一种基于数字孪生的农业生产的监控系统的制作方法

本发明涉及智慧农业，具体为一种基于数字孪生的农业生产的监控系统。

背景技术：

1、智慧农业是指利用先进的技术和信息通信技术来改进农业生产和管理的方法。它的目标是提高农业生产的效率、可持续性和质量，同时减少资源的浪费和对环境的负面影响。智慧农业利用各种技术和工具来监测、分析和优化农业活动。随着信息技术的不断深化，智慧农业也开始引入数字孪生技术，通过建立数字孪生模型，对农业活动形成辅助，实现农业种植的精细化管理。

2、为了增加草莓种植的产量，通常会借助于大棚的配合，因为大棚处于一个相对封闭的环境，内部的环境条件参数控制方便，草莓的生长环境更容易调节，而在结合了数字孪生技术之后，种植人员对草莓的生长状态更是能够进行分析和预测，实现草莓种植管理的精确化。

3、为了保障大棚内的草莓生长状态正常并提高产量，种植人员通常还会对草莓的生长状态进行全程监控，但是现有的监控系统主要侧重于数据的采集获取，但这对草莓种植及生长没有直接的指导意义，特别是在草莓生长状态和预期产生一点的产生一定偏差时，虽然能够进行预警，但是仍然需要种植人员自己寻找解决方案。

4、为此，本发明提供了一种基于数字孪生的农业生产的监控系统。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生的农业生产的监控系统，对草莓的生长条件及生长状态进行检测，生成种植条件系数，向外部发出提醒信息；建立大棚作物生长数字孪生模型，建立成熟度系数，向外部发出预警信息；结合大棚作物生长数字孪生模型对草莓的生长状态进行仿真分析，获取生长偏差因素；建立落后状态特征库，检索草莓养护方案，汇总后建立草莓养护方案库，从草莓养护方案库匹配出对应的草莓养护方案；对匹配出的草莓养护方案进行仿真分析，以成熟度系数的值对草莓养护方案形成筛选，在借助了数字孪生模型后，对草莓的生长进度进行全程监控，对生长偏差因素的及时调整，维持草莓良好的生长状态，解决了背景技术中的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种基于数字孪生的农业生产的监控方法，包括如下内容：

6、在大棚内的草莓处于生长状态时，结合大棚的形状构造，建立并输出大棚三维模型，并标记出其内部的草莓种植区域；在大棚内设置若干个检测点，对草莓的生长条件及生长状态进行检测，汇总获取检测数据并生成种植条件系数zsj，若种植条件系数zsj在生长条件阈值范围之外时，向外部发出提醒信息；

7、若接收到提醒信息，则由设置在检测点处的检测装置在大棚内采集草莓生长状态参数，进而建立大棚作物生长数字孪生模型，并持续检测草莓的生长状态，由获取的检测结果建立成熟度系数cds，在成熟度系数cds小于预设的熟度阈值时，向外部发出预警信息；

8、收到预警信息后，结合草莓的生长状态，从获取的草莓生长状态参数中筛选出生长偏差比最大的若干个，并以其作为输入，结合大棚作物生长数字孪生模型对草莓的生长状态进行仿真分析，以使成熟度系数cds低于预设的熟度阈值的草莓生长状态参数作为生长偏差因素输出；

9、以生长偏差因素作为落后状态特征，建立落后状态特征库，检索用于改善草莓生长进度的草莓养护方案，汇总后建立草莓养护方案库；在草莓的成熟度系数cds低于预设的熟度阈值时，结合草莓生长的落后状态特征，使用训练后的文本匹配模型，从草莓养护方案库匹配出对应的草莓养护方案；

10、结合大棚作物生长数字孪生模型，对匹配出的草莓养护方案进行仿真分析，并获取对应的成熟度系数cds，以成熟度系数cds的值对草莓养护方案形成筛选，若不存在使成熟度系数cds增加的草莓养护方案，则向外发出预警。

11、进一步的，在大棚内种植有草莓时，获取大棚的规格和构造参数，建立并输出大棚的三维模型，确定大棚内草莓的种植区域后，将种植区域在大棚模型内标记；在大棚内设置若干个检测点，获取大棚内的环境条件数据，汇总后建立第一检测数据集；

12、第一检测数据集建立方式如下：获取大棚内空气的平均湿度，生成空气湿度ks；获取大棚内的每日的平均光照强度，生成光照强度gq；获取大棚内的每日的最高温度及最低温度之间的差值，作为温差wc；汇总空气湿度ks、光照强度gq及温差wc，建立第一检测数据集。

13、进一步的，对第一检测数据集内的空气湿度ks、光照强度gq及温差wc做无量纲处理后，依照如下公式生成种植条件系数zsj：

14、其中，，且为权重，若种植条件系数zsj在预先设置的生长条件阈值范围之外时，向外部发出提醒信息。

15、进一步的，在收到提醒信息后，由设置在检测点处的检测设备在大棚内进行数据采集，采集的草莓生长状态参数包括：土壤数据及草莓植株生理参数，汇总后，建立第二检测数据集；

16、结合所采集的第一检测数据集及第二检测数据集，在训练和测试后建立大棚作物生长数字孪生模型；在草莓处于结果期时，由设置于大棚顶端位置的成像设备对种植区域内的草莓进行成像，获取生长状态下的草莓图像。

17、进一步的，在对草莓图像进行识别后，获取草莓的果径gj，若果径gj大于预设的果径阈值，则对相应的草莓的糖分含量进行检测，获取草莓的含糖量并生成含糖量ht，汇总后建立草莓生长状态集；对汇总后建立草莓生长状态集内的果径gj及含糖量ht做无量纲处理，依照如下公式生成草莓的成熟度系数cds：

