Scientific African·9月25日 · 周五论文智慧农业 / 农业物联网阅读 2

Integration of digital twin and IoT for virtual greenhouse management

Hicham Slimani · Abdelilah Jilbab · Jamal El Mhamdi

论文解读
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提出VR-DT-IoT框架,实现虚拟温室实时同步与沉浸式控制。

方法

构建真实温室试验台,集成IoT传感器、数字孪生模型与VR界面,23人测试。

发现

任务完成时间和错误率显著降低,可用性高(SUS=3.84/5)。

机会点

可探索多用户协同VR控制、AI预测性维护及跨温室数字孪生标准化。

影响力16
信息增量21
专业深度18
信源权威13
时效性8

提出VR-DT-IoT全集成虚拟温室框架并经真实温室与23人实验验证,方法新颖、数据可靠,对智慧农业人机交互控制有参考价值。

原文摘要

数字孪生(Digital Twin, DT)与物联网(Internet of Things, IoT)技术的融合是农业5.0的关键使能技术,可实现物理环境与虚拟环境之间的实时同步。当与虚拟现实(Virtual Reality, VR)相结合时,这些技术能够构建沉浸式交互系统,从而增强智能农业的监测、控制与决策能力。本研究提出了一种先进且完全集成的VR–DT–IoT框架,用于虚拟温室管理,该框架不仅能够仿真和可视化,还能够实时同步和控制物理系统。所提出的框架通过建立IoT传感器、DT模型与VR界面之间的双向通信,实现了无缝的信息物理融合。用户可在沉浸式环境中直接触发执行器命令并观察即时物理反馈。本研究搭建了一个真实实验温室作为测试平台,以验证系统架构与功能。IoT传感器持续监测环境参数,数据流动态同步至DT模型,以复现温室动态变化。VR界面提供了情境感知交互与空间可视化功能,使用户能够在逼真的虚拟环境中探索实时传感器数据、分析趋势并仿真自适应控制策略。实验验证共有23名参与者参与,跨越七次培训课程,结果显示任务完成时间和错误率显著降低,同时可用性评分较高(SUS = 3.84/5),证实了该系统在提升操作性能方面的有效性。研究结果表明,所提出的系统通过将建模、实时反馈与沉浸式控制融合为统一的人在回路平台,显著推进了数字农业发展。本研究凸显了将DT、IoT与VR集成到单一连贯框架中的技术创新性与实用价值,弥合了物理域与虚拟域之间的鸿沟。

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AI-Enabled IoT-Based Hydroponic Farming with Embedded Automation and Nutrient Prediction

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