隨著新一代信息技術(shù)飛速融入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化逐步成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點和通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析等功能。結(jié)合當前鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等契機，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準化保障、高質(zhì)量運營水平、智能化決策支撐。

由三維仿真場景，結(jié)合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、精準農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)四部分組成，實現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控全方位覆蓋，多種設(shè)備及多種技術(shù)相結(jié)合的安全防范管理系統(tǒng)，為農(nóng)場提供先進、快捷、行之有效的科技管理手段，以更直觀、更透明的展示方式，提高生產(chǎn)質(zhì)量和管理規(guī)范。

針對目前農(nóng)場多模態(tài)信息展示直觀性差和農(nóng)場內(nèi)“人機工況、作物健康、產(chǎn)品質(zhì)量”等多模態(tài)信息主動感知與識別技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)缺少整合分析等現(xiàn)狀，通過數(shù)字孿生技術(shù)，形成數(shù)據(jù)展示方案，打造智慧農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生平臺。　

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運算準確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實時性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。

運算層：運算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項先進關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知，數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài)，它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實體的早期預(yù)警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測推演，是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實體未來的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價映射：數(shù)字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互，起到“數(shù)化”、“保真”效果。

實時交互：基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構(gòu)建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)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(yù)測優(yōu)化：根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進行仿真，實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測，實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶更從容地處理該問題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理，分析規(guī)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，實現(xiàn)對物理實體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。

3.智慧農(nóng)業(yè)實景三維動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能

（1）數(shù)字孿生技術(shù)可以幫助農(nóng)民更加精細地設(shè)計和規(guī)劃農(nóng)田。通過收集和分析相關(guān)的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，如土壤質(zhì)量、水源情況和氣候條件等，數(shù)字孿生技術(shù)可以構(gòu)建出農(nóng)田的數(shù)字化模型。農(nóng)民可以利用這個模型模擬不同的種植方案，并預(yù)測其對農(nóng)作物生長的影響。這不僅有助于農(nóng)民做出更加科學和有效的決策，而且可以提高農(nóng)田的利用率和產(chǎn)量。

（2）數(shù)字孿生技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。通過使用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以收集大量的農(nóng)田數(shù)據(jù)，如土壤濕度、溫度和光照強度等。這些數(shù)據(jù)可以與數(shù)字孿生模型進行對比，以實時監(jiān)測植物的生長情況和健康狀態(tài)。數(shù)字孿生技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并幫助農(nóng)民采取相應(yīng)的措施，從而減少損失和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

（3）數(shù)字孿生技術(shù)還可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈管理。通過整合不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，如種植、收獲、加工和銷售等，數(shù)字孿生技術(shù)可以提供實時的供應(yīng)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(yīng)鏈管理不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，而且有助于增強農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力。

（4）數(shù)字孿生技術(shù)在農(nóng)業(yè)教育和培訓領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學生和農(nóng)民可以在模擬的農(nóng)田環(huán)境中學習和實踐各種農(nóng)業(yè)技術(shù)和技能。數(shù)字孿生技術(shù)提供的虛擬實踐機會不僅可以降低實地實踐的成本和風險，而且可以提高學習和培訓的效率和效果。