物联网应用与解决方案（第2版） PDF下载

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内容简介

本书在介绍物联网体系结构、核心技术和系统管理的基础上，全面阐述了物联网技术在各行业中的应用，重点论述了物联网在智能物流、智能电网、智能交通、现代农业和智慧生活等领域的应用与解决方案。全书共9章，内容丰富，取材新颖，结构严谨，图文并茂，具有创新性、前瞻性和应用性等鲜明特色。

作者简介

张飞舟：博士，北京大学地球与空间科学学院副院长、教授。中国全球定位系统技术应用协会常务理事，北京测绘学会副理事长，《导航定位学报》、《北京测绘》编委。2001－2003年在北京大学地球与空间科学学院从事博士后研究。2008年4月起任北京大学地球与空间科学学院副院长。主要从事导航与控制、物联网、智能交通以及空间信息智能处理等方面的教学与科研工作。主持国家“863”计划、国防科工委卫星导航等项目多项；发表学术论文100余篇，其中SCI/EI索引50余篇；出版专著和译著4部。杨东凯：工学博士，北京航空航天大学教授、博士生导师，2005年度“北京市科技新星”。主持承担包括国家自然科学基金、国家863计划在内的各类科研项目20余项，发表学术论文60余篇，出版专著和译著5部，获国家发明专利32项，计算机著作权7项，省部级科技进步一等奖1项、二等奖5项、三等奖1项。

