无线传感器网络技术与应用

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isbn号码:9787302365358
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具体描述

《分布式智能感知系统:原理、算法与实践》 本书深入探讨了分布式智能感知系统的理论基础、核心算法以及在不同领域的实际应用。系统性地阐述了如何构建和优化能够自主收集、处理、融合和分析海量环境信息的分布式感知网络,以实现对复杂动态场景的全面、实时理解。 核心内容概述: 第一部分:分布式智能感知系统基础 1. 系统架构与模型:详细介绍了分布式智能感知系统的典型架构,包括传感器节点、汇聚节点、数据处理中心等关键组成部分。探讨了不同类型的传感器(如温度、湿度、光照、压力、运动、声音、图像等)在分布式感知网络中的部署策略与协同机制。深入分析了节点间的通信模型(如拓扑结构、路由协议、多跳通信)和数据传输机制,以及如何在异构网络环境中实现高效、可靠的信息交换。 2. 分布式感知网络中的能量管理:重点阐述了能量约束是分布式感知系统面临的核心挑战之一。详细介绍了各种能量收集技术(如太阳能、振动能、射频能等)及其在传感器节点上的应用。深入分析了低功耗设计原则,包括硬件优化(如低功耗处理器、传感器休眠机制)、软件优化(如高效数据压缩、节能路由算法)以及基于事件触发的感知模式。探讨了能量感知调度和任务分配策略,以最大化网络寿命。 3. 数据采集与协同感知:深入研究了分布式传感器节点如何协同工作以采集高质量、多模态的数据。阐述了采样率选择、数据同步、数据冗余消除等关键技术。详细介绍了协同感知的概念、优势及其实现方法,包括基于统计的融合技术(如卡尔曼滤波、粒子滤波)、基于机器学习的融合方法(如支持向量机、神经网络)以及基于模糊逻辑的融合技术。分析了如何处理传感器测量中的不确定性和噪声。 第二部分:分布式智能感知系统的核心算法 1. 分布式信息融合与目标识别:详细介绍了在分布式环境中实现高效数据融合的各种算法。包括本地融合(节点级)、区域融合(簇头级)以及全局融合(中心节点)的不同策略。重点分析了基于贝叶斯推断的融合方法,以及如何利用概率图模型(如马尔可夫随机场、条件随机场)来整合来自不同传感器的数据。深入研究了在分布式环境下进行目标识别、跟踪和状态估计的算法,例如基于局部特征提取与共享的识别方法,以及分布式粒子滤波和多假设跟踪。 2. 分布式定位与导航:探讨了在没有GPS信号的复杂环境中,分布式传感器节点实现自主定位和导航的技术。详细介绍了基于信号强度(RSSI)、到达时间(ToA)、到达角度(AoA)等无线信号特性的定位方法。分析了基于传感器融合的定位技术,如利用惯性测量单元(IMU)、摄像头、激光雷达等信息进行协同定位。重点研究了分布式多传感器定位算法,包括基于图优化的方法、基于卡尔曼滤波的网络定位以及无监督的定位技术。 3. 分布式数据挖掘与模式发现:深入研究了如何从海量分布式传感器数据中挖掘有价值的信息和发现潜在模式。详细介绍了分布式聚类、分类、关联规则挖掘等数据挖掘技术在传感器网络中的应用。重点分析了基于MapReduce、Spark等分布式计算框架的数据处理技术。探讨了如何利用联邦学习等分布式机器学习算法,在保护数据隐私的前提下,实现全局模型的训练和优化,例如分布式异常检测、趋势预测以及事件模式识别。 4. 分布式资源管理与任务调度:研究了如何有效地管理分布式感知网络中的计算、通信和能量资源,并根据实时需求进行任务调度。详细介绍了基于博弈论的资源分配策略,以及如何利用强化学习进行动态的资源管理和任务调度。探讨了分布式任务卸载和计算协同的优化方法,以应对节点计算能力的异构性。 第三部分:分布式智能感知系统的应用实践 1. 智能环境监测与预警:展示了分布式智能感知系统在环境监测领域的广泛应用,如空气质量监测、水体污染监测、土壤墒情监测、森林火灾预警等。详细阐述了如何利用分布式传感器网络采集气象、化学、生物等环境参数,并通过数据融合与分析实现对环境变化的实时感知和异常事件的预警。 2. 智慧城市与智能交通:深入探讨了分布式智能感知系统在构建智慧城市和优化智能交通方面的作用。包括城市基础设施状态监测(如桥梁、道路)、交通流量监测与管理、车辆轨迹跟踪与碰撞预警、公共安全监控以及智能停车系统的构建。 3. 工业自动化与智能制造:详细介绍了分布式智能感知系统在工业生产过程中的应用,例如设备状态监测与预测性维护、生产流程优化、产品质量检测、供应链追溯以及仓储自动化等。 4. 农业物联网与精准农业:阐述了分布式智能感知系统在现代农业中的应用,包括农作物生长环境监测(如光照、温度、湿度、CO2浓度)、病虫害监测与预警、水肥一体化管理、精准灌溉以及产量预测等。 5. 健康监测与可穿戴设备:探讨了分布式智能感知系统在个人健康监测领域的应用,如基于可穿戴传感器(如心率、体温、运动、血压)的健康数据采集与分析、远程医疗监护、老年人跌倒检测以及运动表现评估等。 6. 灾难响应与应急管理:展示了分布式智能感知系统在灾难发生时的关键作用,例如地震、洪水、台风等灾害的早期预警、灾情评估、人员搜救定位、资源调度与管理以及灾后恢复等。 本书旨在为研究人员、工程师和学生提供一个全面、深入的分布式智能感知系统技术指南,涵盖了从基础理论到前沿算法,再到实际应用的全方位知识体系。通过理论讲解、算法剖析和案例分析,帮助读者掌握构建和优化高效、智能、可靠的分布式感知系统的关键技术。

