數(shù)字孿生在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用探索

摘" 要：數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生是構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新發(fā)展格局，貫徹新發(fā)展理念的重要路徑。但是，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生研究和應(yīng)用當(dāng)前還不成熟，亟需進(jìn)一步推動數(shù)字孿生技術(shù)和農(nóng)業(yè)融合發(fā)展。通過探究數(shù)字孿生在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)及數(shù)字化的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)揮的作用，分析臨沂市平邑縣九間棚村農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生典型應(yīng)用場景及案例，分析數(shù)字孿生賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)條件、應(yīng)用前景和發(fā)展建議，結(jié)合農(nóng)業(yè)數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)成果，進(jìn)一步提出實現(xiàn)數(shù)字孿生在服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)縱深應(yīng)用的創(chuàng)新路徑，為推進(jìn)數(shù)字農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；數(shù)字孿生；農(nóng)文旅融合；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：F323.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）04-0006-05

Abstract： Digital twin technology has a broad application prospect. Agricultural digital twin is an important way to construct a new development pattern of modern agriculture and implement the new development concept. However， the research and application of agricultural digital twins are not mature at present， and there is an urgent need to further promote the integrated development of digital twin technology and agriculture. By exploring the present situation and role of digital twins in modern agricultural industry and digitalization， this paper analyzes the typical application scenarios and cases of agricultural digital twins in Jiujianpeng Village， Pingyi County， Linyi City. This paper analyzes the basic conditions， application prospects and development suggestions of digital twins for the high-quality development of modern agriculture. Furthermore， based on the achievements of agricultural digital infrastructure， this paper puts forward an innovative path to realize the in-depth application of digital twin in serving modern agriculture， so as to provide a reference for promoting the application of digital agriculture and agricultural digital twin system.

Keywords： smart agriculture; digital twins; integration of agriculture， literature and tourism; Internet of Things technology; data collection

數(shù)字農(nóng)業(yè)是以數(shù)字化技術(shù)處理和分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、環(huán)境和全過程的信息管理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料綜合。通過引入數(shù)字農(nóng)業(yè)，我們可以大幅度改善傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，并且將數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)的各個環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，從而發(fā)揮出更大的作用。通過運用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可以有效地優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源的配置和管理，從而大大減少資源的浪費，提升農(nóng)產(chǎn)品的競爭力，這是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路。數(shù)字孿生技術(shù)作為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一正成為數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域的焦點[1]。近年來，隨著面向行業(yè)的數(shù)字孿生政策頻頻出臺，推動了數(shù)字孿生技術(shù)在多種行業(yè)領(lǐng)域的縱深應(yīng)用，我國數(shù)字孿生政策體系逐漸形成，為多產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)造了較好的環(huán)境。數(shù)字孿生與農(nóng)業(yè)的結(jié)合將極大地推動農(nóng)業(yè)數(shù)字化和智能化發(fā)展，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化轉(zhuǎn)型升級提供新基礎(chǔ)[2]。

1" 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

數(shù)字孿生經(jīng)歷長期發(fā)展已成為和人工智能、區(qū)塊鏈等并列的數(shù)字技術(shù)，數(shù)字孿生是對物理實體發(fā)數(shù)字化仿真呈現(xiàn)，以不同時間和空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合多種數(shù)字模型，實現(xiàn)對物理對象的映射呈現(xiàn)、分析優(yōu)化、診斷預(yù)測及閉環(huán)控制。2018年，美國國防部發(fā)布國防數(shù)字工程戰(zhàn)略為數(shù)字孿生的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，數(shù)字孿生應(yīng)用不斷跨行業(yè)延申，從航天制造業(yè)領(lǐng)域向城市、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域拓展。2020年，聯(lián)合國啟動了海洋數(shù)字孿生項目，幫助預(yù)測海洋未來的演變。2022年3月歐盟計劃投資1.5億歐元，發(fā)起旨在建立一個全面和高精度的數(shù)字孿生地球。

