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在数字化时代,数字技术已广泛渗透到社会的各个领域,成为推动经济发展和社会进步的重要力量。从智能制造到智慧城市,从在线教育到远程医疗,数字技术正以前所未有的速度改变着我们的生活和工作方式。在乡村振兴战略的实施过程中,数字技术同样展现出巨大的潜力,为乡村发展带来了新的机遇。2025年中央一号文件首次提出“实施数字乡村2.0行动计划”,数字孪生技术作为核心支撑列入国家乡村振兴局十大创新工程。数字孪生技术作为一种前沿的数字化手段,近年来在工业制造、城市规划等领域取得了显著的应用成果。同样,将数字孪生技术引入乡村振兴领域,将为乡村发展带来全新的思路和方法,重构乡村发展的新范式。
数字孪生,亦称为数字映射或数字镜像,是一种前沿的数字化理念与技术,其核心在于数据与模型的深度融合与一体化构建。简而言之,数字孪生技术旨在数字世界中精确复制物理世界的实体,打造出一个数字化的“孪生兄弟”。依托传感器、物联网等先进技术,该技术能够实时捕获物理实体的多维度数据,如温度、湿度、压力及位置等,并将这些数据无缝传输至数字模型中,确保模型能够即时反映物理实体的状态与动态变化。
以农业领域的温室大棚为例,数字孪生技术发挥了重要作用。它能够在虚拟环境中创建一个与实体大棚几乎一模一样的数字复制品。这个数字模型不仅精准还原了大棚的几何结构和内部设施,还能实时映射大棚内的温湿度、光照强度等关键环境参数,以及作物的生长情况。这样,管理者只需通过这个数字界面,就能随时随地了解大棚的实时状况,无需亲自到现场,从而极大地提高了管理效率和便捷性。
数字孪生技术以建模仿真为基础,融合了物联网、云计算、边缘计算、大数据及人工智能等多项先进技术。其运作机理精妙而高效:通过部署传感器和利用物联网设备等多维度数据采集手段,实时捕捉物理实体的运行状况及环境参数。随后,运用先进的建模技术,根据这些采集到的数据,精心构建出能够准确反映物理实体结构、行为及性能的数学模型和物理模型。在此基础上,仿真技术大显身手,基于这些模型模拟物理实体在各种情境下的运行状态,预测其未来发展趋势。云计算和边缘计算为这一过程提供了强劲的算力支持,确保数据能够高效存储、快速处理与深入分析。大数据技术则深入挖掘海量数据中的宝贵信息,为决策提供依据。而人工智能技术更是锦上添花,不断对数字模型进行优化和升级,实现智能决策和自主控制。由此,数字孪生技术以其实时性、精准性、可视化、可预测性及可交互性等独特优势,为物理实体的监测、预测与优化控制开辟了全新路径。
乡村振兴是中华民族伟大复兴的重要一环,关乎国家粮食安全、生态安全和社会稳定。数字孪生技术的融入,为乡村振兴提供了创新策略,助力乡村实现产业繁荣、生态和谐、文明新风尚、治理高效、生活富足的美好目标。
空间重构:数字底座打破地理边界。数字孪生技术为乡村绘制了精细的数字化影像,深入剖析了乡村地理空间,跨越了传统地理界限,为乡村空间重塑奠定了坚实技术基础。以往,地理空间的局限常阻碍乡村资源的合理配置和要素的自由流动,偏远乡村因交通不便、信息滞后而难以与外界高效交互。数字孪生技术的兴起,彻底改变了这一格局。借助高精度的卫星遥感、地理信息系统(GIS)及物联网 传感器等技术,数字孪生全面采集并整合了乡村地形、土地利用、基础设施等信息,构建了一个与现实乡村几乎无异的虚拟数字世界。在这个虚拟空间中,乡村的每寸土地、每条道路、每栋建筑都被精准呈现。规划者可在虚拟环境中模拟优化乡村空间布局,预判不同方案效果,制定更科学、合理的规划。以乡村基础设施规划为例,数字孪生模型能精确分析交通流量、人口分布及未来发展态势,确定基础设施的最优建设位置和规模,避免盲目建设,提高资源利用效率,提升基础设施覆盖广度和服务效能,打破地理空间束缚,促进城乡及乡村间的要素流动与融合发展。