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第1章 绪论 1
1.1 物联网概述 1
　1.1.1 物联网的概念与内涵 1
　1.1.2 物联网的本质特征 2
　1.1.3 物联网应用特点 4
　1.1.4 物联网应用分类 5
　1.1.5 物联网应用服务类型 6
　1.1.6 物联网应用模式 6
1.2 国外主要领域物联网发展概况 10
　1.2.1 国外智能交通领域物联网发展 10
　1.2.2 国外智能电网领域物联网发展 11
　1.2.3 国外云计算产业物联网发展 13
　1.2.4 国外网络融合物联网发展 13
1.3 我国主要领域物联网发展概况 14
　1.3.1 智能物流 14
　1.3.2 智能电网 16
　1.3.3 智能交通 17
　1.3.4 精准农业 18
　1.3.5 环境监测 19
　1.3.6 智能家居 21
　1.3.7 智慧医疗 21
1.4 物联网产业发展与产业结构 22
　1.4.1 物联网产业发展模式 22
　1.4.2 物联网的产业链与产业结构 25
　1.4.3 国外物联网产业链发展 27
　1.4.4 我国物联网产业市场 28
　1.4.5 我国物联网的优先发展领域 30
　1.4.6 我国物联网产业发展 31
讨论与思考题 35
第2章 物联网原理与体系结构 36
2.1 物联网的结构组成与工作原理 36
　2.1.1 物联网硬件平台构成 36
　2.1.2 物联网软件平台构成 37
　2.1.3 物联网工作原理 39
2.2 物联网体系结构 41
　2.2.1 物联网自主体系结构 41
　2.2.2 物联网EPC体系结构 42
　2.2.3 物联网UID技术体系结构 43
 2.2.4 物联网体系结构特点与构建原则 44
　2.2.5 物联网体系结构层次分析 45
 2.2.6 物联网结点类型以及它们之间的连接 49
讨论与思考题 51
第3章 物联网核心技术 52
3.1 物联网感知层技术 52
　3.1.1 物联网感知技术 52
　3.1.2 RFID技术 56
　3.1.3 编码技术 65
　3.1.4 标识技术 67
　3.1.5 解析技术 70
　3.1.6 信息服务 75
3.2 物联网网络层技术 78
　3.2.1 WSN技术 78
　3.2.2 4G/5G技术 87
　3.2.3 UWB技术 93
　3.2.4 ZigBee技术 96
　3.2.5 IPv6技术 102
　3.2.6 M2M技术 105
3.3 物联网应用层技术 107
　3.3.1 中间件技术 107
　3.3.2 智能技术 111
　3.3.3 云计算技术 112
3.4 物联网安全技术 117
　3.4.1 物联网安全问题 117
　3.4.2 物联网安全体系与层次模型 118
　3.4.3 感知层安全 118
　3.4.4 网络层安全 119
　3.4.5 应用层安全 120
　3.4.6 物联网安全的非技术因素 122
讨论与思考题 122
第4章 物联网系统管理 123
4.1 物联网业务管理模式 123
　4.1.1 物联网集中式管理架构 123
　4.1.2 国家物联网管理中心 125
 4.1.3 行业物联网管理中心和专用物联网管理中心 126
　4.1.4 大区分布式物联网管理 128
　4.1.5 本地物联网管理中心 131
　4.1.6 物联网底层管理系统 131
4.2 物联网网络管理 131
　4.2.1 物联网前端RFID网络管理 131
　4.2.2 物联网后台网络管理 134
　4.2.3 物联网网络管理内容 140
　4.2.4 物联网网络管理模型 141
　4.2.5 物联网网络管理协议 143
4.3 物联网安全管理 144
　4.3.1 物联网安全概述 145
　4.3.2 物联网安全特点 145
　4.3.3 物联网安全架构 146
　4.3.4 物联网安全模型 147
　4.3.5 物联网安全管理关键技术 148
讨论与思考题 155
第5章 智能物流应用与解决方案 156
5.1 物联网在物流领域中应用 156
　5.1.1 概述 156
 5.1.2 基于物联网的物流信息增值服务 157
 5.1.3 基于RFID电子标签的物联网物流管理系统 159
5.2 RFID在制造业物流系统中的应用 161
　5.2.1 概述 161
 5.2.2 RFID-MTS的基本功能与主要内容 161
 5.2.3 RFID-MTS的基本特点与环境要求 162
　5.2.4 RFID-MTS实施效益分析 163
5.3 物联网在煤炭运输物流系统中的应用 164
　5.3.1 系统硬件组成与工作原理 164
　5.2.2 系统应用与系统功能 165
　5.2.3 系统特点与要点说明 166
5.4 RFID技术在图书馆领域中的应用 166
　5.4.1 概述 166
 5.4.2 RFID图书馆系统组成与工作流程 168
　5.4.3 RFID图书馆的基本功能 169
 5.4.4 RFID图书馆面临的挑战与问题 172
　5.4.5 智能图书馆的未来展望 174
5.5 物联网在供应链物流管理中的应用 174
　5.5.1 供应链环节分析 174
　5.5.2 供应链管理系统设计 177
　5.5.3 供应链中的入库管理 179
5.6 基于物联网技术的集装箱综合应用管理系统 181
　5.6.1 概述 181
　5.6.2 系统组成和工作原理 182
　5.6.3 PDA终端系统 183
　5.6.4 智能化信息处理系统 183
　5.6.5 双指数综合优化 184
