Integration of digital twin and IoT for virtual greenhouse management
Hicham Slimani · Abdelilah Jilbab · Jamal El Mhamdi
提出VR-DT-IoT框架，实现虚拟温室实时同步与沉浸式控制。
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。
任务完成时间和错误率显著降低，可用性高（SUS=3.84/5）。
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。
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。
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。