数字孪生赋能智慧农业：从甘蔗种植看未来农业新趋势

数字孪生赋能智慧农业：从甘蔗种植看未来农业新趋势

在甘肃农垦饮马农场的农田里，传感器探入土壤监测湿度，微型气象站追光探风。“2024年食葵每亩产量超280公斤，增产15%。”农场项目部部长邹常生介绍，采用智慧灌溉，丰收有保障，每亩地用水量从650立方米降至300立方米。

这一显著成效的背后，是数字孪生技术在农业领域的创新应用。作为智慧农业的重要组成部分，数字孪生技术正逐步改变着传统农业的生产方式。特别是在甘蔗种植领域，通过构建甘蔗种植装备的数字孪生优化系统，农业生产正迈向智能化、精准化的新阶段。

数字孪生技术的核心是在虚拟环境中构建一个与物理世界完全对应的模型，通过实时数据交互，实现对物理实体的动态监测和优化控制。在甘蔗种植装备中，这一技术主要体现在以下几个方面：

高精度数字化建模

利用高精度传感器采集设备运行数据，并借助物联网技术将物理世界与虚拟模型连接，构建甘蔗种植装备的数字孪生体。这一过程不仅包括设备本身的数字化，还涵盖了农田环境、作物生长状态等全方位信息的采集和建模。

实时监控与预测性维护

基于数字孪生模型，系统可实时监测设备状态，预测潜在故障并提前制定维护计划，从而降低停机时间、延长设备寿命并减少维修成本。例如，通过监测甘蔗收割机的工作参数，系统可以提前预警可能的故障，避免在关键作业时期出现停机。

数据驱动决策

结合大数据和人工智能算法，从海量历史数据中挖掘价值，为生产调度、库存管理和供应链优化提供科学依据。在甘蔗种植中，这一体系能够根据气候条件、土壤湿度等数据，智能调整灌溉和施肥方案，实现资源的最优配置。

远程协作与培训

借助增强现实（AR）等技术，技术人员可通过远程指导解决现场问题；同时，虚拟环境也为操作人员提供了安全高效的培训平台。这种远程协作模式在疫情期间尤为重要，确保了农业生产不受人员流动限制的影响。

尽管数字孪生技术在农业中的应用展现出巨大潜力，但智慧农业的整体发展仍面临诸多挑战。中国农业大学信息与电气工程学院教授王洋指出，当前智慧农业面临的主要问题包括：

• 技术成熟度不高：物联网、大数据、人工智能等先进技术在农业场景中的应用仍处于初级阶段，存在技术稳定性不足、成本过高等问题。
• 数据安全风险：农业数据涉及国家粮食安全和农民隐私，如何在利用数据的同时保护信息安全，是一个亟待解决的问题。
• 市场推广难度大：智慧农业设备的初期投入较高，而农民的接受能力和支付能力有限，导致新技术推广缓慢。
• 人才短缺：智慧农业需要跨学科人才，既要懂农业，又要熟悉信息技术，这类人才目前较为稀缺。

尽管面临诸多挑战，数字孪生技术在农业中的应用已经展现出显著的经济效益。以托普云农公司为例，其利用数字孪生技术，在大田种植中实现精准作业，不仅节省了人力和水资源，还提升了单产。在种业方面，智能化育种方案提高了制种效率和质量。

展望未来，随着技术的不断成熟和成本的逐步降低，数字孪生技术将在农业中得到更广泛的应用。智慧农业不仅能够提高生产效率和资源利用率，还将为农业可持续发展提供新的解决方案。通过精准管理，可以减少化肥和农药的使用，降低农业对环境的影响；通过智能化决策，可以更好地应对气候变化带来的挑战。

正如王洋教授所言，智慧农业是农业现代化的必由之路。面对挑战，需要政府、企业、科研机构和农民共同努力，通过技术创新、政策支持和人才培养，推动智慧农业持续健康发展。随着数字孪生等先进技术的深入应用，未来的农业生产将更加智能、高效和可持续，为保障国家粮食安全和农民增收提供有力支撑。