一、系統(tǒng)簡介

隨著現(xiàn)代園藝生產(chǎn)、觀光園藝、休閑園藝等園藝企業(yè)的快速發(fā)展，對花卉、園藝類技術(shù)人才的需求將越來越大。而相對專業(yè)技術(shù)人才的培育卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，人才缺口較大，特別是能干脆上崗的高級技能型人才嚴(yán)峻短缺，制約了區(qū)域內(nèi)花卉、園藝產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步快速發(fā)展?；ɑ堋@藝學(xué)領(lǐng)域近年迎來技術(shù)革新，傳統(tǒng)種植方式正被智能化手段改造。通過構(gòu)建物理花卉、園藝環(huán)境的虛擬鏡像，實(shí)現(xiàn)全生命周期的精準(zhǔn)監(jiān)控與智能決策，這項(xiàng)技術(shù)正推動園藝產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展。

數(shù)字孿生(Digital Twin)是指通過數(shù)字化手段，在虛擬空間中創(chuàng)建物理實(shí)體、系統(tǒng)或流程的精確復(fù)制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的實(shí)時交互與同步?。這一概念最早由Michael Grieves教授在2002年提出，最初應(yīng)用于制造業(yè)的產(chǎn)品生命周期管理，后逐漸擴(kuò)展到花卉、園藝等領(lǐng)域?。

花卉、園藝領(lǐng)域，數(shù)字孿生系統(tǒng)通過?多維數(shù)據(jù)融合?和?虛實(shí)交互?技術(shù)，將植物生長環(huán)境、生理狀態(tài)和栽培過程全面數(shù)字化。智慧花卉園藝數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠?qū)崟r反映園藝作物的生長狀況，預(yù)測生長趨勢，并優(yōu)化管理決策，實(shí)現(xiàn)從"經(jīng)驗(yàn)種植"到"數(shù)據(jù)驅(qū)動"的轉(zhuǎn)變。數(shù)字孿生技術(shù)的核心價值在于其?實(shí)時性?、?預(yù)測性?和?交互性?。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)相比，數(shù)字孿生不僅采集和展示數(shù)據(jù)，更能通過虛擬仿真提前預(yù)判問題，形成優(yōu)化方案反饋到物理世界?。

智慧花卉園藝數(shù)字孿生系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）、傳感器技術(shù)及自動化設(shè)備的智能化園藝管理平臺，專注于家庭花園、公共綠化、商業(yè)溫室等場景的植物養(yǎng)護(hù)與環(huán)境調(diào)控。其核心目標(biāo)是通過實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)植物生長的最優(yōu)化管理，提升觀賞性、節(jié)約資源（水、肥、能源），并降低人工維護(hù)成本。

二、系統(tǒng)組成

(1)數(shù)據(jù)采集層

環(huán)境傳感器（溫濕度、光照、CO?等）、植物生長監(jiān)測設(shè)備、土壤監(jiān)測傳感器、圖像采集設(shè)備等；

(2)數(shù)據(jù)傳輸層

物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算節(jié)點(diǎn)、云平臺接入；

(3)數(shù)字孿生模型

3D環(huán)境建模、園藝大田、園藝大棚、植物生長模擬、環(huán)境動態(tài)仿真、預(yù)測分析模型；

(4)應(yīng)用服務(wù)層

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、智能決策支持、自動化控制、可視化展示。

三、系統(tǒng)優(yōu)勢

智慧花卉園藝數(shù)字孿生系統(tǒng)優(yōu)勢：

(1) 精準(zhǔn)種植管理：通過數(shù)字孿生模型優(yōu)化光照、溫度等參數(shù)，基于生長仿真動態(tài)調(diào)整溫室環(huán)境，縮短培育周期并提升開花率等；數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)ɑ?、園藝種植過程中的各種情況進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。無論是天氣變化對花卉、園藝植物生長的影響，還是病蟲害的發(fā)生趨勢，都可以提前得知。這使得種植者有足夠的時間采取措施進(jìn)行干預(yù)，避免損失的發(fā)生。例如，在暴雨來臨前，可以提前做好園藝大田等的排水工作，防止花卉、園藝植株受澇；在病蟲害爆發(fā)初期，及時進(jìn)行防治，將病蟲害控制在萌芽狀態(tài)。

(2) 優(yōu)化資源，成本控制：通過精準(zhǔn)管理降低水肥浪費(fèi)；通過對數(shù)字孿生模型的分析，可以更加合理地配置資源。精準(zhǔn)的施肥、灌溉建議可以避免資源的浪費(fèi)，提高肥料和水資源的利用效率。同時，根據(jù)模型的預(yù)測，合理安排勞動力，在農(nóng)忙時節(jié)提前做好人員調(diào)配，確保各項(xiàng)農(nóng)事操作能夠及時、高效地完成，降低人力成本。

(3) 提高品質(zhì)：由于能夠精準(zhǔn)控制園藝生長的環(huán)境條件和管理措施，數(shù)字孿生技術(shù)有助于提高花卉、園藝的品質(zhì)。植物、花朵、植物造型等大小均勻，植物生長狀態(tài)更好，更穩(wěn)定。高品質(zhì)的花卉、園藝作品在市場上更具競爭力，能夠 。

(4) 決策支持：基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型輔助管理者制定科學(xué)策略。土壤決策管理、灌溉決策管理、病蟲害防治決策、修建決策等。

