本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息，具體為現(xiàn)實(shí)與虛擬數(shù)字空間結(jié)合的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在21世紀(jì)，隨著全球人口的不斷增長和城市化進(jìn)程的加速，對農(nóng)產(chǎn)品的需求持續(xù)增長，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)量提出了更高的要求，同時(shí)，隨著科技的快速發(fā)展，尤其是信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的創(chuàng)新提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

2、傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理方式往往依賴于人工巡查、經(jīng)驗(yàn)判斷和手工記錄，這種方式存在效率低下、信息獲取不準(zhǔn)確、決策滯后的問題，難以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境的精準(zhǔn)控制和資源的優(yōu)化配置，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境污染加劇，并且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性和不確定性使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，需要采取有效的措施進(jìn)行防范和應(yīng)對，因此，如何借助現(xiàn)代科技手段，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)監(jiān)控、科學(xué)決策和高效管理，成為了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域亟待解決的問題。

3、針對上述問題，有必要對現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)管理方式進(jìn)行優(yōu)化，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)采集園區(qū)內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建園區(qū)的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對園區(qū)的全面監(jiān)控和管理，因此，開發(fā)一種能夠綜合實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)與虛擬數(shù)字空間結(jié)合的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了現(xiàn)實(shí)與虛擬數(shù)字空間結(jié)合的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)，它能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)采集園區(qū)內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建園區(qū)的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對園區(qū)的全面監(jiān)控和管理，同時(shí)該系統(tǒng)還提供了場景交互、模擬檢測和數(shù)據(jù)交互功能，為用戶提供了更加直觀、便捷的管理體驗(yàn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更高效、準(zhǔn)確的管理和決策支持。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供如下技術(shù)方案：現(xiàn)實(shí)與虛擬數(shù)字空間結(jié)合的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下組成部分：

3、園區(qū)總覽模塊：利用3d可視化技術(shù)構(gòu)建園區(qū)的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)園區(qū)的全景展示，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，反映園區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的生長狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)信息，提供多視角、多尺度的觀察方式，便于用戶全面了解園區(qū)情況；

4、場景交互模塊：支持用戶與數(shù)字孿生模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，提供多種交互方式，包括手勢識(shí)別和語音控制以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，用戶可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)調(diào)整的模擬操作，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考；

5、基本檢測模塊：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集園區(qū)內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，評(píng)估農(nóng)作物的生長狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，同時(shí)提供異常預(yù)警功能，對于環(huán)境參數(shù)或農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可及時(shí)通知用戶；

6、模擬檢測模塊：基于數(shù)字孿生模型，模擬不同環(huán)境因素對農(nóng)作物生長的影響，用戶可以設(shè)置不同的參數(shù)組合，進(jìn)行多方案比較和優(yōu)化，通過模擬結(jié)果，為實(shí)際生產(chǎn)提供科學(xué)決策依據(jù)；

7、數(shù)據(jù)交互模塊：構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各種數(shù)據(jù)的集成和共享，支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、統(tǒng)計(jì)和分析功能，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，同時(shí)提供數(shù)據(jù)接口，與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和集成，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的全面數(shù)字化。

8、進(jìn)一步地，所述園區(qū)總覽模塊收集園區(qū)的地理數(shù)據(jù)、建筑物布局、設(shè)備位置信息，利用3d建模軟件，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)構(gòu)建園區(qū)的數(shù)字孿生模型，通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)收集園區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)，并將其集成到數(shù)字孿生模型中，通過用戶界面展示園區(qū)的全景視圖，用戶可以選擇不同的視角和尺度進(jìn)行觀察。

9、更進(jìn)一步地，所述場景交互模塊通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行連接，用戶根據(jù)需求選擇相應(yīng)的交互方式，包括手勢識(shí)別、語音控制，同時(shí)用戶通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)入虛擬園區(qū)進(jìn)行巡視，觀察農(nóng)作物的生長狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并且可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)調(diào)整的模擬操作，觀察模擬結(jié)果并據(jù)此進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的調(diào)整。

10、更進(jìn)一步地，所述場景交互模塊通過采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)高效且準(zhǔn)確的手勢識(shí)別和圖像識(shí)別功能，從而提升用戶與虛擬農(nóng)業(yè)場景的交互體驗(yàn)，其計(jì)算公式為：其中，s(i,j)是卷積后特征圖在位置(i,j)的像素值，i(i+m,j+n)是輸入圖像在位置(i+m,j+n)的像素值，k(m,n)是卷積核在(m,n)的權(quán)重值。

11、更進(jìn)一步地，所述基本檢測模塊在園區(qū)內(nèi)部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括溫濕度傳感器、光照傳感器，用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過無人機(jī)、智能農(nóng)機(jī)設(shè)備收集農(nóng)作物的生長數(shù)據(jù)，包括葉片顏色、株高、果實(shí)大小，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估農(nóng)作物的生長狀況，判斷是否存在潛在問題，對于環(huán)境參數(shù)或農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，通知用戶及時(shí)采取措施。

