什么是数字孪生？

数字孪生是集成多学科、多物理量、多尺度、多概率仿真的技术体系，它通过物理模型、传感器更新和运行历史等数据，在虚拟空间中构建一个与物理实体全生命周期过程相对应的动态数字映射。其核心在于建立物理实体与虚拟模型之间的实时或准实时数据交互闭环，实现状态同步、仿真分析和优化决策。数字孪生依赖物联网感知、大数据融合、建模仿真及可视化交互等关键技术支撑，能够通过虚拟空间中的仿真推演来优化物理实体的运行状态，实现预测性维护、流程优化和资源高效配置，其应用已从工业制造延伸至智慧农业、化工专业等广阔领域。
 

北京欧倍尔智慧农业数字孪生软硬结合解决方案
 

一、数字沙盘：智慧农业的“实体基底”

1、场景复刻

智慧农业数字沙盘的核心基础是高精度物理沙盘载体，其设计遵循“比例还原、功能仿真”原则，从地形构造到农业设施，均高度匹配真实农业生产场景。

耕地种植区：模拟平原、丘陵等不同地形，铺设仿真土壤与分品类微型作物模型，还原不同地貌下的种植布局。

设施农业区：采用透明材质搭建微型温室大棚，内置可活动的通风口、遮阳帘与补光灯，复刻设施农业的环境调控结构。

水利系统区：通过微型管道、水泵与蓄水池模型，完整呈现不同灌溉方式的水流路径与控制节点。

农机调度区：划分农机作业通道与停靠区域，配备可移动的微型农机模型，模拟农机作业路径规划与调度逻辑。
 

2、数据采集

沙盘集成了全方位的微型传感器阵列，如同为“微缩农田”装上“神经末梢”，实时采集关键环境数据，为后续智慧控制提供精准依据：

核心传感器：包括埋设于土壤中的湿度、pH值、电导率传感器，安装于温室与露天区域的空气温湿度、光照强度传感器等。

数据传输：传感器数据通过无线模块，实时传输至云端平台或本地控制终端。采集的环境数据不仅是数字孪生系统“虚实同步”的基础，更是触发智能灌溉、温室调温等自动化操作的关键依据，实现“数据驱动”的智慧管理。

二、数字孪生系统：农业智慧化的决策大脑与教学载体

以“精准种植+智能生产”为核心，融合物联网、大数据、人工智能等前沿技术，构建“感知－决策－执行－优化”全链条智慧教学体系。以茶园数字孪生系统为例，通过整合多维度监测技术与数字孪生平台，实现茶园环境动态监测与精准管理教学，让学生在真实的场景中提升专业技能。

1、智慧监测

土壤与环境：通过水分、温度等传感器，实时获取土壤墒情数据；借助农业综合气象站，监测风速、空气湿度、雨雪、二氧化碳浓度等气象参数。

作物与生产：利用图像传感器记录作物生长周期变化；通过水质水文检测设备，监测灌溉水的温度、pH值、溶解氧、浊度与水位，保障灌溉水质安全。

精准灌溉：通过分析土壤湿度、植物需水量数据与天气预报，自动生成动态灌溉计划；结合AI算法预测，通过智能阀门控制，实现精准灌溉，减少水资源浪费。

AI病虫害预警：以“图像识别－虫情测报－精准防治”为主线，通过害虫诱捕、识别分析、虫害预警、智能处理等手段进行远程监测，自动识别并记录病虫害发生情况，及时预警，辅助决策病虫害防治策略，构建移动端与云端协同的教学工具。
 

2、数字孪生系统

数字孪生茶园采用1:1高精度建模，还原茶园典型山场地形特征，集成监测实时数据，实现“物理茶园”与“虚拟茶园”的动态同步，让师生通过数字平台即可直观掌握茶园全貌。

基础监测：包括茶园信息、茶园监控、设备信息、生产信息，同时具备系统情况分析、运行数据分析、实验数据统计、课程学习统计等多方面的数据分析。

实时监控：涵盖茶园监控、土壤墒情、气象、病虫害等多个方面，通过各类传感器实时获取茶园的图像和数据信息，并在平台上进行直观展示。

生产控制：利用智能生产线与虚拟产线之间建立的映射与互动，将生产线实际生产过程中关键的生产数据，在软件中进行实时展示，实现对整个产线的全过程实时数据监控，同时可以实时获取剩余原料数据，对于产出产品进行质量监控，根据不同数据及时调整生产策略。

智慧溯源：以区块链溯源系统为核心，构建茶叶从种植到销售的全流程溯源体系，利用区块链技术的去中心化、不可篡改、可追溯等特性，确保茶叶溯源数据的真实性、完整性和可靠性，为茶叶质量安全提供有力保障。

从“实体模型”到“数字孪生”，北京欧倍尔农业数字孪生通过“虚实联动”的场景，不仅让智慧农业变得触手可及，更在推动农业数字化转型的道路上，搭建起一座连接理论与实践、虚拟与现实、技术与产业的桥梁。