宋譽 張震

（東部機場集團有限公司 江蘇省南京市 211113）

在民航業(yè)的迅猛發(fā)展下，涌現(xiàn)出海量機場數(shù)據(jù)，這無疑加大了機場日常運行數(shù)據(jù)的管理難度，而機場3D智能可視化系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，可以很好地解決機場數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理問題，該系統(tǒng)采用3D圖形渲染的方式，打造出智能化、數(shù)字化、信息化的智慧機場，使得機場運行性能得以大幅度提高，便于工作人員更好地管理航班信息流、行李數(shù)據(jù)流、機場周邊交通流等信息。因此，在機場3D智能可視化系統(tǒng)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)地創(chuàng)建智慧機場是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

機場3D智能可視化系統(tǒng) 在實際設(shè)計期間，所用到的關(guān)鍵技術(shù)為以3D動畫的方式，形象、生動地展示文本、數(shù)字等靜態(tài)數(shù)據(jù)，確保傳統(tǒng)靜態(tài)展示方式轉(zhuǎn)變?yōu)?D動態(tài)展示方式，與傳統(tǒng)可視化數(shù)據(jù)展示界面相比，該系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，可以確保靜態(tài)、單一的數(shù)據(jù)變得更加動態(tài)化、靈活化和絢麗化，極大地提高了用戶的視覺體驗。例如：暖通專業(yè)系統(tǒng)主要從供暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)三個方面，對整個系統(tǒng)進(jìn)行3D動態(tài)展示。如圖1所示。

圖1：暖通專業(yè)系統(tǒng)界面示意圖

2 系統(tǒng)架構(gòu)

機場3D智能可視化系統(tǒng) 是一個綜合性的針對機場設(shè)施設(shè)備運維管理的信息化平臺，通過標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)協(xié)議和接口實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的集成，并可以基于BIM技術(shù)實現(xiàn)設(shè)施和設(shè)備統(tǒng)一維護和管控，最終滿足用戶的管理需求。智慧機場設(shè)施設(shè)備集成管理平臺在實際設(shè)計中， 主要用到了面向服務(wù)架構(gòu)，并采用.NET平臺開發(fā)， 主要包含以下幾個層次：

（1）工具層。工具層主要用于對各個層次的配置和維護，工具層主要由以下兩個部分組成：

1.接口工具。接口工具通常用到了接口服務(wù)器和收集器。

2.組態(tài)工具。組態(tài)工具通常用到了數(shù)據(jù)庫和界面組態(tài)。

為了支持不同崗位、不同角色用戶、不同使用場景，系統(tǒng)設(shè)計支持桌面應(yīng)用、和iOS移動端APP，以及外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口等客戶端。這些客戶端協(xié)同運作形成一個統(tǒng)一化機體，然后，嚴(yán)格按照所設(shè)置好的建設(shè)目標(biāo)，為機場的運維工作的有效開展提供支持和保障。

（2）表示層。表示層支持桌面應(yīng)用和管理應(yīng)用和IOS管理應(yīng)用。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要用于對文檔、視頻文件和數(shù)據(jù)庫等相關(guān)數(shù)據(jù)源的全面化采集和整理，系統(tǒng)結(jié)合用戶的個性化需求，為用戶提供了強大的巡檢管理、人員管理和信息查詢等相關(guān)應(yīng)用功能。

（4）服務(wù)層。服務(wù)層為系統(tǒng)穩(wěn)定化、安全化運行提供了功能強大的內(nèi)核，為后期多個業(yè)務(wù)中間件集中化處理以及相關(guān)重要數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計打下堅實的基礎(chǔ) ，同時，還為用戶提供上層 應(yīng)用訪問服務(wù)體驗。

（5）接口層。接口層主要是指 易于集成多種通訊方式的智能設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（6）虛擬化層。虛擬化層主要是指為降低軟件系統(tǒng)分發(fā)部署及更新的復(fù)雜度,同時在一個宿主機運行更多的隔離系統(tǒng)以最大化利用硬件資源，在使用操作系統(tǒng)級虛擬化的同時，采用應(yīng)用容器的方式來構(gòu)建云計算基礎(chǔ)架構(gòu)。

（7）運行支撐層。運行支持層指應(yīng)用系統(tǒng)運作所依賴的數(shù)據(jù)存儲、計算、服務(wù)接入等軟件基礎(chǔ)設(shè)施和中間件。包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲、BIM和GIS中間件、物聯(lián)網(wǎng)接入、大數(shù)據(jù)處理、消息隊列等。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)移動終端