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《无线传感器网络技术与应用》这本书,彻底颠覆了我对于城市交通管理系统的传统认知。书中关于“智能交通系统”(ITS)的深入探讨,让我得以窥见一个由无线传感器网络驱动的、高效、便捷、安全的交通未来。我被书中描绘的“动态交通流优化”的场景所深深吸引。想象一下,在城市的每一条主干道、每一个十字路口,都部署了大量的交通传感器。这些传感器不仅能够监测车辆的通行速度、数量,还能够识别车辆类型、识别车牌,甚至能够通过与车辆自身的通信模块进行信息交互。这些海量、实时的交通数据,通过无线传感器网络被迅速汇聚到城市交通指挥中心。然后,通过强大的数据分析和人工智能算法,系统能够精确地掌握整个城市的实时交通状况,识别拥堵点、预测交通流量的变化趋势。基于这些分析结果,系统能够动态地调整交通信号灯的配时,优化车辆的通行顺序,引导车辆选择最优路线,从而最大限度地减少交通拥堵,提高道路通行效率。书中还提到了“智能停车诱导”的应用,传感器能够实时监测停车位的占用情况,并将空闲车位的信息通过手机App或路边显示屏推送给驾驶员,大大减少了寻找车位的无效绕行,节省了时间和燃油。此外,书中还详细介绍了如何利用传感器监测道路结冰、积水等危险情况,并及时向车辆发出预警,提高行车安全。这种由传感器网络支撑的智能化交通管理,不仅能够提升城市的运行效率,更能为市民带来更加便捷、舒适的出行体验,让城市交通焕发出勃勃生机。

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刚拿到这本《无线传感器网络技术与应用》,迫不及待地翻开,就被其中对未来城市生活描绘的宏伟蓝图深深吸引。它不仅仅是一本技术书籍,更像是一扇窗,让我得以窥见一个充满智慧、高效运作的未来社会。想象一下,遍布城市每一个角落的传感器,如同无形的神经末梢,实时监测着空气质量、交通流量、能源消耗,甚至连居民的出行习惯、健康状况也能被温和而隐秘地捕捉。这些海量的数据汇聚起来,通过先进的网络技术进行分析,最终指导城市管理者做出更明智的决策。例如,在交通拥堵时,系统能够自动调整信号灯配时,优化车辆调度,甚至引导部分车辆绕行,大大缓解交通压力。在能源供应紧张时,能够智能识别低谷时段,鼓励错峰用电,提高能源利用效率。更让我着迷的是书中对“智慧社区”的设想,传感器能够感知老年人的活动状态,一旦出现异常,会及时通知家人或护理人员;能够监测家庭环境的温度、湿度,自动调节空调和新风系统,为居民提供最舒适的生活空间;甚至能够监测水电煤气的使用情况,及时发现跑冒滴漏,避免安全隐患和不必要的浪费。这种技术与生活的高度融合,让我的思绪飞扬,不禁开始畅想自己身处其中,享受科技带来的便利与安全,那种感觉一定非常奇妙。书中细致地阐述了实现这一切所需要的关键技术,包括传感器节点的设计、网络的构建、数据的传输与处理,以及安全保障等,这些内容让我对无线传感器网络有了更深刻的理解,也让我对未来科技的发展充满了期待。它不仅仅是理论的堆砌,更多的是对未来生活方式的深度探索和实践指导,让我对科技的进步产生了由衷的敬畏和向往。