(5) 知識傳承與經(jīng)驗(yàn)積累：數(shù)字孿生模型記錄了花卉、園藝植物種植的全過程數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。對于新入行的種植者來說，這是一個寶貴的學(xué)習(xí)資源。他們可以通過查看模型的歷史數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，快速了解各種植物種植的關(guān)鍵要點(diǎn)和最佳實(shí)踐。同時，對于經(jīng)驗(yàn)豐富的種植者，數(shù)字孿生技術(shù)也可以幫助他們總結(jié)和完善自己的種植經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高種植水平。

四、智能數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

打開“智能數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)”，打開數(shù)據(jù)采集數(shù)字孿生通道。

 

 

五、功能介紹

（一）主界面

園藝大田、園藝大棚數(shù)據(jù)查看；

 

 

（二）園藝大田

1.移動平移灌溉地塊

移動平移灌溉地塊：文字/語音兩種方式向用戶介紹移動平移灌溉地塊的基本信息。

 

移動平移灌溉地塊共建設(shè)4塊，配備4輛噴灌車。支持對控制移動平移灌溉地塊多輛噴灌車的重置、流量開度、開啟/暫停、時長等進(jìn)行操作。

2.大型噴灌地塊

大型噴灌地塊：文字/語音兩種方式向用戶介紹大型噴灌地塊的基本信息。

 

大型噴灌地塊共配備5個噴灌頭。支持對大型噴灌地塊噴灌頭的流量開度、開啟/關(guān)閉、時長等進(jìn)行操作。

3.吊掛式噴灌地塊

吊掛式噴灌地塊：文字/語音兩種方式向用戶介紹吊掛式噴灌地塊的基本信息。

吊掛式噴灌地塊共有2塊。支持對2個吊掛式噴灌地塊的流量開度、開啟/關(guān)閉、時長等進(jìn)行操作。

 

4.微噴灌溉地塊

微噴灌溉地塊：文字/語音兩種方式向用戶介紹微噴灌溉地塊的基本信息。

支持對微噴灌溉地塊微噴組的流量開度、開啟/暫停、時長等進(jìn)行操作。

 

5.滲灌地塊

滲透地塊：文字/語音兩種方式向用戶介紹滲透地塊的基本信息。

 

滲灌地塊共有4個滲灌組，支持對4個滲灌組的流量開度、開啟/暫停、時長等進(jìn)行操作。

6.水肥一體機(jī)

水肥一體機(jī)：文字/語音兩種方式向用戶介紹水肥一體機(jī)的基本信息。

 

支持對水肥一體機(jī)的總流量、瞬時流量、PH值、EC值、開啟、灌溉時長等進(jìn)行操作。

（三）園藝大棚

園藝大棚包含塑料大棚和玻璃大棚。其中塑料大棚搭建8個，玻璃大棚搭建一個。

1.塑料大棚

塑料大棚：文字/語音兩種方式向用戶介紹塑料大棚的基本信息。

塑料大棚室內(nèi)

 

塑料大棚共建設(shè)8個，支持控制塑料大棚的通風(fēng)、補(bǔ)光、噴灌、噴灌開度等操作。

2.玻璃大棚

玻璃大棚：文字/語音兩種方式向用戶介紹玻璃大棚的基本信息。

玻璃大棚室內(nèi)

 

支持控制玻璃大棚通風(fēng)、補(bǔ)光、遮光、噴灌、噴灌開度、保溫、設(shè)置溫度、查看當(dāng)前溫度等操作。

（四）DCS

DCS控制系統(tǒng)：支持對塑料大棚、玻璃大棚、移動平移灌溉、大型噴灌、吊掛式噴灌、微噴、滲灌、氣象站、水源設(shè)施的控制與查看等設(shè)置。

? 滲灌

支持對4組滲灌設(shè)備的遠(yuǎn)程設(shè)置。主要設(shè)置信息如下圖所示，

 

支持查看設(shè)備報警信息。

（五）重置鳥瞰

當(dāng)視角停留在鳥瞰狀態(tài)時，可以通過鼠標(biāo)和鍵盤的操作移動視角和方位，隨后想要回到鳥瞰初始視角時點(diǎn)擊“重置鳥瞰”，即回到初始視角。

（六）原理圖

遠(yuǎn)程控制園藝大田、園藝大棚原理圖。

水源到噴灌設(shè)備的整個路線等。

 

（七）無人機(jī)灑藥

? 操作提示

根據(jù)操作提示，完成無人機(jī)灑藥作業(yè)。

請創(chuàng)建您的飛行任務(wù)

 

請選擇無人機(jī)

請選擇使用的農(nóng)藥

請選擇起飛點(diǎn)，

請選擇地面控制點(diǎn)，

請規(guī)劃航線設(shè)置航線參數(shù)，（鳥瞰模式下設(shè)置）

開始任務(wù)，參數(shù)設(shè)置

地面視角查看無人機(jī)作業(yè)

航測數(shù)據(jù)，任務(wù)完成，可到處該任務(wù)結(jié)果，可刪除該任務(wù)結(jié)果。

（八）時間切換

24小時切換時間

（九）季節(jié)切換

春、夏、秋、冬四季變化。

系統(tǒng)結(jié)合天氣季節(jié)數(shù)據(jù)自動變化整體場景，實(shí)現(xiàn)24小時晝夜交替場景和天氣變化，同時包含雨、雪、霧天等不同的天氣狀況。

（十）鳥瞰/地面漫游

鳥瞰視角：鳥瞰漫游視角。

地面視角：地面漫游視角。

（十一）返回主界面

返回到智慧花卉園藝數(shù)字孿生系統(tǒng)主界面。