統設計的核心技術。根據控制理論當前發展的兩大類別，無人機飛行控制律設計主要分為依據經典控制理論和現代控制理論的兩大類方法。以時域響應、根軌跡、頻率響應特性為理論依據的設計方法為經典設計方法，主要用來控制縱向、橫側向弱耦合且機動性要求不高的無人機；基于現代控制理論的飛行控制技術種類繁多，其中比較有代表性的有動態逆控制、魯棒控制、自適應控制、滑模控制、智能控制等，主要用于縱向、橫側向強耦合且機動性要求較高的無人機。
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