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【數字農業】虛擬現實技術在農業中的應用

2023-02-07 15:28:25

[ 導讀 ] 虛擬現實技術在農業中的應用~

農業大數據、云計算、移動互聯網、農業物聯網、人工智能等農業信息技術的進步與滲透推動了數字經濟在農業領域的發展，利用數字技術賦能農業，有助于提升農業生產效率與發展質量。

（一）虛擬植物

可以利用虛擬現實技術模擬植物在三維空間中的生長發育過程。虛擬植物能夠精確地反映現實植物的形態結構，極具真實感。利用虛擬植物技術，我們可以在電腦屏幕上設計農作物，然后再進行實際培育或用基因工程技術繁殖出真實的農作物，使農作物新品種具有虛擬植物的理想性狀。

（二）虛擬動物

可以利用計算機可視化地模擬動物在各種營養物脅迫條件下的生長過程，用戶操作計算機不但可以了解動物生長全過程中鮮、干各種物質的積累形狀，而且還可以從不同視角了解動物的逼真形態。在計算機支持下，一次模擬實驗只需幾分鐘即可得到實驗結果，大大加快了實驗的速度，減少了實驗的投入，而且可以完成在自然條件下難以得到的實驗結果。

（三）虛擬立體農業

可以通過對光資源利用的模擬，進而可模擬地下部對水、肥等的吸收利用狀況等，實現對立體農業間作、套種、混種等的規劃及優化管理。

（四）虛擬節水

可以模擬不同作物、不同株型、不同節水型灌溉方式、不同的栽培管理措施，以及模擬自然降水過程對水分的吸收利用狀況，來實現水分最大的利用效率。

（五）虛擬實驗

可以利用計算機建立反映客觀規律的虛擬模型，應用虛擬模型進行實驗，可以部分地替代在現實世界中難以進行的實驗，或者是費時、費力和費錢的實驗。

（六）虛擬農場

在教學、科普教育和農業科技推廣領域，可利用虛擬植物模型建立虛擬農場，讓學員在計算機上種植虛擬作物，進行虛擬農田管理，直觀地觀察作物生長過程及最終結果。

（七）虛擬果樹修剪

虛擬果樹修剪系統，可以模擬果樹具有生長功能，該功能可以模擬真實果樹的各種生長狀況，并對各種因素的改變作出近似實際的反應。

（八）虛擬農業布局

利用虛擬農業技術進行模擬，可以實現農業布局規劃設計效果的形象化；在觀光農業中，可以模擬采摘、銷售、觀賞、垂釣、游樂等活動，為旅客設計合理路線，讓旅游者最大限度地參與、親自體驗。

（九）虛擬農業區劃

模擬糧食生產與多種經濟作物合理搭配種植；模擬農、林、牧、副、漁業相結合的農業可持續發展模式。

（十）虛擬城市農業

城市農業是充分合理地利用城市空間和優越條件來發展農業的一種探索。可以利用虛擬現實技術模擬環境、生態、科技、生產、觀賞為一體的城市農業綜合發展模式，便于決策、實施。

（十一）虛擬農機

可以虛擬農機設計、農機制造和農機測試。例如，采用虛擬農業技術，對試驗對象的各個指標同時進行數據的測量、實時處理和實時分析，有利于提高測試水平，得出比較精確的結論，為系統的優化設計提供更可靠的依據。

（十二）虛擬溫室

虛擬溫室是將數據、材料、模型、物理屬性和高級算法整合成的一個研究平臺，研究溫室對外界環境的反應，將物理學（如溫室圍護結構的傳熱和力學屬性）和環境學（氣候變化和植物生理信息）結合起來，進行預測和預報溫室對外界各種變化（氣候條件、植物生長和人工干擾）的反應，而且能夠觀察、顯示和打印其結果。

（十三）虛擬農業生產管理

農業生產是一個巨型復雜的過程。由于其自身的一些特點，如土壤類型眾多、作物品種復雜、病蟲害發生頻繁且癥象不斷變化，肥水、密度以及氣候相互之間的關系和影響等，使得農業生產管理復雜而艱難。因此，利用虛擬現實技術模擬仿真農業生產中的各個環節，不僅可以節約費用而且能夠提高管理的水平和效率。