5.7 RFID在监狱管理中的应用 185
　5.7.1 概述 185
　5.7.2 RFID监狱管理系统的设计 186
5.8 交通物流GIS应用管理 187
　5.8.1 GIS数据处理 187
　5.8.2 车辆轨迹分析 188
　5.8.3 历史数据统计分析 189
　5.8.4 动态路径规划 189
5.9 物联网在智慧物流领域应用的发展趋势 190
讨论与思考题 191
第6章 智能电网应用与解决方案 192
6.1 概述 192
　6.1.1 智能电网 192
　6.1.2 物联网与智能电网的关系 193
　6.1.3 我国智能电网的建设 195
6.2 物联网在智能电网中的应用 197
　6.2.1 发电环节监控 197
　6.2.2 输配电环节巡检 198
　6.2.3 电力系统管理 199
　6.2.4 AMI互动 200
　6.2.5 智能用电 201
　6.2.6 电动汽车管理 203
　6.2.7 智能调度 203
6.3 物联网在智能电网输变电设备管理中的应用 204
　6.3.1 面向智能电网的物联网体系结构 204
　6.3.2 输变电设备状态监测 205
　6.3.3 输变电设备全寿命周期管理 209
 6.3.4 物联网在输变电设备管理中应用前景 209
6.4 面向智能电网的物联网信息聚合 210
 6.4.1 面向智能电网应用的物联网架构 210
 6.4.2 面向智能电网的物联网信息聚合技术 211 
 6.4.3 智能电网系统中的信息聚合解决方案 214
6.5 智能变电站运行辅助管理系统解决方案 216
　6.5.1 概述 217
　6.5.2 智能变电站系统总体架构 217
 6.5.3 变电站智能运行辅助管理系统 217
6.6 基于BNSS的配电网智能化建设解决方案 220
　6.6.1 概述 220
　6.6.2 系统实施方案 221
讨论与思考题 225
第7章 智能交通应用与解决方案 226
7.1 物联网在ITS中的应用 226
　7.1.1 概述 226
　7.1.2 物联网与智能交通的关系 227
 7.1.3 智能交通在物联网时代的应用前景 227
7.2 物联网环境下的智能交通体系框架 230
 7.2.1 面向智能交通的物联网整体架构 230
 7.2.2 基于物联网架构的智能交通体系框架 230
　7.2.3 交通信号实时采集系统 232
　7.2.4 交通诱导系统 233
　7.2.5 交通大数据平台 234
7.3 物联网环境下的交通控制系统 241
　7.3.1 交通信号控制系统 241
 7.3.2 物联网交通控制系统的结构框架和层次结构 242
　7.3.3 城市智能交通控制系统 244
 7.3.4 基于RFID的交通流量检测技术 245
 7.3.5 基于嵌入式技术的信号控制器 245
　7.3.6 交通信号的模糊控制 246
7.4 物联网环境下的交通应急策略 247
7.5 公交车辆智能调度系统 248
　7.5.1 系统总体框架 248
　7.5.2 系统基本构成 248
　7.5.3 技术路线与实现功能 249
　7.5.4 调度机理与信息流程 251
　7.5.5 系统逻辑结构与物理结构 252
　7.5.6 公交车辆动态调度 252
7.6 车联网 257
　7.6.1 车联网的概念 257
　7.6.2 车联网与物联网的关系 257
 7.6.3 车联网系统框架和平台功能结构 258
　7.6.4 车联网平台的实现 260
讨论与思考题 261
第8章 农业物联网应用与解决方案 262
8.1 农业物联网概述 262
　8.1.1 农业物联网的概念 262
　8.1.2 农业物联网的作用 263
　8.1.3 农业物联网应用领域 264
8.2 农业物联网体系结构 266
 8.2.1 农业物联网体系结构研究现状 266
 8.2.2 农业物联网体系结构的建立原则 266
 8.2.3 农业物联网体系结构层次划分 267
8.3 农业物联网平台功能 271
　8.3.1 平台门户 271
　8.3.2 平台应用功能 272
　8.3.3 平台基础业务功能 274
8.4 农业物联网应用 274
　8.4.1 农业监测与监控 274
　8.4.2 农产品溯源管理 277
　8.4.3 农业物联网管理系统 278
　8.4.4 农业物联网典型案例 281
 8.4.5 我国农业物联网发展面临的问题及解决措施 285
讨论与思考题 286
第9章 物联网与智慧生活 287
9.1 物联网与智能家居 287
　9.1.1 物联网智能家居体系框架 287
　9.1.2 物联网智能家居的感知层 289
　9.1.3 物联网智能家居的网络层 290
　9.1.4 物联网智能家居的应用层 291
 9.1.5 物联网智能家居安防系统应用案例 295
9.2 物联网与共享单车 297
　9.2.1 共享单车的物联网架构 297
　9.2.2 共享单车的感知层 298
　9.2.3 共享单车的网络接入层 300
　9.2.4 共享单车的云端应用层 301
9.3 物联网与无人超市 302
　9.3.1 无人超市兴起的背景 303
　9.3.2 无人超市的运作原理 303
　9.3.3 无人超市的应用与发展 304
 9.3.4 无人超市对传统零售业的影响 306
　9.3.5 无人超市实现方案 306
9.4 物联网与智慧医疗 308
　9.4.1 智慧医疗概述 308
　9.4.2 我国智慧医疗发展现状 309
　9.4.3 智慧医疗体系架构与业务形式 311
　9.4.4 社区智慧医疗系统解决方案 314
讨论与思考题 317
附录A 缩