機場3D智能可視化系統(tǒng)移動終端APP部署于智能手持終端，同時提供IOS版本和Android版本，開發(fā)工具采用Unity3D和Xcode9.0，三維原始模型（由資源可視化系統(tǒng)提供）創(chuàng)建使用Revit2016以上版本形成原始FBX文件并導(dǎo)入3DsMax2016以上版本進(jìn)行仿真處理和性能優(yōu)化，移動終端APP主要提供巡檢和信息采集模塊，可瀏覽三維模型。

3.1.1 巡檢模塊

巡檢模塊可以協(xié)助機場企業(yè)及時、有效地發(fā)現(xiàn)和處理潛在性隱患問題。此外，通過利用該模塊，可以科學(xué)地設(shè)置和安排巡檢人員的工作內(nèi)容和工作路線，便于巡檢人員結(jié)合相關(guān)設(shè)備，對相關(guān)巡檢情況進(jìn)行全面化記錄和存儲。此外，系統(tǒng)可以自動考核評價巡檢人員對的工作成果，并對后臺任務(wù)計劃進(jìn)行實時同步，然后，利用EasyAR，借助圖形引擎功能，完成對系統(tǒng)虛實互動模塊的設(shè)計和開發(fā)，從而相關(guān)人員結(jié)合巡檢人員實際所在位置，為巡檢人員提供精確地點指引服務(wù)，同時，還要利用系統(tǒng)所提供的三維場景模塊，為巡檢人員提供精確化設(shè)施設(shè)備目標(biāo)位置指引服務(wù)。此外，結(jié)合多點接觸交互模塊，對周圍環(huán)境信息進(jìn)行全方位、多角度地觀察，并對選中的目標(biāo)對象進(jìn)行鎖定處理，為后期電子巡檢表單的自動化打印創(chuàng)造了良好的條件 。最后，將所記錄的最終巡檢結(jié)果安全、可靠地傳輸?shù)胶笈_中，一旦發(fā)現(xiàn)巡檢問題，需要結(jié)合這些巡檢問題和現(xiàn)場實際拍照情況，，完成對問題報告的制作和提交，在此基礎(chǔ)上， 管理人員可以結(jié)合實際養(yǎng)護需求，完成對巡檢計劃的制定，并對多個常規(guī)巡檢路線進(jìn)行科學(xué)配置，從而確保巡檢計劃制定的規(guī)范性和合理性。另外，巡檢人員可以嚴(yán)格按照規(guī)劃線路，使用相關(guān)移動設(shè)備， 到現(xiàn)場進(jìn)行全方位巡檢。并通過移動客戶端填寫巡檢記錄。對于現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的查詢和運行狀態(tài)的查看，均可通過設(shè)備二維碼掃描或系統(tǒng)查詢等方式進(jìn)行。

3.1.2 信息采集模塊

信息采集模塊提供現(xiàn)場文字和圖片信息采集功能，并自動綁定操作人、采集時間、空間位置信息、目標(biāo)對象和關(guān)聯(lián)對象等有用信息，自動生成報文信息包并上傳至后臺，后臺可根據(jù)報文結(jié)構(gòu)自動實現(xiàn)解析，并生成相應(yīng)處理流程，在相關(guān)人員審核通過后自動激活并跟蹤流程。

3.2 系統(tǒng)運維管理PC端

3.2.1 巡檢組件

巡檢組件為巡檢人員提供互聯(lián)移動巡檢工具，根據(jù)巡檢計劃，利用手持設(shè)備，結(jié)合電子地圖和室內(nèi)定位，進(jìn)行巡查巡檢工作，并現(xiàn)場記錄巡檢結(jié)果。巡檢人員將巡檢結(jié)果上傳后，各系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理人員根據(jù)巡檢結(jié)果決定下一步的安排，必要時指定相應(yīng)人員執(zhí)行下一步的維修操作。維修人員根據(jù)工作安排，利用手持設(shè)備，結(jié)合電子地圖及巡檢記錄，查詢并定位需要維修的系統(tǒng)和設(shè)備，執(zhí)行現(xiàn)場維修工作，并通過移動設(shè)備現(xiàn)場記錄維修工作完成情況，結(jié)合室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位功能，可記錄巡檢修人員的作業(yè)軌跡。巡檢管理流程服務(wù)提供制定巡檢計劃、計劃審批、巡檢任務(wù)生成、臨時巡檢計劃創(chuàng)建、生成巡檢任務(wù)、巡檢任務(wù)分發(fā)/接收、巡檢實施跟蹤、巡檢報告提交、巡檢結(jié)果審批處理、巡檢統(tǒng)計報表生成。

