園藝越來(lái)越受數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，越來(lái)越多地使用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新，如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器人技術(shù)。
在阿姆斯特丹的綠色科技大會(huì)上，這一點(diǎn)非常明顯。例如，除了一項(xiàng)提名創(chuàng)新之外，其他所有提名創(chuàng)新都是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解決方案。草莓收割機(jī)器人Berry獲得概念獎(jiǎng)。其他被提名的產(chǎn)品包括數(shù)字昆蟲陷阱傳感器網(wǎng)絡(luò)(Trap-Eye)、室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)自主種植系統(tǒng)(Gronos)和計(jì)算二氧化碳足跡的軟件工具(HortiFood Print計(jì)算器)。許多數(shù)字解決方案也受到大力推廣，例如:溫室無(wú)人機(jī)(PATS, Corvus)，番茄收獲機(jī)器人(機(jī)器人挑戰(zhàn)GRoW的獲勝者，en EGA Matic)，測(cè)量植物壓力的傳感器(Vivent)和葉片溫度傳感器(Sigrow)，數(shù)字表型傳感系統(tǒng)(Hiphen)，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)(YieldComputer, ecoation)，自主種植系統(tǒng)(Blue Radix, ioCrops, Koidra)，等等。
圖1 園藝數(shù)字孿生
遠(yuǎn)程成長(zhǎng)與數(shù)字孿生
這些技術(shù)的發(fā)展正在從根本上改變園藝生產(chǎn)。種植決策可以基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和智能算法，而不是經(jīng)驗(yàn)豐富的種植者親自監(jiān)控作物狀況(“通過(guò)四處走動(dòng)進(jìn)行管理”)。
通過(guò)所謂的“數(shù)字孿生”，種植者可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制操作。這樣的虛擬孿生體是一個(gè)數(shù)字副本，例如，一個(gè)溫室連接到真實(shí)的溫室，并不斷更新。
數(shù)字孿生可以通過(guò)智能算法進(jìn)行豐富，機(jī)器或機(jī)器人可以與之連接。因此，如果有(預(yù)期的)問(wèn)題，種植者會(huì)通過(guò)數(shù)字孿生收到警報(bào)，他們可以在辦公桌后或智能手機(jī)上查看涉及的植物或機(jī)器來(lái)檢查溫室的情況。他們還可以使用“數(shù)字孿生”提前數(shù)字化模擬干預(yù)措施的效果，遠(yuǎn)程采取最佳行動(dòng)，然后檢查問(wèn)題是否已經(jīng)得到解決。
什么是數(shù)字孿生?
2012年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)提出了“數(shù)字孿生”(Digital Twin)一詞，用于在一次任務(wù)中鏡像展示真實(shí)的太空飛行器的確切狀態(tài)。因此，從本質(zhì)上講，數(shù)字孿生是近乎實(shí)時(shí)連接的物理對(duì)象的虛擬數(shù)字表示。這種表示可以是基本的，例如，一個(gè)帶有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的溫室概覽，它也可以是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，例如，你可以虛擬地穿過(guò)溫室并查看3D植物。但所有“數(shù)字孿生”都具備以下5個(gè)特點(diǎn):
時(shí)效性:數(shù)字孿生代表它的物理孿生(接近)實(shí)時(shí)，物理對(duì)象的變化(立即)被識(shí)別和同步，反之亦然;
保真度:數(shù)字孿生的可靠性和安全性必須是不容置疑的，允許盲目地相信數(shù)字孿生的決策;
集成性:數(shù)字孿生集成了來(lái)自物理對(duì)象的不同類型的數(shù)據(jù)，并確保其明確的表示;
智能化:數(shù)字孿生不僅反映對(duì)象數(shù)據(jù)，而且使用算法來(lái)描述、分析和預(yù)測(cè)物理對(duì)手的行為;
復(fù)雜性:數(shù)字孿生可以在不同的粒度級(jí)別上反映各種物理對(duì)象，包括從單個(gè)植物的基因到公司或價(jià)值鏈的園藝。
目前園藝領(lǐng)域的數(shù)字孿生主要集中在栽培上
