隨著(zhù)新一代信息技術(shù)飛速融入傳統產(chǎn)業(yè)，農業(yè)數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化逐步成為農業(yè)現代化發(fā)展的基石。依托云計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，部署于農業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)的各種傳感節點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現農業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析等功能。結合當前鄉村振興戰略等契機，為農業(yè)生產(chǎn)提供精準化保障、高質(zhì)量運營(yíng)水平、智能化決策支撐。

由三維仿真場(chǎng)景，結合高清視頻監控系統、精準農業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸系統四部分組成，實(shí)現數字監控全方位覆蓋，多種設備及多種技術(shù)相結合的安全防范管理系統，為農場(chǎng)提供先進(jìn)、快捷、行之有效的科技管理手段，以更直觀(guān)、更透明的展示方式，提高生產(chǎn)質(zhì)量和管理規范。

針對目前農場(chǎng)多模態(tài)信息展示直觀(guān)性差和農場(chǎng)內“人機工況、作物健康、產(chǎn)品質(zhì)量”等多模態(tài)信息主動(dòng)感知與識別技術(shù)獲取的數據缺少整合分析等現狀，通過(guò)數字孿生技術(shù)，形成數據展示方案，打造智慧農業(yè)數字孿生平臺?！?/p>

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現，實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài)，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類(lèi)場(chǎng)景的數字孿生體的最終價(jià)值體現，具體表現為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

等價(jià)映射：數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互，起到“數化”、“保真”效果。

實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀(guān)、性能、位置、異常等?！皩?shí)時(shí)”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實(shí)體間存在數據及指令互動(dòng)。

共生演進(jìn)：“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優(yōu)化：根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測，預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測，實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測，預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.智慧農業(yè)實(shí)景三維動(dòng)態(tài)監測系統功能

（1）數字孿生技術(shù)可以幫助農民更加精細地設計和規劃農田。通過(guò)收集和分析相關(guān)的農業(yè)數據，如土壤質(zhì)量、水源情況和氣候條件等，數字孿生技術(shù)可以構建出農田的數字化模型。農民可以利用這個(gè)模型模擬不同的種植方案，并預測其對農作物生長(cháng)的影響。這不僅有助于農民做出更加科學(xué)和有效的決策，而且可以提高農田的利用率和產(chǎn)量。

（2）數字孿生技術(shù)在農業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵的作用。通過(guò)使用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以收集大量的農田數據，如土壤濕度、溫度和光照強度等。這些數據可以與數字孿生模型進(jìn)行對比，以實(shí)時(shí)監測植物的生長(cháng)情況和健康狀態(tài)。數字孿生技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現潛在的問(wèn)題，并幫助農民采取相應的措施，從而減少損失和提高農業(yè)生產(chǎn)效益。

（3）數字孿生技術(shù)還可以?xún)?yōu)化農業(yè)供應鏈管理。通過(guò)整合不同環(huán)節的數據，如種植、收獲、加工和銷(xiāo)售等，數字孿生技術(shù)可以提供實(shí)時(shí)的供應鏈可視化和優(yōu)化方案。這有助于減少資源浪費和成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。優(yōu)化供應鏈管理不僅可以提高農業(yè)生產(chǎn)的效率，而且有助于增強農產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。

（4）數字孿生技術(shù)在農業(yè)教育和培訓領(lǐng)域也具有廣泛的應用前景。通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)生和農民可以在模擬的農田環(huán)境中學(xué)習和實(shí)踐各種農業(yè)技術(shù)和技能。數字孿生技術(shù)提供的虛擬實(shí)踐機會(huì )不僅可以降低實(shí)地實(shí)踐的成本和風(fēng)險，而且可以提高學(xué)習和培訓的效率和效果。