数字孪生（Digital Twin，TD）是一项核心工业4.0技术，可以虚拟复制现实世界的物体，模仿其整个生命周期的行为和状态。虽然数字孪生在制造业、交通运输和医疗保健等行业显示出巨大的好处，但它们在农业中的应用仍处于起步阶段。它们的实现也带来了重大挑战，例如动态农业对象(例如植物)的创建。关于农业中的数字孪生体的现有文献表明，它们监测物理对象的能力有限，没有预测能力，而且严重缺乏具有功能属性的植物的3D表示。然而，将植物的3D表示与数字孪生的潜在功能结合起来，可以极大地提高生长、产量和疾病预测的准确性。这种增强可以实现各种应用，例如评估和开发修剪策略，为种植者提供教育，指导修剪机器人和优化喷洒技术。为此，功能性结构植物建模（Functional structural plant modelling，FSPM）提供了一种潜在的解决方案，通过表示植物的3D结构并结合不同植物部分的功能。通过对3D植物表型和FSPM进行域分析，本研究解决了农业中数字孪生在FSPM方面的特定需求。该研究通过确定关键概念弥补了现有的知识差距，包括具有潜在功能的3D植物建模和数字孪生的3D植物表型。具体而言，提出了一个将三维FSPM集成到农业数字孪生中的框架。该框架不仅承认了现有文献中确定的相关要求和挑战，而且为农业领域数字孪生的发展奠定了基础。

图1  DTs的概念模型，矩形表示层内封装的功能，用正交符号表示，而箭头表示信息流。

图2  功能性结构植物模型工作流程。

图3  文献综述方法学图。

图4  农业领域现有DTs的分层组成。虚线表示不存在具有3D功能建模的DTs。

图5  提取植物表型性状的处理数据流程

图6  L系统中三维点云到三维结构的转换及关系增长语法。

图7  集成FSPM的DT控制模型体系结构。