盡管“數(shù)字孿生”一詞似乎是一個(gè)新的流行詞，但它是智能、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)園藝的持續(xù)發(fā)展。實(shí)際上，數(shù)字孿生已經(jīng)存在了，盡管它還沒(méi)有被這樣稱呼。瓦赫寧根大學(xué)(Wageningen University)的一篇文獻(xiàn)綜述顯示，大多數(shù)仍是相對(duì)基礎(chǔ)的數(shù)字孿生，專注于遠(yuǎn)程監(jiān)控。然而，更“先進(jìn)”的數(shù)字孿生，如(近)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，正在出現(xiàn)。
該研究的另一個(gè)結(jié)論是，數(shù)字孿生園藝目前主要集中在溫室的栽培管理方面的氣候、能源和照明，對(duì)于單個(gè)植物的數(shù)字孿生的研究仍然很少。
商業(yè)和栽培集成的數(shù)字孿生
然而，數(shù)字孿生本身并不是目的，而是改善業(yè)務(wù)結(jié)果的一種手段。因此，對(duì)于未來(lái)，可以設(shè)想一個(gè)分層的數(shù)字孿生體系，將公司、種植甚至單個(gè)植物結(jié)合在一起。出發(fā)點(diǎn)是一個(gè)具有實(shí)際和預(yù)期業(yè)務(wù)表現(xiàn)的管理座艙，例如交貨期、產(chǎn)品質(zhì)量、損耗、成本價(jià)格和交付可靠性。
這些指標(biāo)結(jié)合了來(lái)自不同來(lái)源的各種數(shù)據(jù)，包括ERP系統(tǒng)、溫室或田間自動(dòng)化以及外部數(shù)據(jù)。智能算法允許模擬預(yù)期性能，例如，基于人工智能的需求預(yù)測(cè)。人們可以深入到具體的業(yè)務(wù)流程、位置、品種、生產(chǎn)批次等細(xì)節(jié)。
例如，在種植過(guò)程中，可以放大到溫室的數(shù)字孿生。在這個(gè)數(shù)字溫室中，種植者檢查相關(guān)地段的氣候和其他栽培條件，還可以查看該植物的生理特征(例如，壓力)，甚至這些批次中參考植物的數(shù)字孿生中的基因概況。
各種數(shù)字孿生通過(guò)智能決策工具來(lái)支持這種分析。這些工具會(huì)向種植者建議應(yīng)采取的措施，例如，在溫室的A區(qū)和B區(qū)額外使用8000只掠食性螨來(lái)對(duì)付蜘蛛螨。在種植者批準(zhǔn)后，數(shù)字孿生會(huì)指示無(wú)人機(jī)在正確的位置釋放準(zhǔn)確數(shù)量的掠食性螨。
數(shù)字孿生溫室將根據(jù)預(yù)定的規(guī)范自主管理大部分的種植操作，這使得種植者可以專注于例外情況和種植的商業(yè)方面。
沒(méi)有集成的商業(yè)軟件，就沒(méi)有“分層”的數(shù)字孿生
數(shù)字孿生園藝虛擬化現(xiàn)在正在獲得發(fā)展動(dòng)力，并將對(duì)生產(chǎn)力、效率、質(zhì)量和可持續(xù)性產(chǎn)生重大影響。這次自動(dòng)化溫室挑戰(zhàn)賽非常典型，在這次活動(dòng)中，參賽團(tuán)隊(duì)將根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和智能算法，完全遠(yuǎn)程控制他們隔間里的種植。
今年贏家(生菜)的凈利潤(rùn)幾乎比經(jīng)驗(yàn)豐富的種植者參照組高出30%。事實(shí)上，去年(圣女果)，所有隊(duì)伍的表現(xiàn)都明顯更好，而且獲勝者的凈利潤(rùn)是原來(lái)的兩倍多!
數(shù)字孿生還可以獲取經(jīng)驗(yàn)豐富的園藝專家的知識(shí)，從而有助于解決綠色人才短缺的問(wèn)題。此外，數(shù)字孿生是建立、擴(kuò)大和管理國(guó)際生產(chǎn)站點(diǎn)的有力工具。
在不久的將來(lái)，數(shù)字孿生將越來(lái)越多地嵌入到企業(yè)管理中。因此，從公司到工廠，它們將更經(jīng)常地由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層次組成。當(dāng)然這只有在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可靠的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于從農(nóng)場(chǎng)到植物的“分層”數(shù)字孿生，這不僅意味著種植和植物數(shù)據(jù)，還包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。因此，集成良好的企業(yè)管理系統(tǒng)，與溫室和田間的自動(dòng)化無(wú)縫配合，是至關(guān)重要的前提。