隨著國內(nèi)農(nóng)業(yè)數(shù)字模型、空天地一體化農(nóng)業(yè)管控、區(qū)塊鏈農(nóng)產(chǎn)品溯源等科技成果的不斷成熟，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不同階段領(lǐng)域已經(jīng)快速實現(xiàn)了初步數(shù)字化，正在走向智能化。數(shù)字孿生在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方面應(yīng)用不斷深入，王志強等[3]提出將數(shù)字孿生用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可以幫助管理人員進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的在線管控，農(nóng)民可以根據(jù)實時的數(shù)字信息輕松檢測故障和錯誤并遠(yuǎn)程啟動操作，數(shù)字孿生形成農(nóng)業(yè)數(shù)字化的整體方案設(shè)計，形成了種植、生產(chǎn)、營銷全過程的信息化系統(tǒng)。還有研究基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集，通過分析處理和決策控制，有效實現(xiàn)對作物生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化管理[4]。很多學(xué)者將圖像處理和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生，進(jìn)行檢測和提取農(nóng)作物植物表型，進(jìn)而建立虛擬數(shù)字植物模型[5]。在植物表型方面對植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的參數(shù)測量、點云提取和三維重建。利用農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建植物生長發(fā)育基本模型，建立數(shù)字植物數(shù)字系統(tǒng)幫助以水稻為研究對象進(jìn)行分子設(shè)計育種工作[6-7]。

近年來，國內(nèi)對數(shù)字孿生和農(nóng)業(yè)相結(jié)合開展相關(guān)應(yīng)用集成和示范取得較好的效果。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院建設(shè)的“基于web3.0的新一代農(nóng)業(yè)認(rèn)養(yǎng)平臺”通過去中心化、開放、共享的理念，打造全新的農(nóng)業(yè)認(rèn)養(yǎng)模式與用戶體驗，讓消費者借助數(shù)字技術(shù)親身感受更加安全、透明、有趣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程。通過新技術(shù)和新理念的應(yīng)用，將虛擬農(nóng)業(yè)與現(xiàn)實農(nóng)業(yè)結(jié)合，為數(shù)字農(nóng)業(yè)與未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支持和應(yīng)用場景示范；通過VR、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)綜合構(gòu)建元宇宙虛擬農(nóng)場[8-9]。中國聯(lián)通黑龍江省分公司通過元宇宙數(shù)字孿生技術(shù)整合涉農(nóng)資源，打造數(shù)字孿生植物工廠并通過數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)作物三維建模，利用無人機傾斜攝影制作3D地圖，實現(xiàn)農(nóng)田精細(xì)化管理，為農(nóng)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級提供新動能。

相較于國內(nèi)對于數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究，國外的相關(guān)研究時間更長，許多發(fā)達(dá)國家的探索路徑是值得借鑒的，雖然各地區(qū)受地域影響不能將全部經(jīng)驗付諸實踐，具體的實施過程也存在著差異性，但是在科技研發(fā)力量上的投入都是不斷增大的，近年來，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和數(shù)字孿生技術(shù)的結(jié)合點越來越多。通過數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，將大大提高數(shù)據(jù)的利用水平，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力與經(jīng)濟效益的提升。在數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展的新時代，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必須適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展新道路，貫徹新發(fā)展理念，以數(shù)字孿生為代表創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用培育新動能，推動新發(fā)展。

2" 數(shù)字孿生在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用邏輯

2.1" 數(shù)字孿生技術(shù)及特征

數(shù)字孿生是在2018年前后第一次在美國密歇根大學(xué)的相關(guān)課程上出現(xiàn)的。美國NASA在2010年正式提出數(shù)字孿生的一詞。后續(xù)美軍開展了數(shù)字孿生在飛機操控管理中的應(yīng)用研究。2012年，NASA和美軍聯(lián)合發(fā)表了一篇關(guān)于“Digital Twin”的論文，指出數(shù)字孿生是可以推動未來飛行器的進(jìn)一步發(fā)展。IOS將數(shù)字雙生定義為——數(shù)字孿生是指在物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間保持同步變化，具有數(shù)據(jù)交互的物理實體或業(yè)務(wù)流程的數(shù)字化呈現(xiàn)。數(shù)字孿生的學(xué)術(shù)定義一般為：數(shù)字孿生是指借助以往數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，基于相關(guān)算法以數(shù)字化方式創(chuàng)建的真實物體的虛擬模型，仿真、檢測、估算和管理物體的技術(shù)方法。從數(shù)字孿生的定義可以看出，數(shù)字孿生具有可擴展性、閉環(huán)性、互操作性、實時性和保真性等典型特點。