虛擬現實技術對農業推廣的作用

（一）建立農業數據庫，農業生產可視化

通過建立集場景三維拍攝、遠程實時傳輸、遠程沉浸式顯示等功能為一體的可視化技術體系，可以獲取作物的三維信息，了解作物長勢以及病蟲害問題，以便及時作出應對。在河南鶴壁的農科院有一個智能的農業監測系統，該系統以圖像和數據的方式直觀地呈現出此時此刻農田中的生態環境參數，甚至于植物吸收光的能力和轉化光的能力也一覽無余，隨著鏡頭的推進，單株植物的生長狀況清晰可見，害蟲也將無處藏身。有了這樣的監測系統，農戶在家就可以實現對“問題農田”的操作，既快速省力，又能夠避免過多的農藥對生態環境造成不良影響。

（二）培育新品種以及品種改良

為了提高農作物產量，需要培育高產的農作物新品種。建立虛擬育種系統及虛擬育種實驗室，使用虛擬現實技術設計模擬出農作物的不同株型，在虛擬環境下定量模擬虛擬植物吸收光的能力和光合作用的能力，從中選育出最優株型。虛擬育種實驗可以科學指導育種試驗，減少了外界一些不可避免的因素，在一定程度上解決了某些在現實世界難以進行的育種試驗。

（三）開發虛擬農場，寓教于樂

利用虛擬現實技術打造一個虛擬農場，虛擬農場包括四個模塊: 一是作物種植; 二是動物養殖; 三是農產品加工; 四是農機使用。在游戲中體驗者可以通過與游戲中的 NPC 對話學習農業知識，根據系統提示對植物、動物進行必要的操作，然后將得到的農產品加工。體驗者還可以進行開墾、播種、澆水、噴藥、施肥、收割等操作。

（四）輔助傳統農技推廣

一直以來，國家都對農業問題給予高度重視，不斷強調農技推廣的重要性，但在實際的工作中，農業推廣技術員欠缺、經費不到位等問題一直得不到解決。農技推廣機構在鄉鎮中無站無址，農業技術設備不完善，甚至一些地方的農技推廣隊伍已經名存實亡，加上農民的文化程度相對較低，對于科技推廣的接納度不夠，導致了農技推廣工作難以開展。利用虛擬現實技術可以模擬各種技術的操作，對于農民來說，如此直觀的方法更具有說服力。

（五）建立虛擬農業博物館，傳承傳統農業文化

我國農業歷史悠久，發展農業不僅是科學技術的發展，更是對傳統農業文化的傳承。科學普及農業科技識，提高全民對三農的認識也應該作為農業推廣的主要工作。北京農業數字博物館集網上展示、知識共享、傳播與科學互動體驗為一體，將文字、圖像，視頻、動畫、虛擬現實等多媒體進行整合，使用戶可以不受時間空間的限制，任意選擇想要觀看的內容。

（六）建立虛擬農業展廳，促進農業貿易

建立網上虛擬農業展廳，讓全程全方位展示農業生產成為可能，解決了因農產品生長周期長、生產過程難以體現以及鮮活農產品不易保存運輸的問題。與傳統的農業展廳相比，虛擬農業展廳有以下優勢: 一是突破了時間和空間的限制，通過網絡使得網上虛擬展廳的傳播范圍更廣泛; 二是低碳環保，節約大量參展成本; 三是互動廣泛，效率高，開啟全新的營銷模式。

結語

2020年農業農村部發布數字農業農村發展規劃中指出:依據《數字鄉村發展戰略綱要》的決策部署，加快推進重要農產品全產業鏈大數據建設，打造數字農業農村綜合服務平臺。利用5G時代+大數據+虛擬現實技術，構建綜合信息服務體系，全面推進數字技術的綜合應用和集成示范。5G時代背景下，如何借助數字農村的試點項目，推出虛擬現實農業科技服務平臺，全域推進種植業、畜牧業、漁業和質量安全監管等領域的數字化改造，探索可復制可推廣的建設模式。突出虛擬現實科技在農業發展中的新作用，切實解決并引領農村區域內新舊動能轉化的思路。

虛擬現實技術可以在虛擬作物各要素間精確模擬，在虛擬生長環境中觀察和考究動植物生長因素和環境因素，結合大數據和人工智能將動植物生長因素量化，為智能農業和精細化、標準化農業種植園奠定基礎。構建農業虛擬現實科技創新服務平臺的重要價值在于服務農業生產及管理、農業科普教學及實驗以及農業服務推廣。虛擬現實技術的可視化、沉浸式服務模式可以為“三農”提供飛躍性的幫助，擺脫以往的陳舊模式，將解決實際問題和關鍵問題為首要任務，抓住農業發展的契機實現新舊動能的轉化，助力農業高質量發展。

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