張小琴 李 彬

（蘇州物圖數(shù)字科技有限公司，江蘇蘇州 215000）

2021年我國出臺了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，提出我國交通運輸科技創(chuàng)新能力需要進一步加強，推進交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化及物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造智慧出行平臺。

機場是航空出行的基礎(chǔ)，是重要的公共運輸基礎(chǔ)設(shè)施。民航局明確規(guī)定，在四型機場建設(shè)中要加快向智慧機場轉(zhuǎn)型的速度。我國機場數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀主要存在三方面特點：

（1）人流、物流和信息流數(shù)據(jù)較大，但缺乏對數(shù)字信息進行挖掘的能力。

（2）數(shù)字化應(yīng)用對安全穩(wěn)定性要求較高，試錯成本大。

（3）建設(shè)流程復雜，成果缺少可視性，難以進行宏觀預測。

數(shù)字孿生技術(shù)具有虛實交互的動態(tài)特性，并且能夠?qū)ΜF(xiàn)實中難以預料的情況進行模擬，提前發(fā)現(xiàn)問題，能夠?qū)C場在狀態(tài)診斷、建設(shè)沖突、運營評價等方面進行賦能，使機場運維更加智慧。

1 數(shù)字孿生技術(shù)簡介

數(shù)字孿生技術(shù)是第四次工業(yè)革命的產(chǎn)物，在工程設(shè)計和生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用，具體應(yīng)用領(lǐng)域包括城市管理、建筑、交通、能源、醫(yī)療等。數(shù)字孿生技術(shù)的本質(zhì)是通過在物理空間之內(nèi)投射虛擬空間，通過輸入多維度數(shù)據(jù)，引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)以及其他技術(shù)，實現(xiàn)對產(chǎn)品、系統(tǒng)、流程的精準復刻，形成實物與虛擬空間的數(shù)字交互。

數(shù)字孿生技術(shù)具有兩個關(guān)鍵性內(nèi)容，即高精度復刻以及準確的交互數(shù)據(jù)。復刻的數(shù)字孿生體系具有仿真數(shù)字骨架，能夠?qū)⒍嗑S度數(shù)據(jù)高精度整合，并完成建模[1]。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用主要集中在設(shè)備維護、產(chǎn)品以及生產(chǎn)流程優(yōu)化三個方向。

2 數(shù)字孿生技術(shù)在智慧機場建設(shè)的應(yīng)用途徑

2.1 建設(shè)思路

數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展還處于起步階段。要實現(xiàn)數(shù)字孿生，需要在數(shù)據(jù)、算法以及算力三方面具備相應(yīng)的技術(shù)高度。

功能方面，數(shù)字孿生技術(shù)服務(wù)商具有非標準化的服務(wù)壁壘，使機場多樣化需求無法通過通用性合作加以實現(xiàn)，機場對數(shù)據(jù)應(yīng)用的情況難以進行審查。

價值方面，機場如果不能從行業(yè)層面上對數(shù)字孿生技術(shù)進行展望，僅從獨立發(fā)展角度進行考量，難免會造成數(shù)據(jù)的價值浪費，且無法從數(shù)據(jù)流動中獲取目標價值。

2.2 建設(shè)目標

應(yīng)該建立行業(yè)級數(shù)字應(yīng)用標準。通過“標準確立”“標準應(yīng)用”提升機場在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中的話語權(quán)，防止服務(wù)商技術(shù)壟斷，對機場形成牽制。技術(shù)應(yīng)遵循行業(yè)標準，通過定制化的服務(wù)滿足業(yè)主的相關(guān)需求，降低成本和風險。

數(shù)字應(yīng)用標準應(yīng)包含信息技術(shù)標準和融合基礎(chǔ)設(shè)施標準。信息技術(shù)標準主要有數(shù)據(jù)輸入標準、算法標準以及算力標準；融合基礎(chǔ)設(shè)施標準主要有智能交通基礎(chǔ)設(shè)施標準、智能能源基礎(chǔ)設(shè)施標準等。

要打造開源共享的架構(gòu)平臺。從市場的角度出發(fā)，開源能夠為應(yīng)用生態(tài)帶來良性循環(huán)。從行業(yè)角度出發(fā)，多機場組網(wǎng)能夠使數(shù)據(jù)價值實現(xiàn)接力開發(fā)；從價值方面考慮，數(shù)字孿生技術(shù)能夠使機場和智慧城市框架進行銜接，在交通、應(yīng)急管理、生態(tài)管理等方面與所在城市相融合，使數(shù)據(jù)資源實現(xiàn)全方位應(yīng)用[2]。

2.3 方案設(shè)計

（1）對系統(tǒng)整體框架進行設(shè)計。

數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)實現(xiàn)對機場立體全覆蓋，實現(xiàn)安全管理?？蚣芙ㄔO(shè)應(yīng)為應(yīng)用層、平臺層和基礎(chǔ)層的“三層架構(gòu)體系”，并能夠完成多目標服務(wù)?；A(chǔ)層是首層架構(gòu)，基于機場設(shè)備、運行流程以及專用系統(tǒng)實體進行構(gòu)建，能夠反映實體幾何結(jié)構(gòu)、物理屬性等內(nèi)容，做好數(shù)據(jù)融合分析，從應(yīng)用的種類上可以分為設(shè)備模型、系統(tǒng)模型以及標準模型三類。

中層為平臺層，是數(shù)字孿生機場的核心系統(tǒng)架構(gòu)主要包括五個子平臺，分別為IoT設(shè)施管理平臺、應(yīng)用支撐平臺、大數(shù)據(jù)平臺、機場信息模型平臺、算力平臺。