3.2.2 運維組件

運維組件提供機場設(shè)施設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測相關(guān)服務(wù)和功能，通過預(yù)裝的傳感器實時采集狀態(tài)數(shù)據(jù)，借助BIM技術(shù)強大的三維可視化和信息載體的優(yōu)勢更加形象的、直觀的展現(xiàn)在異常情況下故障位置信息、屬性信息等，可對故障進(jìn)行分析與模擬并針對該故障進(jìn)行安全評價與評估，有利于實現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的智能化、信息化的運行監(jiān)測，提高管理水平。通過對設(shè)施設(shè)備進(jìn)行自動化監(jiān)測，實時掌握運行狀態(tài)的變化，結(jié)合BIM模型數(shù)據(jù)庫提供大量的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，對傳感器返回的數(shù)據(jù)制定正確的反應(yīng)機制，為設(shè)施設(shè)備運維管理信息化和標(biāo)準(zhǔn)化提供支持。維修管理功能模塊提供事后維修、定期維護、預(yù)防性維修、預(yù)測性維修、主動維修、狀態(tài)檢測、改善性維修、不停航維修和特殊條件維修。針對不同的維修類型提供的流程包括報修管理、派單管理、跟蹤管理、質(zhì)量評估管理和定檢管理。按維修任務(wù)觸發(fā)機制分為自動生成、預(yù)測性診斷生成和人工觸發(fā)。流程配置服務(wù)含人員、備件、工具、工作步驟和工作進(jìn)度的配置等。流程步驟包含計劃、審批、執(zhí)行、檢查和完工報告等，流程服務(wù)全程跟蹤工單狀態(tài)并確保形成閉環(huán)。對于電梯、供電設(shè)備、登機橋等特殊設(shè)施，流程服務(wù)可制定詳細(xì)的維護計劃（包括年度計劃、月度計劃、周計劃、日計劃），并提供按停航施工和不停航施工的維護方式分別向相關(guān)部門報備流程。如下圖所示為機房故障報警后，三維可視化平臺中提示報警點位。閉環(huán)管理功能模塊提供資源可視化管理場景和圖形化UI交互界面，可實時發(fā)起、激活、監(jiān)控、管理和響應(yīng)自動報警、人工報警、計劃任務(wù)，并可查看相關(guān)流程與三維場景中對應(yīng)的實體之間的關(guān)聯(lián)。運維組件可以根據(jù)用戶需要，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器按2秒到24小時之間的時間間隔進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描，監(jiān)控設(shè)備溫度和功率等數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的策略自動控制空調(diào)、照明等主要耗能設(shè)備，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)自動發(fā)出報警和預(yù)警，如遇設(shè)備使用壽命到期、水管氣管爆裂等設(shè)備使用異常情況時可自動發(fā)出警報，并迅速鎖定故障設(shè)備所在空間位置，點選該故障設(shè)備，系統(tǒng)將顯示發(fā)生故障原因并生成維修單進(jìn)行派發(fā)同時發(fā)送短信通知相關(guān)責(zé)任人，以便相關(guān)責(zé)任人及時到場處置。如發(fā)生火災(zāi)、漏水、搶劫等突發(fā)惡性事件時可以通過本系統(tǒng)接收的物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)迅速定位建筑內(nèi)部復(fù)雜的通道和出入口，以控制災(zāi)難蔓延和事態(tài)擴展。當(dāng)維護人員依據(jù)維修單完成設(shè)備維護后，按照維護管理要求將本次維修記錄錄入系統(tǒng)歸檔。例如當(dāng)濾網(wǎng)兩側(cè)風(fēng)壓之差大于極限值，需要更換濾網(wǎng)時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警，并立刻定位至報警位置，生成工單，并安排人員至現(xiàn)場維護。當(dāng)粉塵數(shù)據(jù)超標(biāo)時，智能化運維平臺會自動報警并迅速鎖定至PCR機房某機柜，點選該故障機柜，系統(tǒng)將顯示發(fā)生故障原因為粉塵超標(biāo)并顯示超標(biāo)率，管理人員添加維護人員信息后系統(tǒng)自動生成維修單進(jìn)行派發(fā)同時發(fā)送短信通知維護人員赴現(xiàn)場處理。當(dāng)維護人員依據(jù)維修單完成設(shè)備維護后，將本次粉塵數(shù)據(jù)超標(biāo)維護記錄錄入系統(tǒng)，以便日后查看和統(tǒng)計。PCR機房系統(tǒng)界面示意圖如圖2所示 。