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《无线传感器网络技术与应用》这本书,让我深刻体会到科技如何能够让“智能家居”变得更加触手可及、更加人性化。书中对家庭环境智能化管理与控制的详细描述,让我对未来的居住体验充满了憧憬。我尤其被书中描绘的“个性化环境调节与安全防护”的场景所打动。想象一下,家中的每一个房间都可能部署着微型的无线传感器节点,它们能够监测室内温度、湿度、光照强度、空气质量,甚至能够感知家中是否有人的存在。这些传感器协同工作,通过与智能家电的互联互通,能够根据用户的偏好和习惯,自动调节空调、地暖、新风系统、灯光等设备,为用户营造最舒适、最健康的生活环境。例如,当用户下班回家前,系统可以提前开启空调,将室内温度调节到最适宜的水平;当检测到空气质量下降时,新风系统会自动启动,净化室内空气;当用户离开家时,所有灯光和不必要的电器都会自动关闭,节约能源,同时也提高了安全性。书中还提到了家庭安全防护的应用,比如无线门窗传感器、烟雾探测器、燃气泄漏传感器等,一旦发生异常情况,它们会立即将警报信息发送到用户的手机,并可能联动启动家庭安防系统,为家庭安全提供全方位的保障。这种由传感器网络构筑的智能家居系统,不仅仅是简单的远程控制,更是对生活细节的深度感知和智能响应,它让科技真正融入生活,让我们的家变得更加温馨、便捷、安全。

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《无线传感器网络技术与应用》这本书,为我揭示了“工业4.0”和“物联网”时代下,制造行业的深刻变革。书中对于无线传感器网络在智能制造中的应用,尤其是“预测性维护”和“生产过程优化”方面的论述,让我印象深刻。我被书中描绘的“设备状态实时监测与故障预警”的场景所深深吸引。在现代化的工厂中,无数的生产设备,如机器人、数控机床、传送带等,都集成了大量的无线传感器。这些传感器能够实时监测设备的运行状态,比如振动、温度、压力、电流、噪音等关键参数。这些数据被无线传输到中央监控系统,通过强大的数据分析和机器学习算法,系统能够识别出设备潜在的故障迹象,甚至在故障发生之前就发出预警。这样,维修人员就可以提前进行计划性维护,避免突发性的设备停机,从而最大限度地减少生产损失,提高设备的可用性。书中还详细介绍了如何利用传感器优化生产流程。例如,通过监测物料在生产线上的流动情况,可以识别出生产瓶颈,并及时调整生产计划和设备布局,提高整体生产效率。此外,书中还探讨了如何利用传感器对产品质量进行实时追溯和监控,确保每一件出厂的产品都符合质量标准。这种由传感器网络支撑的智能化制造,将生产过程变得更加透明、高效和可控,它不仅提高了生产效率和产品质量,更推动着制造业向着更智能、更柔性的方向发展,为未来的工业生产注入了新的活力。