數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)來源是行業(yè)應(yīng)用的各種傳感器，這些傳感器采集對應(yīng)實體不同方面的信息（如濕度、光照、土壤環(huán)境等），然后將該數(shù)據(jù)提交到數(shù)據(jù)中臺并產(chǎn)生數(shù)據(jù)模型。繼而使用虛擬模型對真實系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，整個過程可以挖掘出新的應(yīng)用效益，進(jìn)而優(yōu)化提升物理實體的運行質(zhì)量和效果。

2.2" 數(shù)字孿生在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用邏輯

數(shù)字孿生是運用新一代的信息智能技術(shù)研發(fā)出來的基礎(chǔ)應(yīng)用支撐，用來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)流程數(shù)字化和智能化為目的的技術(shù)革新。在信息數(shù)據(jù)海量產(chǎn)生的時代，數(shù)據(jù)的增長已經(jīng)是按毫秒尺度進(jìn)行計量，來源復(fù)雜多樣、數(shù)據(jù)種類繁多，各種能夠體現(xiàn)出價值的數(shù)據(jù)密度卻非常低，那么在大數(shù)據(jù)時代的背景下，如何解決通過數(shù)據(jù)模擬在物理世界中的狀態(tài)，并解決物理世界的困難，是一個可以解決“智能”關(guān)鍵性的問題。在此背景下，人們更加注重數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，真正對物體實現(xiàn)有效控制就必須把精準(zhǔn)的信息進(jìn)行收集采集處理和有效組織，最終輸出有效信息并加以利用。無論是無人農(nóng)場，還是智能溫室或大田，建立有效的信息鏈路，提升數(shù)據(jù)精確度，重點都是建立完整的數(shù)據(jù)循環(huán)鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。目前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠采集降雨、溫濕度、光照和土壤環(huán)境等物理量的傳感器已在部分示范園區(qū)大量使用，讓平臺高效采集更多優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息。數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)和升級為各種信息在網(wǎng)絡(luò)鏈路中的循環(huán)運行提供了基礎(chǔ)條件。

數(shù)字孿生的關(guān)鍵邏輯是把基本原理應(yīng)用于生產(chǎn)實踐的高級階段，是為真實物理實體在虛擬平行空間建立數(shù)字體，在數(shù)字模型體的基礎(chǔ)上進(jìn)一步模擬實體環(huán)境數(shù)據(jù)，虛擬物體在真實環(huán)境中所產(chǎn)生的狀態(tài)，核心邏輯依賴于計算機科學(xué)及物理等多方面技術(shù)支撐。在數(shù)字孿生系統(tǒng)中可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)物理實體進(jìn)行數(shù)字感知、實時控制，對物理實體在未來某時刻的狀態(tài)和行為進(jìn)行預(yù)測，減少不確定因素的干擾。

3" 數(shù)字孿生典型案例應(yīng)用分析

以平邑縣省級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園基于大數(shù)據(jù)、遙感監(jiān)測、數(shù)字孿生等技術(shù)，開發(fā)建設(shè)的金銀花空天地一體化融合感知平臺為實例分析數(shù)字孿生在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用狀況。平臺利用三維數(shù)字地球基礎(chǔ)平臺，承載農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)、融合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、集成遙感大數(shù)據(jù)，形成農(nóng)業(yè)數(shù)字底盤，并建立覆蓋時空數(shù)據(jù)感知、挖掘分析、管控的全業(yè)務(wù)流程，對區(qū)域種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，形成時空連續(xù)的金銀花專題地塊數(shù)據(jù)集，動態(tài)監(jiān)測土地利用、作物種植面積、土壤環(huán)境和作物健康狀況信息?？仗斓匾惑w化平臺基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生和人工智能等技術(shù)手段，打造了一體化數(shù)字農(nóng)業(yè)創(chuàng)新工程，綜合運用衛(wèi)星遙感監(jiān)測、空中無人機監(jiān)測和地面物聯(lián)網(wǎng)采集點監(jiān)測，實時獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)，建立智能化的數(shù)據(jù)分析與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的優(yōu)化配置。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運用物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管控系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行管控，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率；運用追溯系統(tǒng)，加強消費者對金銀花的信任度，提升品牌形象；運用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員可以對種植全過程進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控，為農(nóng)產(chǎn)品安全溯源提供數(shù)據(jù)保障。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過無線信息采集與組網(wǎng)傳輸、自動控制實現(xiàn)智能化灌溉。

