□劉伯華（石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院）

□付安楠 李可行 賈宇琛 李麗華?（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)）

□褚素喬?（石家莊市畜牧技術(shù)推廣站）

數(shù)字孿生是指在虛擬空間對(duì)實(shí)體進(jìn)行多維、 多物理量及多時(shí)空尺度的仿真， 通過對(duì)實(shí)體模型及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的映射來反映實(shí)體的行為狀態(tài)， 同時(shí)通過仿真模型預(yù)測(cè)實(shí)體的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理對(duì)象全生命周期的監(jiān)控與預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象與數(shù)字模型的共生共存， 供系統(tǒng)性支撐。

一、數(shù)字孿生的信息采集方法

面向數(shù)字孿生的智能信息采集方法是指在數(shù)字孿生系統(tǒng)中使用智能技術(shù)和方法來獲取數(shù)據(jù)和信息的過程。 數(shù)字孿生是一個(gè)虛擬的模擬系統(tǒng)，它與現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體或過程相對(duì)應(yīng)，并通過收集、 整合和分析數(shù)據(jù)來提供對(duì)實(shí)體或過程的深入理解和預(yù)測(cè)能力。

以下是幾種常見的面向數(shù)字孿生的智能信息采集方法：

（一）傳感器網(wǎng)絡(luò)

通過在實(shí)體或過程中部署傳感器網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集數(shù)據(jù)。 傳感器可以收集各種類型的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、濕度等物理量，以及圖像、聲音等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。 這些傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)中， 供進(jìn)一步分析和建模使用。

（二）互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

利用互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，從各種連接的設(shè)備和傳感器中收集數(shù)據(jù)。 這些設(shè)備可以是智能手機(jī)、智能家居設(shè)備、工業(yè)傳感器等， 通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。

（三）數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)

利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法， 從大量的數(shù)據(jù)中提取有用的信息。 這些算法可以自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式和關(guān)聯(lián)， 并將其應(yīng)用于數(shù)字孿生系統(tǒng)中。 通過學(xué)習(xí)和分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以獲得更深入的理解和預(yù)測(cè)能力。

（四）多模態(tài)數(shù)據(jù)融合

將來自不同來源和傳感器的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以獲取更全面和準(zhǔn)確的信息。 例如，結(jié)合圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)可以提供更詳細(xì)的物體識(shí)別和跟蹤能力， 同時(shí)結(jié)合聲音和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以提供更準(zhǔn)確的行為識(shí)別。

二、數(shù)字孿生在家禽領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字孿生在家禽領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助提高家禽養(yǎng)殖的效率、生產(chǎn)質(zhì)量和動(dòng)物福利。 以下是數(shù)字孿生在家禽領(lǐng)域的一些應(yīng)用示例：

（一）養(yǎng)殖環(huán)境模擬和優(yōu)化

通過建立數(shù)字孿生模型， 可以模擬家禽養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、空氣質(zhì)量等因素。 基于實(shí)時(shí)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以幫助優(yōu)化養(yǎng)殖環(huán)境，提供最佳的溫度、濕度和通風(fēng)控制策略， 以提高家禽的生長效率和健康狀況。

（二）飼料管理和營養(yǎng)優(yōu)化

通過數(shù)字孿生模型， 可以對(duì)家禽的飼料消耗和營養(yǎng)需求進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。 結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的家禽生長數(shù)據(jù)， 數(shù)字孿生可以幫助調(diào)整飼料配方和喂養(yǎng)策略， 以實(shí)現(xiàn)最佳的飼料利用效率和營養(yǎng)平衡，同時(shí)降低飼料成本。

（三）疾病預(yù)測(cè)和管理

數(shù)字孿生可以通過整合家禽健康數(shù)據(jù)和疾病模型，提供對(duì)家禽疾病的預(yù)測(cè)和管理支持。 通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家禽的生理參數(shù)和行為特征， 數(shù)字孿生可以幫助提前識(shí)別和預(yù)測(cè)潛在的疾病風(fēng)險(xiǎn)，并提供相應(yīng)的預(yù)防和治療建議，以減少疾病的傳播和影響。

（四）生產(chǎn)性能監(jiān)測(cè)和改進(jìn)

數(shù)字孿生可以對(duì)家禽的生產(chǎn)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，包括生長速度、體重增長、產(chǎn)蛋率等指標(biāo)。 通過實(shí)時(shí)采集和分析數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以幫助識(shí)別和解決潛在的生產(chǎn)問題， 并提供改進(jìn)措施和優(yōu)化策略， 以提高家禽的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