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在阅读《无线传感器网络技术与应用》这本书的过程中,我对“智能电网”的概念有了更为具象化的理解。书中对于无线传感器网络在电力系统中的应用进行了详尽的阐述,尤其是在提高电网的稳定性和智能化水平方面,给我留下了深刻的印象。我被书中描绘的“分布式能源接入与管理”的场景所吸引。随着太阳能、风能等可再生能源的普及,电网的结构变得越来越复杂,传统的集中式电网管理模式面临挑战。无线传感器网络能够帮助我们实现对分布式能源的精确感知和智能调度。例如,遍布电网各个节点(如变压器、线路、用户端)的传感器,可以实时监测电压、电流、频率、功率因数等关键参数,并将这些数据反馈到智能电网控制中心。当出现电网负荷波动、或者分布式能源出力不稳定的情况时,系统能够快速做出响应,通过调整电网的连接、优化电力调度,甚至启停部分分布式电源,来维持电网的稳定运行。书中还提到了“智能电表”的应用,通过无线通信技术,电表能够将用户的用电数据实时上传,方便用户了解自己的用电情况,也为电力公司进行需求侧管理、实施分时电价提供了可能。此外,书中还探讨了如何利用传感器监测电网设备的运行状态,进行故障预警和预测性维护,从而减少停电事故的发生,提高供电的可靠性。这种由传感器网络支撑的智能化电网,不仅能够更高效地利用能源,降低损耗,更能为建设安全、可靠、可持续的未来能源体系奠定坚实基础。

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《无线传感器网络技术与应用》这本书给我带来的最大感受,是一种对环境监测前沿技术的深度认知。书中对工业生产过程中无线传感器网络的应用进行了详尽的阐述,尤其是在复杂环境下的监测与控制方面,给我留下了深刻的印象。例如,在一些危险的工业场所,如化工厂、矿井深处、或是高温高压的设备旁边,传统的人工监测方式存在着极大的风险。而无线传感器网络则能够将这些监测任务交由部署在现场的传感器节点来完成。这些节点可以承受恶劣的环境条件,实时采集温度、压力、气体浓度、振动等关键数据,并通过无线方式将数据传输到安全地带的监控中心。一旦出现任何异常情况,例如有害气体浓度超标、设备温度异常升高,系统会立即发出警报,并可能触发自动化的应急响应机制,如切断电源、启动通风系统等,从而最大限度地保障人员安全和生产设备的完好。此外,书中还提到了在大型桥梁、隧道、以及核电站等关键基础设施的健康监测中的应用。传感器节点可以被嵌入到结构的关键部位,实时监测材料的应变、位移、裂纹扩展等情况,一旦发现潜在的安全隐患,就能及时预警,避免重大事故的发生。这种“主动式”的监测和预警模式,与传统的“被动式”事后处理形成了鲜明对比,极大地提升了工业生产的安全性和可靠性。书中对于传感器网络在工业自动化、故障诊断、以及生产过程优化方面的具体实现方案和案例分析,都非常有启发性,让我看到了科技如何能够为工业界带来革命性的变革,提升效率,降低风险。

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《无线传感器网络技术与应用》这本书,为我打开了探索“智能仓储与物流”新世界的大门。书中关于如何利用无线传感器网络优化供应链管理、提升物流效率的论述,让我耳目一新。我尤其对书中描绘的“实时库存管理与追踪”场景印象深刻。想象一下,在一个大型的物流中心或仓库中,每一件商品、每一个货架,甚至每一个集装箱,都可能被赋予一个带有无线传感器标签的电子身份。这些传感器能够实时感知货物的状态,比如位置、温度(对于冷链物流而言)、湿度、是否被移动等,并将这些信息通过无线网络传输到中央管理系统。仓库管理员可以随时掌握每一件货物的精确位置和状态,无需耗费大量人力物力进行盘点。当有订单需要拣货时,系统能够自动指示最优的拣货路径,并引导拣货员快速准确地找到所需货物。此外,书中还介绍了如何利用传感器监测货物的运输过程。在长途运输过程中,传感器可以持续跟踪货物的位置,并监测运输环境的温度、湿度等,确保货物在运输过程中不会因环境变化而受损。一旦发现异常,系统会立即通知承运方和收货方,以便及时采取补救措施。这种由传感器网络驱动的智能化仓储与物流,不仅能够显著降低运营成本,提高作业效率,更能提升客户满意度,为企业在激烈的市场竞争中赢得优势。它让我看到,在看不见的网络背后,科技正以前所未有的力量,驱动着全球商品的流通变得更加高效、透明和安全。