平臺為金銀花種植提供面積監(jiān)測、墑情監(jiān)測、長勢監(jiān)測和產(chǎn)量模型等航天航空遙感生產(chǎn)服務(wù)，提高了數(shù)據(jù)的管理和開發(fā)利用水平，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)多源數(shù)據(jù)的集成采集和線上融合分析，進(jìn)而實現(xiàn)智能化地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、決策。利用衛(wèi)星遙感、無人機、地面采集點傳感網(wǎng)絡(luò)等手段，對金銀花的種植類型、面積、土壤及長勢進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，為智慧化管理提供決策支持。

數(shù)字農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用平臺示意圖如圖1所示。

基于三維地圖實現(xiàn)空天地大數(shù)據(jù)可視化，通過3D地圖直觀查看金銀花種植的梯田分布、地形條件，不同品種的種植面積和分布，查看地塊監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)和監(jiān)控攝像機。

4" 數(shù)字孿生技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用過程中存在的問題

目前，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生取得了較多的技術(shù)上的創(chuàng)新發(fā)展，并在包括農(nóng)業(yè)在內(nèi)的多個行業(yè)得到應(yīng)用，但農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生研究和應(yīng)用當(dāng)前還不成熟，其技術(shù)、應(yīng)用、管理方面還存在不少問題有待解決。

4.1" 農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)要求高，數(shù)據(jù)量大

農(nóng)業(yè)行業(yè)涉及的因素眾多，系統(tǒng)非常復(fù)雜，特別是環(huán)境因素和數(shù)據(jù)對農(nóng)作物影像較大，且變化較快，這使得農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生平行虛擬環(huán)境的建立較為復(fù)雜。以無人機傾斜攝影技術(shù)代表的農(nóng)田大面積三維建模技術(shù)可以全方位還原復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采用全自動化的數(shù)據(jù)處理方式生成模型數(shù)據(jù)，再經(jīng)過勻光勻色等步驟及輕量化處理最終生成三維模型數(shù)據(jù)成果，可以直觀反映真實場景的空間屬性，數(shù)據(jù)具有時間和空間多重屬性，數(shù)據(jù)量大、技術(shù)復(fù)雜度高。

4.2" 農(nóng)業(yè)種植區(qū)域普遍網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)薄弱

部分地區(qū)農(nóng)村電信網(wǎng)絡(luò)雖然已經(jīng)全面覆蓋，但是到偏遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)園區(qū)的比例較少。農(nóng)田山區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定通信基站布設(shè)不夠的問題急需解決。農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生硬件設(shè)備相對發(fā)展較慢，混合現(xiàn)實頭盔等設(shè)備笨重，攜帶不方便，設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分辨率還較低，這也導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生落地應(yīng)用不多。

4.3" 管理人員數(shù)字化技術(shù)能力欠缺

從事農(nóng)業(yè)的實際操作人員多為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民，平均年齡大于50歲，在種田的操作經(jīng)驗上雖然豐富，但在對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的理解和使用上卻存在著許多盲點，如知識儲備不足無法理解操作過程等情況時有發(fā)生，這就導(dǎo)致無法與技術(shù)人員進(jìn)行有效溝通，當(dāng)無法描述具體需求時，技術(shù)人員只能根據(jù)自己的理解對功能板塊進(jìn)行構(gòu)建，很難做出實用于生產(chǎn)，與生產(chǎn)相匹配的系統(tǒng)。九間棚等金銀花特色農(nóng)業(yè)種植區(qū)地處沂蒙山區(qū)，特色農(nóng)業(yè)資源豐富，但是，業(yè)界商人、高新技術(shù)人員、資本欠缺，人才數(shù)量和能力有限。數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)及數(shù)字孿生發(fā)展一定無法離開地方政府的支持，這就需要地方政府和園區(qū)有真正懂得農(nóng)業(yè)和數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的人才進(jìn)行管理。

4.4" 數(shù)字孿生系統(tǒng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景單一，促進(jìn)一二三產(chǎn)融合發(fā)展能力不足

數(shù)字孿生系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域、娛樂領(lǐng)域發(fā)展迅速，和行業(yè)應(yīng)用更貼合，而在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面需要創(chuàng)新和探索，在農(nóng)業(yè)行業(yè)的應(yīng)用方式不夠清晰。就數(shù)字孿生技術(shù)在農(nóng)業(yè)行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀來看，可有效賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用，但是應(yīng)用場景較為單一，功能領(lǐng)域覆蓋不足，一般只實現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)園區(qū)的視頻監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、查看基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)資源等。