（五）健康管理和行為分析

數(shù)字孿生可以幫助監(jiān)測(cè)家禽的健康狀況和行為特征。 通過傳感器和圖像識(shí)別技術(shù)，數(shù)字孿生可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家禽的行為習(xí)慣、 活動(dòng)水平和社交行為，并識(shí)別異常行為或健康問題。 這有助于提供個(gè)體化的健康管理和行為干預(yù)， 改善家禽的福利和生產(chǎn)性能。

數(shù)字孿生在家禽領(lǐng)域的應(yīng)用可以提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和優(yōu)化能力，幫助養(yǎng)殖者更好地管理和提高家禽養(yǎng)殖的效率、健康和可持續(xù)性。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 人工智能和大數(shù)據(jù)在家禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用， 對(duì)數(shù)字孿生的發(fā)展和應(yīng)用起到了重要的推動(dòng)作用。 以下是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家禽領(lǐng)域的主要影響：環(huán)境調(diào)控、禽病檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷和生產(chǎn)效益。

智能管控平臺(tái)架構(gòu)。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過安裝各種傳感器， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家禽養(yǎng)殖環(huán)境的溫度、濕度、氨氣濃度等指標(biāo)，以及家禽的飲水量、飼料消耗量等數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)中進(jìn)行分析和建模。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)家禽養(yǎng)殖過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。 通過遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)z像頭和傳感器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。 同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖設(shè)備和系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制， 例如自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度，自動(dòng)喂食和飲水等，提高養(yǎng)殖效率和減少人力成本。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將大量的家禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或本地服務(wù)器中進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。 這些數(shù)據(jù)可以與數(shù)字孿生系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、模型建立和預(yù)測(cè)，幫助農(nóng)戶更好地管理家禽養(yǎng)殖過程，提高生產(chǎn)效率和決策能力。

未來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生在家禽養(yǎng)殖方面將更加智能化、自動(dòng)化。 它將能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和響應(yīng)家禽養(yǎng)殖過程中的異常情況， 提供更精細(xì)化的管理和決策支持。 數(shù)字孿生還將與其他技術(shù)相結(jié)合，例如無人機(jī)、傳感器等，共同推動(dòng)家禽養(yǎng)殖行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并為農(nóng)戶提供更多的發(fā)展機(jī)遇。

三、國內(nèi)外研究

數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)真實(shí)世界對(duì)象進(jìn)行數(shù)字建模和仿真，連接虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界，利用虛擬世界來映射現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維過程進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這種技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)維階段提供有價(jià)值的信息。 數(shù)字孿生技術(shù)可以創(chuàng)建實(shí)時(shí)仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維過程進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)， 通過數(shù)字孿生技術(shù)，技術(shù)人員可以對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程進(jìn)行安全試驗(yàn)和高保真度仿真。 陶飛等提出了數(shù)字孿生五維模型的概念，結(jié)合相關(guān)合作企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求，重點(diǎn)探討了數(shù)字孿生五維模型在數(shù)字孿生電廠智能管控等10 個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用思路與方案。

國外研究現(xiàn)狀。 在國外，數(shù)字孿生的研究主要集中在制造業(yè)、 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智能城市等領(lǐng)域。 研究人員致力于數(shù)字孿生模型的建立、數(shù)據(jù)集成和模擬仿真等方面的研究。 同時(shí)，數(shù)字孿生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備維護(hù)和供應(yīng)鏈管理等方面的應(yīng)用也得到了廣泛的探索。 一些國際知名企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也在數(shù)字孿生領(lǐng)域進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用和探索。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀。 在中國，數(shù)字孿生的研究和應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展。 許多高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)積極開展數(shù)字孿生研究， 形成了一些具有國內(nèi)影響力的研究團(tuán)隊(duì)。 國內(nèi)研究主要涵蓋制造業(yè)、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、城市管理等領(lǐng)域。 研究人員圍繞數(shù)字孿生模型的構(gòu)建、數(shù)據(jù)集成、邊緣計(jì)算和人工智能等技術(shù)進(jìn)行探索和創(chuàng)新。 此外，數(shù)字孿生在汽車制造、航空航天、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的應(yīng)用也受到了廣泛關(guān)注。

總體而言， 國內(nèi)外對(duì)于數(shù)字孿生的研究和應(yīng)用都處于快速發(fā)展階段。 研究人員致力于解決數(shù)字孿生模型的建立、數(shù)據(jù)融合、實(shí)時(shí)性和安全性等關(guān)鍵問題， 并將其應(yīng)用于不同領(lǐng)域的實(shí)際場(chǎng)景。 隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用案例的豐富， 數(shù)字孿生有望在產(chǎn)業(yè)界得到更廣泛地應(yīng)用和推廣。