最上層為應(yīng)用層，根據(jù)模型層對數(shù)據(jù)處理后輸出的成果，集合使用場景對數(shù)字孿生應(yīng)用產(chǎn)品進行定制，為機場運營提供相關(guān)的決策或指令輔助。

（2）數(shù)字孿生機場建設(shè)方面的能力要求。

數(shù)據(jù)輸入廣度要求，除了BIM+GIS的數(shù)字骨架之外，孿生技術(shù)需要多維度實時數(shù)據(jù)注入，以數(shù)字傳感數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)為主，如近景感應(yīng)、超寬帶通信、無線網(wǎng)絡(luò)定位、多點定位等，能夠在機坪和路側(cè)完成GNSS定位、GIS地理空間標記等功能[3]。

融合型應(yīng)用開發(fā)量要求，機場進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，需要破除信息古道，避免資源重復建設(shè)，形成一條能夠?qū)崿F(xiàn)有效鏈路的多功能道路。機場建設(shè)開發(fā)階段的核心內(nèi)容集中在設(shè)備和建筑生命周期管理、流量價值開發(fā)、沖突及應(yīng)急安防管理、資源優(yōu)化四個方面。如ADS-B以及A-SMGCS融合，引導資源分配，預防性數(shù)字孿生以及設(shè)備維護、視頻+GIS的路線引導和圍欄管理、應(yīng)急模擬演練、基于旅客動線以及消費數(shù)據(jù)的商業(yè)價值開發(fā)等。

3 數(shù)字孿生在智慧機場中的應(yīng)用

3.1 機場公共區(qū)域

（1）打造場區(qū)智慧服務(wù)。

智能綜合桿應(yīng)用案例如圖1所示。

圖1 智能綜合桿應(yīng)用案例

多功能智能桿是以燈桿為載體，搭載了物聯(lián)網(wǎng)終端形成的信息節(jié)點，集照明、LED顯示、圖像捕捉、音頻廣播、Wi-Fi路由、充電樁、環(huán)境感知于一體，和數(shù)字孿生平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管控、融通數(shù)據(jù)，通過智能桿可以對公共區(qū)域運行做出反應(yīng)。

（2）基于BIM+GIS的基建管理。

BIM模型帶有空間地理信息標識，在進行機場建設(shè)和管理的過程中能夠?qū)C場的設(shè)計圖紙進行檢查，避免建設(shè)過程中出現(xiàn)設(shè)計沖突，使機場建設(shè)進度可視化的同時，完成主體模型導出[4]。數(shù)字孿生機場應(yīng)用案例如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生機場應(yīng)用案例

（3）凈空與電磁環(huán)境管理。

機場能夠和地方自然資源規(guī)劃局數(shù)字孿生城市模型進行互通，進而對凈空限高以及城市規(guī)劃高度進行融合管理，使限制面和規(guī)劃建筑之間的高度實現(xiàn)可視化。

3.2 航站區(qū)域

（1）做好服務(wù)資源分配。

通過視頻抓取以及大數(shù)據(jù)平臺分析的方式，能夠模擬客流量變化對交通節(jié)點、服務(wù)通道、設(shè)施使用的壓力情況，使機場能夠更好地對客流進行管控，做好應(yīng)急預案，縮短機場排隊時間，提高服務(wù)體驗，優(yōu)化分配服務(wù)資源，避免資源浪費。

（2）開發(fā)流量價值。

對旅客的動線以及停留情況進行分析，可以為機場商業(yè)區(qū)域的規(guī)劃以及定價策略提供參考。通過視頻和VR技術(shù)的融合，為客戶提供個性化路線引導，提高航旅信息和旅客的匹配度，降低旅客等待時間，提升旅客消費意愿，使非航業(yè)務(wù)獲得更高的收益。

3.3 飛行區(qū)域

（1）動態(tài)風險管理。

數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)C場人員和車輛進行精準定位。完成系統(tǒng)內(nèi)成員授權(quán)管理的同時，可以實時監(jiān)控機場航空器或載具移動軌跡，分析、預測可能出現(xiàn)的空中和地面動線布置問題，提供合理的規(guī)避建議。

（2）設(shè)備預防性維護工作。

從全生命周期管理的角度出發(fā)，機場實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建立數(shù)字孿生數(shù)據(jù)庫能夠?qū)C場航空器設(shè)備的物理損耗情況、疲勞極限、系統(tǒng)穩(wěn)定性等進行實時的風險評估和分析工作，指導養(yǎng)護維保、迭代升級、備品存儲等方面工作，使機場維護工作具有計劃性和規(guī)范性。

4 結(jié)語

現(xiàn)有的各項新技術(shù)均可以被視為數(shù)字孿生技術(shù)中某個要素的發(fā)展分支，技術(shù)之間的融合越來越多，拓展應(yīng)用生態(tài)成為數(shù)字化發(fā)展趨勢。數(shù)字孿生技術(shù)能夠作為機場重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在國家、民航等層面可以統(tǒng)一標準，使數(shù)據(jù)應(yīng)用更加規(guī)范。數(shù)字技術(shù)開發(fā)商應(yīng)在“數(shù)字生態(tài)”方面進行技術(shù)革新，對機場的管理應(yīng)該在當前應(yīng)用場景基礎(chǔ)上進行技術(shù)拓展，形成多單位數(shù)據(jù)聯(lián)動，深化智慧機場的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。