前沿

第2版前言
　　
　　高科技从来没有像今天这样贴近人们的生活。从智能手机的普及，到点餐机器人、可穿戴设备、无人驾驶汽车，再到智能家居、扫地机器人、可控调家电、共享单车等，无不体现智能时代的来临。
　　其实，人工智能的概念早在几十年前就已提出，但由于软硬件设备的限制，直至今天才算是进入了寻常百姓的生活。而所有这些，都和物联网的普及密切相关。有一种说法似乎并不过分：你已经找不到和自身以外的物体不发生关联的物体了。物联网，从字面看仅仅是物物相联，但恰恰是这一“联”，产生了人们预想不到的效果，更是催生了新的产业和经济形态。
　　《物联网应用与解决方案》自2012年9月出版以来，受到广大读者的关注和好评，被多所高校选作教材或参考书，2018年还被评为北京大学优秀教材。6年多来，物联网技术取得了前所未有的发展，其应用领域不断扩展，使得社会的经济运行方式、人与人之间的联系方式出现了很大的变化，人们的生活品质也得到了极大的改善。鉴于此，我们对本书做一次全面修订，以更好地满足读者需求。第2版重点突出了以下内容：
　　（1）补充对信息通信技术领域的5G和IPv6的介绍。5G是未来移动数据传输的发展趋势，也将是物联网的核心信息通道。
　　（2）增加关于物联网安全的章节。网络安全无论从国家、政府、国防角度还是从经济角度，都被提到战略高度。不仅如此，物联网的应用分支——区块链更是和网络安全密不可分。增加这部分内容无疑使本书结构更加完整。
　　（3）在智能交通应用一章中增加车联网一节。车联网是无人驾驶的基础，更是交通出行的必然发展方向。当然，车联网可作为物联网的一个子集，亦可作为物联网的一个应用拓展，其技术和架构均与物联网一脉相承。
　　（4）新增农业物联网应用和智慧生活两章内容。无人超市、智能家居、共享单车的出现，大大影响甚至改变了人们的生活方式，进而导致社会秩序产生了新的形态。农业物联网同样是物联网的应用分支，其得到人们的关注源于农业信息化、农业现代化的发展要求。今天的农民已不同于以往小农经济时代的农民，仅仅种好地已不能适应当今国际化、信息化、网络化的经济特点。而物联网不仅使得农民和土地发生了链接，也使得作物、农业机械和土地、农民都发生了链接，这在很大程度上释放了劳动力，降低了成本，提高了农业生产的质量与水平，提升了整个农业经济的运行效率。
　　此外，附录A汇集了书中出现的缩略语及其相应的中英文全称，以方便读者查阅。
　　在编写和修订过程中，参考或引用了一些国内外文献资料，其中大多数已在书中注明了出处，但难免有所遗漏。在此，向这些文献的原作者表示衷心的感谢，并对未能注明出处的资料的原作者表示歉意。
　　由于编著者水平所限，书中定有许多错漏和不足之处，诚望读者不吝指正。联系方式：zhangfz@pku.edu.cn。　　
　　；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；编著者；；；
　　；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；                      2019年2月于北京
　　
第1版前言
　　
　　在通信、互联网、射频识别等新技术的推动下，“物联网”（Internet of Things）概念正日渐清晰。互联网时代，人与人之间的距离变小了；而继互联网之后的物联网时代，则是物与物之间的距离变小了。物联网是通过互联网和各种感知设备，连接物体与物体的，全自动、智能化地采集、传输与处理信息的，实现随时随地进行信息交换和科学管理的一种新型网络，它主要解决物品到物品（Thing to Thing，T2T）、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之间的互联，具有网络化、物联化、互联化、自动化、感知化、智能化的基本特征。互联网改变了人们的世界观，而物联网的出现将再次强烈改变人们对世界的认识。作为一门新兴的交叉学科，物联网所涉及的传统技术领域很多，既包括电子工程、通信工程、计算机工程，也包括自动控制、精密机械、导航定位，甚至包括交通运输工程、供应链与物流等。但是，就某一种特殊的应用而言，还可能涉及上述所有的技术领域。
　　国家工信部公布的《物联网“十二五”发展规划》明确提出，物联网应用示范及推广是我国“十二五”期间重点发展的四大领域之一。物联网的应用已经崭露头角，并开始逐步渗透到人们的日常生活中。同时，国民经济中的交通、电力、医疗、物流等行业已经具备了物联网的雏形。特别是物联网在公共安全、民用航空、陆路交通、环境监测、现代农业、智能电网等行业已经得到了初步的规模化应用，部分产品已打入国际市场。物联网应用将在未来数年内呈现蓬勃发展的局面。
　　为了更好地宣传普及物联网的应用，让广大读者全面了解在具体行业如何应用物联网提高工作效率和服务性能，我们编写了这本《物联网应用与解决方案》，作为2010年我们所出版的《物联网技术导论》一书的姊妹篇。
　　本书紧紧围绕物联网应用相关的基础性问题（如应用框架、核心技术、系统管理、应用示范等）进行阐述，重点就物联网在现代物流、智能交通和智能电网等方面的应用和解决方案展开论述，并将医疗应用、邮政应用、票务票证、防伪、民航等作为典型应用案例进行介绍。全书分为8章，具体内容包括：绪论，体系框架及公共技术，核心技术与安全，系统管理，应用分析，以及智能物流、智能电网和智能交通应用案例与解决方案。需要指出，书中所涉及的物联网基础知识，读者可查阅《物联网技术导论》一书或其他文献。
　　本书由张飞舟、杨东凯编著。在编写过程中，参考或引用了诸多已经在实施的工程项目解决方案，其中大多数已在书中注明了出处，但难免有所遗漏。在此，向有关作者和专家表示感谢，并对未能注明出处的资料的原作者表示歉意。
　　由于编著者水平有限，书中错误和疏漏在所难免，恳请读者批评指正。
　　联系方式：zhangfz@pku.edu.cn。
　　
　　编著者
       2012年5月