隨著新一代信息技術飛速融入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、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，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，實現(xiàn)農(nóng)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(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、高質量運營水平、智能化決策支撐。

由三維仿真場景，結合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、精準農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)四部分組成，實現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控全方位覆蓋，多種設備及多種技術相結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“人機工況、作物健康、產(chǎn)品質量”等多模態(tài)信息主動感知與識別技術獲取的數(shù)據(jù)缺少整合分析等現(xiàn)狀，通過數(shù)字孿生技術，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

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術的各類新型基礎設施。

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鍵技術實現(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。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。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應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)字孿生體能夠實現(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(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)的預測，預先知曉未來狀態(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)的預測，預先覺察即將可能發(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。

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)字孿生技術可以幫助農(nóng)民更加精細地設計和規(guī)劃農(nóng)田。通過收集和分析相關的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，如土壤質量、水源情況和氣候條件等，數(shù)字孿生技術可以構建出農(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)字孿生技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關鍵的作用。通過使用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術，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)字孿生技術能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并幫助農(nóng)民采取相應的措施，從而減少損失和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

（3）數(shù)字孿生技術還可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)供應鏈管理。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)字孿生技術可以提供實時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)品的質量和安全性。優(yōu)化供應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)字孿生技術在農(nóng)業(yè)教育和培訓領域也具有廣泛的應用前景。通過虛擬現(xiàn)實技術，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)技術和技能。數(shù)字孿生技術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。