产业跃迁:虚实融合催生新质生产力。数字孪生技术的运用,为乡村产业发展注入了变革新活力,以虚实结合的创新模式,催生出全新生产力,推动乡村产业实现跨越式发展。传统乡村产业以农业种植、养殖及初级农产品加工为主,产业结构单一,附加值低,市场竞争力不足。而数字孪生技术的融入,为乡村产业转型升级开辟了新路径。在农业生产方面,数字孪生技术实现了生产管理的数字化、智能化。农田中的传感器实时采集土壤湿度、养分、气象信息及作物生长数据,汇入数字孪生模型。在虚拟空间中,作物生长过程得以实时模拟分析,根据模拟结果精准调控灌溉、施肥、病虫防治等环节。这种精细化管理提高了农业生产效率,降低了成本,提升了农产品品质和产量,增强了市场竞争力。同时,数字孪生技术促进了乡村产业的跨界融合与创新。利用VR、AR技术,将乡村自然景观、民俗文化、历史遗迹等资源数字化展示,打造沉浸式乡村旅游体验。游客通过虚拟设备,身临其境感受乡村魅力,实现乡村旅游从观光向深度体验的转变。此外,数字孪生技术还加速了乡村电商、智慧物流等产业发展。构建数字化供应链体系,使农产品能快速、高效地从田间送达餐桌,拓宽了乡村产业发展空间,孕育出新的经济增长点。
治理变革:智能体实现精准服务。数字孪生技术为乡村治理注入了智能、精准的新动力,通过构建乡村治理智能体,实现了公共服务的精准提供与高效监管,大幅提升了乡村治理效能。传统治理模式下,乡村面临信息不对称、数据采集难题,治理决策缺乏数据基础,公共服务难以满足村民实际需求。数字孪生技术的应用,有效解决了这些问题。它整合了乡村人口、土地、基础设施、公共服务等多维度数据,建立了乡村治理的数字孪生模型,形成了全要素数字化的治理平台。依托大数据分析和人工智能算法,该平台能实时监控、预警和深入分析乡村治理中的各种问题。例如,智能交通系统能实时监测道路交通流量,及时发现拥堵和安全隐患,并迅速采取治理措施;环境卫生数据分析能准确定位垃圾堆放点和污染源,实现乡村环境的精细管理。同时,数字孪生技术推动了乡村公共服务的个性化供给。通过深入分析村民需求数据,准确把握村民在教育、医疗、文化等方面的需求,定制个性化公共服务方案。在线教育平台为乡村学生提供优质教育资源,远程医疗系统让村民在家享受专家医疗服务。这种智能、精准的公共服务模式,极大提升了乡村居民的生活品质和幸福感,促进了乡村社会的和谐稳定。
制度突破:构建数字时代新秩序。数字孪生技术的广泛普及,为构建数字时代的乡村新秩序提供了难得机遇。该技术为乡村产权、土地、财政等制度提供了数字化支撑,促进了制度创新与升级。同时,它还助力乡村法治建设,通过数字平台普及法律知识,使法律服务更加便捷高效。以安徽金寨县为例,该县将宅基地的三维空间坐标与产权信息紧密结合,使农房转变为可分割交易的数字资产,闲置资源利用率大幅提升,从31%跃升至79%。这一举措实现了土地制度从“物理确权”向“数字确权”的重大转变,其制度创新意义可与家庭联产承包责任制相媲美。重庆试点的虚拟地票交易机制更具创新性,将宅基地复垦指标编码为区块链通证,实现了山区县存量建设用地指标的跨区域流通。目前,已盘活土地1.2万亩,带动农民财产性收入增长17%。此外,数字孪生技术还推动了政策评估体系的革新。广东省建立的乡村振兴数字驾驶舱,将146项发展指标转化为动态可视化图谱,政策效果可追溯至具体田块和农户,彻底打破了“政策-效果”的黑箱模式。这些制度创新共同围绕一个核心议题:当数据成为与土地并重的生产要素时,乡村需要构建涵盖数据确权、收益分配、安全监管的新型制度框架。这既是对传统农村制度的突破性重构,也是对数字时代生产关系的前瞻性探索和实践。
数字孪生技术作为一种具有巨大潜力的前沿科技,正以前所未有的力量突破传统乡村发展边界,在空间重构、产业跃迁、治理变革、制度突破等多个维度赋能乡村振兴,重构乡村发展新范式。在未来的乡村发展中,应进一步加大对数字孪生技术的研发和应用力度,充分发挥其优势,让数字技术更好地服务于乡村振兴战略,推动乡村实现高质量发展,让广大乡村居民共享数字时代的发展成果,向着农业强、农村美、农民富的目标大步迈进。
(作者:郭丽燕,福建商学院副教授,博士)