18、其中，且为权重，其具体值由用户调整设置，d为常数修正系数；若成熟度系数cds小于预设的熟度阈值时，向外部发出预警信息。

19、进一步的，接收到预警信息后，在当前时刻，通过设置于检测点的检测装置重新获取草莓植株生理参数及相应的第二检测数据集；将第二检测数据集中的参数与对应的参数标准值相比，以差值与标准值的比值作为生长偏差比；

20、获取第二检测数据集中生长偏差比最大若干个草莓生长状态参数后，获取已经构建好的大棚作物生长数字孪生模型，在依据生长偏差比对第二检测数据集中的对应的草莓生长状态参数进行补充性调整后，对草莓的生长进行仿真分析；经过仿真分析并为使成熟度系数cds不低于预设的熟度阈值，将调整幅度超过幅度阈值的若干个草莓生长状态参数作为生长偏差因素输出。

21、进一步的，获取并汇总所输出的生长偏差因素，以生长偏差因素作为落后状态特征，汇总后建立落后状态特征库；使用训练后的检索模型，以线性查找的方式从公开的网络渠道检索用于改善草莓生长进度的草莓养护方案，在汇总后建立草莓养护方案库；使用训练后的主题生成模型，通过输入草莓养护方案，输出养护方案主题，并以此作为养护特征对草莓养护方案进行标记。

22、进一步的，使用训练后的文本匹配模型，依据其推荐匹配作用，在草莓的成熟度系数cds低于预设的熟度阈值时，获取草莓生长的落后状态特征，结合落后状态特征与养护特征间的相似性，从草莓养护方案库匹配出对应的草莓养护方案；匹配出的草莓养护方案为一个或者多个。

23、进一步的，在草莓当前的生长状态下，获取大棚作物生长数字孪生模型及匹配输出的草莓养护方案，以第一检测数据集中内的环境条件数据及草莓养护方案作为输入，对草莓的生长状态进行预测，并获取大棚内草莓的成熟度系数cds；

24、判断成熟度系数cds是否会增加，若成熟度系数cds增加，且使成熟度系数cds增加的草莓养护方案不止一个时，将使成熟度系数cds增加比例最大的草莓养护方案作为推荐方案，其次的作为备用方案；若成熟度系数cds未增加，将模拟后的草莓生长状态输出，并向外发出预警。

25、一种基于数字孪生的农业生产的监控系统，包括：

26、第一预警单元，在大棚内的草莓处于生长状态时，结合大棚的形状构造，建立并输出大棚三维模型，并标记出其内部的草莓种植区域；在大棚内设置若干个检测点，对草莓的生长条件及生长状态进行检测，汇总获取检测数据并生成种植条件系数zsj，若种植条件系数zsj在生长条件阈值范围之外时，向外部发出提醒信息；

27、第二预警单元，若接收到提醒信息，则由设置在检测点处的检测装置在大棚内采集草莓生长状态参数，进而建立大棚作物生长数字孪生模型，并持续检测草莓的生长状态，由获取的检测结果建立成熟度系数cds，在成熟度系数cds小于预设的熟度阈值时，向外部发出预警信息；

28、分析单元，收到预警信息后，结合草莓的生长状态，从获取的草莓生长状态参数中筛选出生长偏差比最大的若干个，并以其作为输入，结合大棚作物生长数字孪生模型对草莓的生长状态进行仿真分析，以使成熟度系数cds低于预设的熟度阈值的草莓生长状态参数作为生长偏差因素输出；

29、匹配单元，以生长偏差因素作为落后状态特征，建立落后状态特征库，检索用于改善草莓生长进度的草莓养护方案，汇总后建立草莓养护方案库；在草莓的成熟度系数cds低于预设的熟度阈值时，结合草莓生长的落后状态特征，使用训练后的文本匹配模型，从草莓养护方案库匹配出对应的草莓养护方案；

30、第三预警单元，结合大棚作物生长数字孪生模型，对匹配出的草莓养护方案进行仿真分析，并获取对应的成熟度系数cds，以成熟度系数cds的值对草莓养护方案形成筛选，若不存在使成熟度系数cds增加的草莓养护方案，则向外发出预警。

31、（三）有益效果

32、本发明提供了一种基于数字孪生的农业生产的监控系统，具备以下有益效果：

33、1、对草莓的生长状态进行监控，以通过监控数据获取的草莓生长状态集生成并输出成熟度系数cds，以成熟度系数cds对草莓是否成熟形成判断，在草莓应当处于成熟阶段但并未成熟时，可以向外部发出预警，提醒其及时处理。

34、2、在建立大棚作物生长数字孪生模型后，获取草莓的生长偏差比，进行仿真分析，对草莓生长状态参数进行补充性调整，确认出导致草莓未能及时成熟的因素；在借助了数字孪生模型后，对草莓的生长进度进行全程监控，对生长偏差因素的及时调整，维持草莓良好的生长状态。

35、3、在汇总生长偏差因素后，建立落后状态特征库及草莓养护方案库，在草莓的成熟度系数cds低于预设的熟度阈值时，获取草莓生长的落后状态特征，若需要对当前的状态进行调整，可以快速地从预先搭建的草莓养护方案库中匹配出草莓养护方案，其生长状态不佳时，可以快速地获取解决方案，保证草莓的种植及其产出。

36、4、在已经匹配出草莓养护方案后，对其进行仿真分析，验证是否可用，在不可用时向外部发出预警，提醒管理人员对草莓养护方案修正，保障草莓养护方案的可用性，从而在草莓生长状态已经不佳的条件下，避免出现盲目操作或错误操作的情况，避免产生进一步损失；同时，在对草莓生长过程进行监控时，对监控过程进行补充，形成精准化种植及管理，充分保障草莓成熟及品质，降低草莓种植的难度。