圖2：PCR機房系統(tǒng)界面示意圖

3.3 三維可視化組件

三維可視化組件基于歐特克Revit軟件創(chuàng)建的全專業(yè)機場原始模型，將模型進(jìn)行精簡三角面、冗余數(shù)據(jù)刪減等處理，剝離出幾何數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維可視化圖形引擎，引擎可以實現(xiàn)三維場景的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、顯示、隱藏、查找和過濾等功能；非幾何數(shù)據(jù)經(jīng)過處理通過自主開發(fā)的工具導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中開發(fā)底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以支持信息查詢和數(shù)據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系表達(dá)，數(shù)據(jù)查詢總響應(yīng)時間≤20s。

三維可視化組件可直觀顯示建筑物內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)，并能夠?qū)崟r查詢設(shè)備靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性?？稍?DVComponent組件的交互窗體選中設(shè)備，彈出設(shè)備狀態(tài)與控制面板，遠(yuǎn)程可查看實體系統(tǒng)運行狀態(tài)，三維可視化組件可以與之同步動態(tài)表現(xiàn)機電設(shè)備工作狀態(tài)的變化。三維可視化組件通過調(diào)用機場資源可視化系統(tǒng)的服務(wù)接口，結(jié)合本地數(shù)據(jù)處理相關(guān)服務(wù)，向各個客戶終端提供數(shù)據(jù)的資源可視化效果服務(wù)，將抽象數(shù)據(jù)通過顏色、對象運動、3D特效動畫、粒子效果等進(jìn)行組合表達(dá)，直觀體現(xiàn)數(shù)據(jù)的狀態(tài)、變化趨勢和關(guān)聯(lián)關(guān)系，并可實現(xiàn)360度全方位自由視角查看。

在三維可視化組件交互窗體中鼠標(biāo)和鍵盤可以共同作用實現(xiàn)對3D模型的操作：

（1）鼠標(biāo)滾輪：放大/縮小。

（2）鼠標(biāo)單擊：單選模型。

（3）長按鼠標(biāo)拖動：框選模型。

（4）按住Ctrl鍵鼠標(biāo)單擊：向當(dāng)前選擇集中加入新模型。

（5）按住Shift滾動滾輪：鏡頭垂直上/下移動。

（6）按住Ctrl滾動滾輪：鏡頭在原有標(biāo)高上前進(jìn)/后退。

（7）按住滾輪移動：平移模型。

（8）按住Shift和滾輪移動：旋轉(zhuǎn)模型。

以三維可視化組件與弱電主機房的安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動模塊為例，首先將弱電主機房的攝像頭以列表的形式顯示于面板中，列表中還顯示了每個攝像頭的基本信息和位置描述，通過單擊列表中的記錄，可以選中對應(yīng)的攝像頭模型，通過雙擊列表中的記錄，可以將鏡頭定位至對應(yīng)的攝像頭，通過點選安防系統(tǒng)內(nèi)不同位置的攝像頭的信號源功能鍵，可實時讀取到各攝像頭對應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，并在平臺內(nèi)以視頻的形式呈現(xiàn)。三維可視化組件能夠?qū)⒁朁c進(jìn)行保存，便于常用構(gòu)件的快速定位，并且能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行共享，實現(xiàn)視點的網(wǎng)絡(luò)傳遞。三維可視化組件的透明定位狀態(tài)開啟后，通過在設(shè)備列表中選擇設(shè)備，選中的設(shè)備在三維場景中高亮顯示，未選中的場景為高透明狀態(tài)，可以第一時間獲得目標(biāo)的宏觀位置。三維可視化組件提供快捷查看數(shù)據(jù)的功能——浮動窗口顯示，當(dāng)激活浮動窗口功能時，鼠標(biāo)指針右側(cè)將自動出現(xiàn)一個窗口以顯示指針指向的構(gòu)件關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如名稱、功率、溫度等，關(guān)鍵數(shù)據(jù)類型可依據(jù)需求定制。

