隨著新一代信息技術飛速融入傳統產業(yè)，農業(yè)數字化、網絡化、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、物聯網等技術，部署于農業(yè)生產現場的各種傳感節(jié)點和通信網絡，實現農業(yè)生產環(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，為農業(yè)生產提供精準化保障、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、精準農業(yè)傳感網絡系統、無線網絡傳輸系統四部分組成，實現數字監(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，為農場提供先進、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，提高生產質量和管理規(guī)范。

針對目前農場多模態(tài)信息展示直觀性差和農場內“人機工況、作物健康、產品質量”等多模態(tài)信息主動感知與識別技術獲取的數據缺少整合分析等現狀，通過數字孿生技術，形成數據展示方案，打造智慧農業(yè)數字孿生平臺。　

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯網技術的各類新型基礎設施。

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、保證交互實時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關鍵技術實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值體現，實現系統認知、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描述及呈現物理實體的狀態(tài)，它是實現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實現數字孿生體的狀態(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字孿生體的最終價值體現，具體表現為不同行業(yè)的各種產品，能夠明顯推動各行各業(yè)的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

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

實時交互：基于實時傳感等多元數據的獲取，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”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實體間存在數據及指令互動。

共生演進：“共生”體現在數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。共智體現在三個層面: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：根據物理實體的各項真實數據，通過數字孿生體進行仿真，實現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。根據物理實體的實時運行狀態(tài)，通過數字孿生體進行監(jiān)測，實現對系統不穩(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，實現對物理實體決策優(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)實景三維動態(tài)監(jiān)測系統功能

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

（2）數字孿生技術在農業(yè)生產過程中發(fā)揮著關鍵的作用。通過使用傳感器和物聯網技術，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行對比，以實時監(jiān)測植物的生長情況和健康狀態(tài)。數字孿生技術能夠及時發(fā)現潛在的問題，并幫助農民采取相應的措施，從而減少損失和提高農業(yè)生產效益。

（3）數字孿生技術還可以優(yōu)化農業(yè)供應鏈管理。通過整合不同環(huán)節(jié)的數據，如種植、收獲、加工和銷售等，數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，提高產品的質量和安全性。優(yōu)化供應鏈管理不僅可以提高農業(yè)生產的效率，而且有助于增強農產品的市場競爭力。

（4）數字孿生技術在農業(yè)教育和培訓領域也具有廣泛的應用前景。通過虛擬現實技術，學生和農民可以在模擬的農田環(huán)境中學習和實踐各種農業(yè)技術和技能。數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。