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在阅读《无线传感器网络技术与应用》的过程中,我对于环境保护监测的精细化和智能化有了全新的认识。书中对于“环境监测网络”的详细阐述,让我看到了无线传感器技术在守护地球家园方面所能发挥的巨大作用。我特别被书中描述的“水质与空气质量实时监测”的案例所吸引。想象一下,在河流、湖泊、海洋等水体中,以及城市工业区、居民区等空气质量敏感区域,部署了大量的无线传感器节点。这些节点可以测量水体中的溶解氧、pH值、浊度、污染物浓度(如重金属、有机物等),以及空气中的PM2.5、PM10、O3、SO2、NOx等关键指标。这些数据通过无线网络被实时传输到环境监测中心。一旦监测到水体污染超标或空气质量恶化,系统能够立即发出预警,并准确定位污染源,为环保部门采取及时有效的治理措施提供关键依据。书中还提到了如何利用传感器监测森林火灾的发生,通过对温度、湿度、烟雾浓度的实时感知,可以在火灾初期就得到预警,为扑灭火灾争取宝贵时间,最大限度地减少森林资源的损失。此外,书中还探讨了如何利用传感器监测野生动物的活动范围、迁徙规律,以及土壤侵蚀、地质灾害等情况。这种由传感器网络构建的“环境哨兵”体系,为我们提供了前所未有的、精细入微的环境感知能力,让我们能够更早地发现、更有效地应对环境挑战,为建设一个可持续发展的社会提供了强大的技术支撑。

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阅读《无线传感器网络技术与应用》,我开始从一个全新的角度审视我们所处的医疗健康领域。书中对医疗物联网(IoMT)的详细阐述,让我看到了无线传感器网络在提升医疗服务质量、改善患者体验方面的巨大潜力。我尤其被书中描述的“远程医疗监护”场景所吸引。想象一下,一位患有慢性疾病的老年人,在家中佩戴一款轻巧的智能可穿戴设备,这款设备就相当于一个微型的无线传感器节点。它能够实时监测用户的生理参数,比如心率、血压、血氧饱和度、体温、血糖等,并将这些数据通过无线网络安全地传输到医院的医疗信息平台。医生或护理人员可以通过这个平台,随时了解患者的健康状况,而无需患者频繁往返医院。当监测到用户的生理参数出现异常波动时,系统会立即向医生发出警报,以便医生及时进行干预,调整治疗方案,甚至提前预警可能发生的急性发作。书中还提到了在手术过程中的应用,微型传感器可以被植入到患者体内,实时监测术中生理反应,帮助医生更好地评估手术效果和患者的耐受程度。此外,书中还探讨了如何利用无线传感器网络构建智能化的医院环境,比如在病房内监测病人的活动情况,自动调节室内温湿度,以及实现床位资源的智能分配等。这种将先进的通信技术与精密的传感技术相结合,为医疗健康领域带来了前所未有的智能化和人性化变革,让我对未来的健康生活充满了期待。它不仅仅是技术层面的革新,更是对生命关怀方式的深刻重塑。

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翻阅《无线传感器网络技术与应用》这本书,我仿佛进入了一个由无数微小智能节点构成的庞大生命体。它所描绘的农业物联网场景,令我印象深刻。书中详细描述了如何利用无线传感器网络实现对农田环境的精细化监测与管理。想象一下,在广袤的农田中,部署着无数个微型传感器,它们能够实时监测土壤的湿度、温度、pH值,以及空气的湿度、光照强度、二氧化碳浓度等关键环境参数。这些数据被无线传输到中央控制系统,通过强大的数据分析和智能算法,系统能够精确地了解每一块农田的具体状况。当土壤湿度低于作物生长所需的临界值时,系统会联动灌溉设备,精准地为需要水分的区域进行灌溉,避免水资源的浪费,同时也保证了作物的最佳生长状态。同样,根据光照和二氧化碳浓度,系统还能智能地调节温室的遮光帘和通风系统,为作物创造最适宜的光照和生长环境。更重要的是,书中还介绍了如何利用传感器监测病虫害的发生情况,通过早期预警,可以及时采取针对性的防治措施,减少农药的使用,生产出更健康、更优质的农产品。这种“精准农业”的理念,不仅能够显著提高农作物产量和品质,还能最大限度地减少对环境的影响,实现农业的可持续发展。书中对传感器节点功耗优化、网络鲁棒性设计、以及异构传感器数据融合等关键技术的深入探讨,让我看到了实现这一宏伟愿景的坚实基础,也让我对未来农业的智能化发展充满了信心。这是一种令人振奋的科技进步,它将农业从经验驱动转变为数据驱动,让每一粒种子都能得到最科学、最精心的呵护。

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