3.4 3D數(shù)據(jù)效果服務(wù)模塊

3D數(shù)據(jù)效果服務(wù)通過調(diào)用機場資源可視化系統(tǒng)的服務(wù)接口，結(jié)合本地數(shù)據(jù)處理相關(guān)服務(wù)，向各個客戶終端提供數(shù)據(jù)的資源可視化效果服務(wù)，將抽象數(shù)據(jù)通過顏色、對象運動、3D特效動畫、粒子效果等進(jìn)行組合表達(dá)，直觀體現(xiàn)數(shù)據(jù)的狀態(tài)、變化趨勢和關(guān)聯(lián)關(guān)系，并可實現(xiàn)360度全方位自由視角查看。

4 智慧機場創(chuàng)建場景

4.1 航班數(shù)據(jù)

通過對航班相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面化、科學(xué)化梳理，并匯總和呈現(xiàn)港航班總架次數(shù)以及全天港航 班分布圖，此外，還能精確地標(biāo)注出機場乘坐峰值和低谷值以及航班號、計劃起飛時間、計劃到達(dá)時間、早高峰正常率等指標(biāo)。另外，還要結(jié)合氣候、風(fēng)速等天氣數(shù)據(jù)，便于機場管理人員在第一時間內(nèi) 快速地了解和把控航班調(diào)度情況，使得機場航班管理效率得以顯著提升。

4.2 機位管理

通過對機位相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面化梳理，整理出機位 占用信息、航班保障信息、登記口狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)安全、可靠地疊加到3D場景中，然后，利用一張圖，就可以實現(xiàn)對機場、機位 的有效管理，便于后期機位 規(guī)劃的制定和優(yōu)化。

4.3 交通管理

通過利用機場3D智能可視化系統(tǒng) ，可以向機場管理人員形象、直觀地呈現(xiàn)配餐車、引導(dǎo)車、APM等運行數(shù)據(jù)以及停車位占用數(shù)據(jù)等，便于機場管理人員 在第一時間內(nèi) 快速了解和跟蹤當(dāng)前車輛運行位置等信息，為后期車輛管理方案以及應(yīng)急處理方案的制定創(chuàng)造了良好的條件 。

4.4 飛行區(qū)監(jiān)控

在進(jìn)行飛行區(qū)監(jiān)控期間，要利用機場3D智能可視化系統(tǒng) ，將跑道運行數(shù)據(jù)、場內(nèi)施工數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)等形象、直觀地呈現(xiàn)在機場管理人員 面前，確保該管理人員能夠全面地了解和掌握跑道運行信息以及機場內(nèi)施工情況等信息，一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，可以將研判時間縮到最短，為后期快速制定相關(guān)決策產(chǎn)生了積極的影響。此外，通過利用供電站系統(tǒng)，可以全面地查看飛行區(qū)低壓配電站和變壓器參數(shù)的關(guān)聯(lián)情況，確保飛行區(qū)供電的穩(wěn)定性和安全性。如圖3所示。

圖3：供電站系統(tǒng)界面示意圖

4.5 航站樓內(nèi)部運行監(jiān)控

在機場3D智能可視化系統(tǒng) 的應(yīng)用背景下， 要對值機柜臺、電梯監(jiān)控系統(tǒng)、行李轉(zhuǎn)盤等航班樓重要區(qū)域進(jìn)行3D還原處理，其中，電梯監(jiān)控系統(tǒng)界面示意圖如圖4所示 。 此外，還要結(jié)合相關(guān)運行數(shù)據(jù)、熱力數(shù)據(jù)等信息，利用該系統(tǒng)，全面地查看和統(tǒng)計重要設(shè)備的運行情況、旅客聚集情況等信息，從而制定和完善一套行之有效的服務(wù)決策，為旅客提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

圖4：電梯監(jiān)控管理系統(tǒng)界面示意圖

5 結(jié)束語

綜上所述，在機場3D智能可視化系統(tǒng) 的應(yīng)用背景下， 智慧機場在實際創(chuàng)建中，主要運用了 3D實時渲染技術(shù)，有效地保證了渲染引擎的性能，將傳統(tǒng)的機場運行數(shù)據(jù)報表、文字等信息瀏覽方式轉(zhuǎn)變?yōu)?3D圖形圖像瀏覽方式，使得數(shù)據(jù)閱讀效率得以大幅度提高 ，此外，在應(yīng)對機場突發(fā)事件期間，機場管理人員要制定切實可行的應(yīng)急方案，使得機場管理方式變得更加多樣化、豐富化，在此基礎(chǔ)上， 還要向機場3D場景中還原相應(yīng)的旅客聚集實際情況，便于機場管理人員更好地制定和優(yōu)化旅客疏導(dǎo)方案，使得機場服務(wù)水平不斷提升。