5" 數(shù)字孿生技術(shù)賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的路徑

5.1" 夯實融合化的城鄉(xiāng)一體農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字底座

在發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的新的時代背景下，面對城鄉(xiāng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新要求，智慧城市、數(shù)字鄉(xiāng)村與數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)將從政府治理向社會經(jīng)濟的更多領(lǐng)域延伸，從連接流程走向更深入的時空連接，以及數(shù)字空間建設(shè)與城鄉(xiāng)物理空間建設(shè)逐步全面融合。通過數(shù)字空間的建設(shè)，作用于物理空間與社會空間的解耦與重構(gòu)，進(jìn)而推動城鄉(xiāng)經(jīng)濟社會發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變。無論是數(shù)字孿生還是城市信息模型（CIM）平臺，都突出了數(shù)字底座的時空屬性。無論是天空地一體化觀測網(wǎng)絡(luò)還是自然資源三維立體“一張圖”，都對時空數(shù)據(jù)的匯聚與處理能力提出了更高要求。

需要結(jié)合新型智慧城市建設(shè)統(tǒng)籌推進(jìn)信息化基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)中心等建設(shè)，圍繞業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建通用化運營平臺，打造城鄉(xiāng)一體統(tǒng)一、集約、融合及智能的數(shù)字底座。加強多元數(shù)字技術(shù)與信息技術(shù)的融合，在提升時空大數(shù)據(jù)智能分析挖掘效率的同時，保障其應(yīng)用的可信與可靠性，進(jìn)一步激活數(shù)據(jù)要素的潛能。通過構(gòu)建能夠真正映射現(xiàn)實物理世界的數(shù)字孿生時空底座，賦能城鄉(xiāng)覆蓋的各行業(yè)領(lǐng)域的數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級，進(jìn)而滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用和發(fā)展。

5.2" 加強鄉(xiāng)土科技人才培養(yǎng)，提升信息化水平

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對數(shù)字孿生技術(shù)需求較大，但與工業(yè)等產(chǎn)業(yè)相比，農(nóng)作物種類繁多且受限于環(huán)境無法深層次地做到標(biāo)準(zhǔn)化，因此，需要建立覆蓋基礎(chǔ)科研、工程建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的人才儲備，并提供政策和配套等多方面的保障，建立有競爭力的績效評價體系與分配機制，吸引信大數(shù)據(jù)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)等領(lǐng)域的優(yōu)秀人才投入到農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)的研究中。借助高等教育、職業(yè)教育體系培育農(nóng)業(yè)專業(yè)人才，以及建立政產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的農(nóng)業(yè)人才孵化平臺，集聚創(chuàng)新型鄉(xiāng)村人才；加強農(nóng)民培訓(xùn)，促進(jìn)其對數(shù)字技術(shù)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字農(nóng)業(yè)的理解與認(rèn)知；提升鄉(xiāng)村基層政府辦公人員的農(nóng)業(yè)數(shù)字化素養(yǎng)，培養(yǎng)專業(yè)的管理人才。

5.3" 構(gòu)建多尺度農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用場景

目前基于數(shù)字孿生系統(tǒng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景單一的問題，研究現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要創(chuàng)新驅(qū)動，以數(shù)字化賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)村建設(shè)，整體帶動農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展。借鑒特色農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用示范點的科技感，提出構(gòu)建從縣域全域、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、植物生長模型等多種尺度的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用場景，實現(xiàn)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，走好“數(shù)字孿生，農(nóng)業(yè)賦能”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能化管理新路子。

5.3.1" 空天地一體化農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生場景

在縣域尺度大范圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，基于衛(wèi)星遙感、低空無人機、地面物聯(lián)網(wǎng)等手段構(gòu)建了空天地全覆蓋的多元信息監(jiān)測體系，包含衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)感知模塊、空中無人機高光譜數(shù)據(jù)感知模塊、傾斜攝影數(shù)據(jù)感知模塊和地面?zhèn)鞲袛?shù)據(jù)感知采集模塊等，融合無人機、GIS、傳感器等數(shù)據(jù)于一張圖，提供高效數(shù)據(jù)感知、獲取和采集數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)大田種植區(qū)域的全域數(shù)字化生產(chǎn)管理應(yīng)用。

