数字孪生技术让智慧农业走近群众

近年来，伴随着互联网等新技术的加速涌现，物联网、云计算、大数据等技术运用到农业生产各环节，数字农业、智慧农业应运而生。我国智慧农业呈现良好发展势头，但普及程度仍然较低，其中一个原因便是缺少让大多数农民能够直观理解、使用的可视化数据交互方式。

数字孪生是指通过各种传感器，如温度、湿度传感器等集成物理反馈数据，并辅以人工智能、机器学习和软件分析，在信息化平台内创建一个数字化模拟，这个模拟会根据反馈做出相应的变化。

山海鲸可视化通过数字孪生技术， 将物联网设备获取到的数据和3D空间渲染相结合，不仅可以直观的观察大棚种植中的常见的指标信息， 而且可以通过大屏管理中的开关对物联网设备进行直接控制，实现一站式的智慧大棚管理。

整个智慧蔬菜大棚系统分为四个模块，分别是园区概览，环境监测、设备服运维和安防管理，各个模块的数据可以通过山海鲸内置数据源接口和IOT协议与大棚系统进行对接。数据源支持实时刷新，模块内容支持自定义修改和定制化开发。

园区概览通过鸟瞰的形式整体呈现了多个大棚的位置和状态，同时周边图表展现了蔬菜种植的种类，种植的分布，产量分析和产值占比。

昼夜切换

通过点击昼夜切换按钮实现了白天和夜晚效果的切换，通过白天的动态光影和夜晚的灯光展现了蔬菜大棚在不同时间的外观。

区域联动

在3D模型中可以动态配置多个兴趣点位，并且可以对点位进行具体详情的设置。展现中通过点击标记点来展示不同蔬菜种植的具体位置和信息。

由于农业系统中对于大棚种植最重要的信息是大棚的整体环境和天气环境，因此环境信息通过对热力传感器和天气数据的整合，实时向管理人员呈现了当前大棚的环境状态，以便决定是否需要通过控制补光灯和风机对环境进行调节。

管理人员通过观察环境模块中的信息后，可以通过设备管理模块，直接对风机和补光灯进行 *** 作。不同大棚的风机和补光灯通过各自按钮可以实现独立的开关控制。

对于整个园区的安防摄像头进行统一的实时状态监测，通过ONVIF标准实时接入监控信息，并且在3D模型中展现了不同监控点具体的位置。对于管理人员更好的掌握园区当前的真实状况有着很好的辅助作用。

现今，科技已经成为农业不可分割的一部分，在农业智能化已成为我国现代农业发展新方向的背景下，智慧农业正在成为乡村振兴发展的重要路径。在这条路径之中数字孪生技术作为让智慧农业走近群众的关键技术环节，在未来还会有更加光明的发展前景。

区别：
1、无线的安装部署简单，有线安装部署实施代价高；
2、无线的覆盖范围相对广，部署成本相对低，有线则相反；
建议：
1、可以采取局部有线+整体无线的部署方式，性价比最优。
如，在终端设备端（如传感设备）用有线连接集中器（类似电力抄表的方案），然后集中器通过无线跟后台服务器连接。

农业智能监控是通过在农业生产现场搭建“物联网” 监控网络，实现对农业生产现场气候环境，土壤状况，作物长势，病虫害情况的实时监测；并根据预设规则，对现场各种农业设施设备进行远程自动化控制，实现农业生产环节的海量数据采集与精准控制执行。
所以土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量、土壤中的PH值、电导率等参数的实时监测以及远程控制滴管、喷灌，远程控制加热装置、加湿装置、除虫装置(电动)，玻璃天窗控制等都可以实现

随着世界各国政府对物联网行业的的政策倾斜和企业的大力支持和投入，物联网产业被急速的催生，根据国内外的数据显示，物联网从1999年至今进行了极大的发展渗透进每一个行业领域。可以预见到的是越来越多的行业领域以及技术、应用会和物联网产生交叉，向物联方向转变优化已经成为了时代的发展方向，物联网的发展，科技融合的加快。
农业物联网：物联网被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。他是以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。在这背后，则是在物体上植入各种微型芯片，用这些传感器获取物理世界的各种信息，再通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网路交互传递，从而实现对世界的感知。
传统农业，浇水、施肥、打药，农民全凭经验、靠感觉。如今，设施农业生产基地，看到的却是另一番景象：瓜果蔬菜该不该浇水？施肥、打药，怎样保持精确的浓度？温度、湿度、光照、二氧化碳浓度，如何实行按需供给？一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都有信息化智能监控系统实时定量“精确”把关，农民只需按个开关，做个选择，或是完全听“指令”，就能种好菜、养好花。 农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