12、更進(jìn)一步地，所述基本檢測模塊采用相關(guān)性分析算法評(píng)估農(nóng)作物生長狀況和潛在問題，通過計(jì)算農(nóng)作物生長參數(shù)與環(huán)境因素之間的相關(guān)系數(shù)，以評(píng)估農(nóng)作物生長狀況并預(yù)測潛在問題，其計(jì)算公式為：其中rxy表示農(nóng)作物生長參數(shù)x與環(huán)境因素y之間的相關(guān)系數(shù)，xi和yi分別表示第i個(gè)樣本點(diǎn)的農(nóng)作物生長參數(shù)和環(huán)境因素的觀測值，和分別表示農(nóng)作物生長參數(shù)和環(huán)境因素的樣本均值，n表示樣本數(shù)量。

13、更進(jìn)一步地，所述模擬檢測模塊根據(jù)用戶實(shí)際需求，在數(shù)字孿生模型中設(shè)置不同的環(huán)境因素組合，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)組合進(jìn)行模擬運(yùn)行，模擬農(nóng)作物的生長過程和響應(yīng)情況，將模擬結(jié)果以圖表、動(dòng)畫的形式展示給用戶，方便用戶進(jìn)行多方案比較和優(yōu)化，基于模擬結(jié)果，為用戶提供科學(xué)決策依據(jù)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中的參數(shù)調(diào)整和設(shè)備操作。

14、更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)交互模塊通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將園區(qū)內(nèi)各種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用戶可以通過用戶界面實(shí)時(shí)查詢各種數(shù)據(jù)指標(biāo)和報(bào)表信息，同時(shí)系統(tǒng)提供豐數(shù)據(jù)分析工具和方法，幫助用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和可視化展示，并且開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和api，與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和集成，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的全面數(shù)字化。

15、更進(jìn)一步地，所述所述該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)分析和可視化模塊，用于對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化展示，幫助用戶更好地理解農(nóng)作物生長狀況和環(huán)境因素之間的關(guān)系，并作出相應(yīng)的管理決策。

16、更進(jìn)一步地，所述該系統(tǒng)的具體步驟為：

17、(1)系統(tǒng)登錄與初始化：打開農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)軟件，輸入預(yù)設(shè)的用戶名和密碼進(jìn)行登錄，系統(tǒng)初始化完成后，將自動(dòng)加載園區(qū)的數(shù)字孿生模型；

18、(2)園區(qū)總覽：系統(tǒng)將展示園區(qū)的3d數(shù)字孿生模型，用戶可以通過鼠標(biāo)或觸摸屏進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和平移操作，從多個(gè)視角和尺度觀察園區(qū)，實(shí)時(shí)查看園區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的生長狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)信息；

19、(3)場景交互：通過連接虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，并根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)，進(jìn)入虛擬園區(qū)進(jìn)行巡視，通過手勢識(shí)別、語音控制的交互方式進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)調(diào)整的模擬操作，實(shí)時(shí)觀察模擬操作對園區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長和環(huán)境參數(shù)的影響；

20、(4)基本檢測：系統(tǒng)將實(shí)時(shí)展示園區(qū)內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)，用戶可以設(shè)定自定義的數(shù)據(jù)展示方式，包括圖表、表格，以便更好地分析數(shù)據(jù)，對于環(huán)境參數(shù)或農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)異常預(yù)警，并通過系統(tǒng)界面或移動(dòng)設(shè)備通知用戶；

21、(5)模擬檢測：用戶設(shè)定不同的環(huán)境參數(shù)組合，以模擬不同環(huán)境因素對農(nóng)作物生長的影響，系統(tǒng)基于數(shù)字孿生模型進(jìn)行模擬計(jì)算，并展示模擬結(jié)果，用戶可以根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整參數(shù)組合，進(jìn)行多方案比較和優(yōu)化，以找到最優(yōu)的種植方案；

22、(6)數(shù)據(jù)交互：用戶可以通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)查詢、統(tǒng)計(jì)和分析園區(qū)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)可視化工具，幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)關(guān)系和趨勢，用戶可以通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和集成，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的全面數(shù)字化；

23、(7)退出系統(tǒng)：完成所有操作后，點(diǎn)擊主界面上的“退出”按鈕，系統(tǒng)將保存用戶的操作記錄和數(shù)據(jù)變更，并安全關(guān)閉系統(tǒng)。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該現(xiàn)實(shí)與虛擬數(shù)字空間結(jié)合的農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)具備如下有益效果：

25、一、本發(fā)明通過園區(qū)總覽模塊和模擬檢測模塊實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)園區(qū)的全面監(jiān)控和精準(zhǔn)管理，實(shí)時(shí)更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)使得管理者能夠及時(shí)了解園區(qū)的生產(chǎn)狀況，并通過模擬檢測功能，預(yù)先模擬不同生產(chǎn)條件下的作物生長情況，為實(shí)際生產(chǎn)提供科學(xué)決策依據(jù)，極大地提升了農(nóng)業(yè)管理的效率和決策質(zhì)量，有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化和高效化。

26、二、本發(fā)明通過場景交互模塊使用戶與數(shù)字孿生模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，提供了包括手勢識(shí)別、語音控制的多種交互方式，使得用戶可以更加直觀、便捷地管理農(nóng)業(yè)園區(qū)，用戶可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)入虛擬園區(qū)進(jìn)行巡視，觀察農(nóng)作物的生長狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)調(diào)整的模擬操作，從而在實(shí)際生產(chǎn)前進(jìn)行預(yù)演和驗(yàn)證，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加智能化、人性化，提高了用戶的滿意度和參與度。

27、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。