5.3.2" 數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理場景

在村域、產(chǎn)業(yè)園區(qū)尺度等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建三維虛擬農(nóng)場。提出了數(shù)字孿生智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，在數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園中可作物生長周期的動態(tài)仿真呈現(xiàn)，可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理成本，短期內(nèi)可實現(xiàn)獲取大量作物環(huán)境數(shù)據(jù)，為精細(xì)農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持和數(shù)字資源，同時可通過氣象站、環(huán)境監(jiān)測傳感器等傳感設(shè)備實時采集環(huán)境、氣象、水肥等各維度數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和歷年流通數(shù)據(jù)，監(jiān)測作物健康狀況評估產(chǎn)量，還可以對不同環(huán)境條件下農(nóng)作物的品質(zhì)進(jìn)行仿真。同時，對園區(qū)進(jìn)行傾斜攝影三維建模，搭建虛擬三維立體空間實現(xiàn)全息數(shù)據(jù)直觀可視化。

5.3.3" 數(shù)字孿生農(nóng)文旅融合場景

使用虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)可以讓用戶瀏覽園區(qū)風(fēng)景，提供直觀導(dǎo)覽的可視化效果。結(jié)合時間、空間維度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)，采用三維地圖、圖形圖像等技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理。依托大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，獲取售票信息、實時游覽等數(shù)據(jù)情況，圖形化展示旅游月度人次、為游客畫像、消費數(shù)據(jù)分類分析、熱點景點、旅游線路推介和票務(wù)分析等。

運用三維可視化數(shù)字孿生技術(shù)，對山區(qū)全域進(jìn)行傾斜攝影三維建模，打造三維沉浸式數(shù)字化虛擬現(xiàn)實旅游系統(tǒng)，為熱度景點專門打造全景VR虛擬旅游等互動場景，為使用者打造身臨其境的體驗。如針對九間棚紅色旅游景區(qū)在三維地圖直觀展示景區(qū)獨特的梯田景觀、峽谷景觀，以及觀光游、紅色游、度假游和體驗游四大游覽路線，提供直觀導(dǎo)覽的可視化效果。

5.3.4" 數(shù)字孿生植物表型檢測育種場景

在植物生長微觀尺度，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)通過集成光譜數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)交換、快速分析建模，建立高通量植物表型檢測與分析系統(tǒng)，提供及時、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的育種栽培技術(shù)支持。利用高光譜成像可以采集植株的空間坐標(biāo)和光譜數(shù)據(jù)，既可以像獲取植株的幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)，又可以穿透植株的內(nèi)部生理化學(xué)特性。

5.3.5" 數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)場景

數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化還原，為文物保護(hù)提供可行方案，能夠讓觀眾通過數(shù)字化展示更好地了解農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的歷史和文化內(nèi)涵，建立數(shù)字檔案記錄農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的歷史、文化、環(huán)境等因素，為研究工作提供可靠數(shù)據(jù)支持。例如臨沂市平邑縣金銀花-山楂復(fù)合系統(tǒng)獲批第七批中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)候選項目，通過數(shù)字孿生建模能有效展示金銀花－山楂復(fù)合種植模式的作用機理。

5.3.6" 農(nóng)業(yè)元宇宙應(yīng)用場景

農(nóng)業(yè)元宇宙是農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生的高級形式，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生通過建立虛擬平行世界實現(xiàn)對真實世界的高效管理和運行模擬。目前，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生構(gòu)建的虛擬系統(tǒng)和現(xiàn)實世界沒有融合統(tǒng)一，用戶處于觀察者模式，使用虛擬世界的進(jìn)入性不強。農(nóng)業(yè)元宇宙系統(tǒng)和一般意義農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)的區(qū)別主要是更加關(guān)注虛擬和現(xiàn)實的融合及身臨其境的沉浸感。在農(nóng)業(yè)元宇宙中，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生還需結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù)，增加數(shù)字虛擬世界與現(xiàn)實世界的融合互通，同時結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的虛擬化和價值通證，實現(xiàn)更全面更先進(jìn)的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生。

6" 結(jié)束語

總之，數(shù)字孿生技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的作用越來越重要，為數(shù)字賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了新的方法和思路。通過數(shù)字孿生技術(shù)和應(yīng)用案例的分析，對數(shù)字孿生和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的結(jié)合上提供了參考，但是離典型場景實地建設(shè)和應(yīng)用還有很長距離，后續(xù)需要針對不同場景研究打造出多種農(nóng)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的具有更高社會和經(jīng)濟價值的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用。

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