农业物联网是什么？农业物联网是指通过物联网技术把农业生产的各种设备联系起来，监控农产品生长情况，从而智能调控生长环境，提高农产品产出和农业生产效率。

农业物联网应用场景。近年来我国农业物联网发展迅速，智慧灌溉、温室大棚、无人机施肥等先进技术纷纷应用于农业生产中。

农业物联网的作用。提高农业资源的利用效率；降低农业生产成本；提高农业产出，增加农农业物联网行业需求和难题。我国地广人稀，农用土地分布情况复杂，对物联网卡的要求也颇高，不仅需要适应土壤、潮湿、干旱等自然环境，同时也要求信号传输能够稳定快速并且全覆盖，只有这样才能把农业生产设备紧密联系起来。

农业物联网解决方案。针对农业物联网的需求，中景元物联云平台拥有优质的物联网卡资源，提供三网运营商物联网卡接入、管理、运营和数据服务，同时提供农业物联网解决方案与平台支撑。

当前，智慧农业、农业物联网和智能大棚控制系统被不断的提起和广泛热议。那么，这三者如何区别？这里我们重点探讨一下。
一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控：通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点，实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析，从而有针对性地投放农业生产资料，并根据需要调动各种执行设备，进行调温、调光、换气等动作，实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全：利用技术，建设农产品溯源系统，通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，实现农产品追踪、清查功能，进行有效的全程质量监控，确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节，实现全过程严格控制，使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程，从而为食品供应链提供完全透明的展现，保证向社会提供优质的放心食品，增强用户对食品安全程度的信心，并且保障合法经营者的利益，提升可溯源农产品的品牌效应。

二、农业物联网
1、定义

农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

2、应用功能

a实时监测功能

通过传感设备实时采集温室（大棚）内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据；将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台，服务服管理平台对数据进行分析处理。

b远程控制功能

针对条件较好的大棚，安装有电动卷帘，排风机，电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关；也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。

c查询功能

农户使用手机或电脑登录系统后，可以实时查询温室（大棚）内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息； 登录系统后，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等，实现有针对性的综合信息服务。

d警告功能

警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统

1、定义

深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。

智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成

整个系统主要三大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。

A、数据管理层（监控中心）：硬件主要包括：工作站电脑、服务器（电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式）； 软件主要包括： *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台（采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看）、 防火墙软件；

B、数据传输层（数据通信网络）：采用移动公司的GPRS网络传输数据，系统无需布线构建简单、快捷、稳定；移动GPRS无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点；

C、数据采集层（温室硬件设备）：远程监控设备：远程监控终端；传感器和控制设备：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等；

托普云农研发的标准化、个性化物联网解决方案在吉林梨树县、杭州萧山农科所、金华寿仙谷、南充高坪农牧局、湖北金秋农业、宁夏利通区、四川岳池、赣县国家现代农业示范区、广州徐闻县等地得到广泛推广应用，为当地实现节水农业、智慧农业提供着重要的技术支撑！
例如耕地质量保护大数据平台，通过搭建“1个中心，1个平台、N个应用”的平台建设模式。建一个耕地质量保护大数据中心，汇聚土、水、肥三大耕地质量数据，为耕地质量保护监测、管理、服务、应用提供数据支撑。利用大数据分析，达到精准管理，科学决策，形成指挥耕地新业态，通过大数据平台服务公共，服务管理，转变耕地保护方式。
托普水肥一体化智能灌溉系统，托普水肥一体化自动控制系统由系统云平台、墒情数据采集终端、视频监控、施肥机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间管路等组成。系统可根据监测的土壤水分、作物种类的需肥规律，设置周期性水肥计划实施轮灌。施肥机会按照用户设定的配方、灌溉过程参数自动控制灌溉量、吸肥量、肥液浓度、酸碱度等水肥过程的重要参数，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，充分提高水肥利用率，实现节水、节肥，改善土壤环境，提高作物品质的目的。该系统广泛应用于大田、旱田、温室、果园等种植灌溉作业。

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