隨著國家和民航不斷提出對新基建和四型機場建設(shè)的新要求，傳統(tǒng)的機場建設(shè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建數(shù)字機場，是落實智能建造和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的具體舉措，是智能交通領(lǐng)域的一項探索創(chuàng)新。本文結(jié)合西安咸陽國際機場三期擴(kuò)建工程的實例，探索數(shù)字孿生技術(shù)在機場建設(shè)中的具體應(yīng)用，具有積極的實踐意義。
數(shù)字孿生(Digital Twin)的概念最早是由密西根大學(xué)的Michael Gneves教授于2002年提出的，具體是指在物理實體基礎(chǔ)上，通過仿真模擬，映射到虛擬空間中，并構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)信息交互的數(shù)字?jǐn)伾Ｐ停ㄟ^傳感器進(jìn)行數(shù)字感知，并依靠技術(shù)集成，實現(xiàn)虛擬空間的數(shù)據(jù)交互和實體數(shù)據(jù)的映射，建立數(shù)字化的分析模型，通過一系列的分析計算，最終通過實體基礎(chǔ)設(shè)施中的驅(qū)動器發(fā)布執(zhí)行指令，轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)和運營的活動。
在新基建的背景下，數(shù)字化場景的構(gòu)建是新基建的核心要求之一，數(shù)字孿生機場是物理基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化重現(xiàn)，將催動更多新的場景應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)鏈。在機場建設(shè)領(lǐng)域，建筑信息模型(BIM)是主要的工具之一，同時，數(shù)字化仿真模擬等工具的應(yīng)用，也是數(shù)字孿生技術(shù)的重要外在體現(xiàn)。包括機場的規(guī)劃設(shè)計、改擴(kuò)建方案研究、建筑信息模型等均可以通過三維可視化場景，極大地提高規(guī)劃設(shè)計的效率，通過立體感知、實時分析等，解決規(guī)劃設(shè)計方案的虛實交互。
數(shù)字孿生機場應(yīng)用案例分析
數(shù)字孿生機場通過充分利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、人工智能算法以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法，整合匯聚數(shù)據(jù)資源，建設(shè)完成機場運行品質(zhì)評估系統(tǒng)并開展數(shù)據(jù)高階分析與挖掘咨詢服務(wù);依靠系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，積極實現(xiàn)機場運行品質(zhì)的實時感知和可視化交互，依托數(shù)據(jù)高階分析與挖掘服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)問題瓶頸的精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，利用仿真模擬技術(shù)對運行方案進(jìn)行評估分析，優(yōu)化運行策略，為機場運營管理、旅客服務(wù)和規(guī)劃決策提供強有力的支撐。一般在機場信息中心(ITC)建立孿生數(shù)字機場的模擬仿真系統(tǒng)，通過顯示大屏、VR/AR、體感、模擬器、綜合可視化等方式，展現(xiàn)機場的模擬運行以及四型機場的展示和體驗。下面以西安咸陽機場三期擴(kuò)建工程為實例，簡要介紹數(shù)字孿生機場的建設(shè)方案。
(一)系統(tǒng)架構(gòu)
西安咸陽機場三期擴(kuò)建工程中，搭建的數(shù)字孿生機場系統(tǒng)架構(gòu)是在數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺的基礎(chǔ)上，建設(shè)智能共享服務(wù)交互平臺，連接內(nèi)外部系統(tǒng)平臺和各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)類平臺，通過整合機場各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，加強數(shù)據(jù)資源管理能力;提高機場數(shù)據(jù)分析、可視化和決策支撐能力;提升機場對航空旅客、航空公司的綜合服務(wù)能力。主要實現(xiàn)機場運行品質(zhì)評估、數(shù)據(jù)的存儲處理分析、運行管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)和數(shù)據(jù)治理、機場運行效率仿真、智能多媒體展示、3D全息投影數(shù)字沙盤組成、應(yīng)用場景展示等功能。關(guān)于數(shù)字孿生機場系統(tǒng)架構(gòu)圖，見下圖。
(二)功能要求
以下重點對機場運行品質(zhì)評估、機場運行效率仿真、3D全息投影數(shù)字沙盤、應(yīng)用場景展示等功能進(jìn)行介紹。
1. 機場運行品質(zhì)評估
2. 機場運行效率仿真
3. 3D全息投影數(shù)字沙盤
4. 應(yīng)用場景展示
(1)機場建筑全景可視化
(2)地面區(qū)域交通可視化
(3)天氣狀態(tài)三維可視化
(4)空域狀態(tài)可視化
(5)站坪狀態(tài)可視化
(6)航班執(zhí)行狀況可視化
總結(jié)與展望
隨著數(shù)字孿生理論和實踐的不斷完善，應(yīng)用的具體領(lǐng)域和應(yīng)用場景會不斷增多，同時隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷革新，在今后的機場建設(shè)過程中，可以預(yù)見，將圍繞機場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運營維護(hù)的全生命周期，開展數(shù)字孿生的構(gòu)建和部署，不斷反饋和迭代，建立各類流程和信息的交互和映射，源源不斷地獲取物理設(shè)施的數(shù)字信息。相信在不遠(yuǎn)的未來，數(shù)字機場的場景將更多地呈現(xiàn)在建設(shè)、設(shè)計、實施、管理等人員面前，將極大地促進(jìn)降本增效，實現(xiàn)民航機場建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展。
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