数字孪生系统在农业生产中的应用探讨

顾生浩,卢宪菊,王勇健,郭新宇*

(1.北京农业信息技术研究中心,数字植物北京市重点实验室,北京 100097;2.国家农业信息化工程技术研究中心,北京 100097)

数字孪生(digital twin,DT)以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力[1]。2003年，密歇根州立大学Grieves[2]首次提出数字孪生的概念，并将其定义为一种实体和虚拟产品相连接的三维模型。随后DT技术在制造业的产品设计、生产制造、故障预测等细分领域逐渐得到应用，并显示出独特的技术优势。国际权威信息技术咨询机构Gartner连续3年(2017、2018、2019年)将数字孪生评为全球未来十大关键技术之一，这项技术对于弥合制造业物理世界和信息世界的鸿沟，推动新一代信息技术与制造业深度融合，进而实现中国制造2025和工业4.0的核心理念——智能制造具有重要作用。当前，随着5G、虚拟现实和增强现实等技术的成熟和商用部署应用，DT技术正在加速与其他行业的深度融合，已经成为智慧城市管理等复杂系统认知和管控的关键技术之一。随着农业传感器、物联网技术、农业模型和大数据分析系统、农业智能装备和专用机器人等科技成果的不断涌现，农业科研、生产、流通和服务领域已经快速实现了数字化和网络化，正向智能化阶段迈进。农业数字孪生系统将有机整合、融合农业生产的物理实体和数字赛博空间，实现“连接-感知-决策-控制”一体化，能够更好地感知和认知农业复杂系统并实现智慧管控，有望为农业数字化转型升级提供新动能。……