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夜幕下，灯火辉煌的数字孪生机场现代大气，一架架飞机有序起降，一台台地面车辆接驳引导。每条航线上，飞机的机翼状态、起落架开合与否，航速、海拔、经纬度实时同步，整片空域的繁忙度与健康度直观呈现。
这听起来很像航空模拟经营游戏，却真真切切地在51WORLD和中国民航科学技术研究院共同研发的“云镜系统”中，得到了实现。与游戏不同的是，数字孪生机场接入了真实、即时的航空、航站和地勤数据，可以达到“所见即所得”，极大地助力机场方面提升运行效率，降低管理成本。
01 疫情助推机场智慧化
突然其来的新冠疫情，使全球民航业遭遇数十年未有的寒冬。国际机场理事会发布报告称，疫情将使2020年全球客运量减少五分之二，同时机场收入减少约50%，损失总额将超过760亿美元。而全球航空运营商今年客运收益也将预计同比下降44%。在这种严峻的形势下，综合运用数字孪生、大数据、云计算、人工智能等科技手段，提升机场作为航运枢纽的运行管理效率，是当务之急。同时，机场作为传统基建的核心组成部分，承担着保障社会民生和经济发展的重大责任，也是复工复产的关键一环。
▲飞机实时起降
今年1月，民航局印发《中国民航四型机场建设行动纲要(2020-2035年)》，提出了“平安、绿色、智慧、人文”四型机场的建设要求，同时指出要“利用智慧化的措施和手段来实现”。2020年正是“四型机场”建设的开局之年。
目前，民航局已经确定了“首都机场智慧机场建设项目”“北京大兴机场智慧机场建设项目”、“广州白云机场智慧机场建设项目”、“深圳机场未来机场建设项目”等23个标杆示范项目。
尽管民航管理部门与机场方面意愿强烈，但为机场进行数字孪生升级并不简单。
首先，机场作为航空转运枢纽，需要对飞机状态、远近空域、地上地下、公交客流等情况了如指掌，涉及到的系统纷繁复杂：如场面监视雷达、机坪全景监控系统、机场系统决策系统(A-CDM)、航延信息发布系统、空管协同系统、气象观测系统、航站楼楼宇管理系统(IBMS)等，系统集成难度非常大。
其次，从场景侧看机场业务，可以大致分为航空侧、航站侧、地勤侧，而实际管理中则涉及机场运营指挥中心(AOC)、航站楼运营指挥中心(TOC)、机场地面交通中心(GTC)、当地市政部门(如轨道交通、卫生防疫部门)、公安系统等多部门协同。但这些部门间的数据往往是缺乏互通，造成了机场管理中的一个个数据孤岛。
最后，传统机场管理系统本身，也存在数据空间属性欠缺、场景割裂、交互界面不直观等挑战。
这些问题都需要在新型机场指挥系统中得到解决。
02 三个“统一”，搭建数字孪生机场
针对上述难题，51WORLD与中国民航科学技术研究院共同打造了一套为机场量身定制的数字孪生系统——“云镜系统”。
目前，该系统已在北方某机场落地部署。
较传统的平面数据中心，“云镜”能够映射与反馈飞机在空间坐标上的起降状态、巡航态势、停机坪安全监测，赋予车辆和航行器真实地理空间坐标，打通机场数据，提升信息化管理的应用效果和业务效率。
支撑这套系统的建设标准，被凝炼为“三个统一”——即统一标尺、统一口径、统一界面：
统一标尺是为机场的管理对象、管理数据、信息流程赋予统一、相同的坐标系，使系统可以明确飞机、地勤车辆、IOT终端、乘客与工作人员等对象的位置与状态。
51WORLD与航科院团队在整合机场的BIM、3DMAX、CAD、GIS等空间数据的基础上，利用51Urbandata引擎，快速生成L2-L3精度数百平方公里的空域和城市底板，以及L3精度的航站楼、机坪道路划线，映射绑定真实地理信息坐标系，构建了机场数字孪生底板，为综合管理打下基础。
统一口径是将面监视雷达、机坪全景监控系统、机场系统决策系统(A-CDM)、航延信息发布系统、空管协同系统、气象观测系统、航站楼楼宇管理系统(IBMS)、IOT系统、视频监控、周界安防系统等多格式、多形式、多内涵的数据统一接入系统，满足机场管理联防联控的要求。
▲航空器管理界面
双方团队还预设了可以被真实运行数据驱动的管理对象，如飞机、地面车辆等。它们都拥有独立语义，可以单独或联动管理，构成动态数字孪生的对象。
比如，驱鸟车、摆渡车、牵引车、扫雪车、除草车等地面作业车辆的数字孪生体，就是通过位置、车速、转弯角度等数据驱动，可以实时了解车辆目前和过去的工作状态。一旦发生事件事故，可立即回查。
▲地面车辆管理
统一界面是通过信息集成、解决方案集成(SOA)和单点登录(SSO)等方式，实现“一屏管机场”。同时，依据管理条例，为人员、岗位、用户设置不同的操作与数据权限，保障机场管理的严谨性，也照顾到人员协同的灵活性。
在地坪、航站楼的场景精度足够高时，还可以引入人流热力、车辆动力学、V2X仿真、无人驾驶训练、交通流仿真等业务，在数字孪生机场界面中预演应急管理和机场建设方案，为管理者提供直观的决策依据。
值得一提的是，工作人员可以使用轻便的移动端，通过51WORLD云渲染技术，达到和大型主机一样的操作体验和视觉效果，并对机场设备进行反向控制，确保系统的高利用率。
03 数字孪生机场：解决当下，面向未来
机场一旦拥有了数字孪生的能力，就可以提升数据分析、业务管理的效率，为机场管理中的各类难题，提供直观、可视化的解决路径，使机场管理方享受数字孪生带来的技术红利。
在航空侧，系统着重管理空域雷达、航班排班、航班实时监控和回查、跑道起降占用、空域安全、不明飞行物闯入、天气、能见度、管制信息等功能。
▲飞行器空中姿态
以空域及航线繁忙度为例，通过对每条航线的时间占用比分析，可以分析出航线单线的繁忙热力图。最后对所有航线进行叠加，通过体元栅格的方式便可以获得直观的繁忙度监测。
这个结果背后的复杂数据，在传统大屏模式下，往往需要多个界面进行承载，以三视图的方式分别呈现，并经过专业人员的解读和识别，才能转化为可读性信息。在云镜系统里，管理人员可以在一个界面内，轻松地进行航班、航线管理，优化起降安排。
在地勤侧，通过51WORLD视频融合技术，监控视频被融合进数字孪生体，结合部署在机场周界的各类传感器，便可实现停机坪的安全管理功能，对违规闯入、违规作业、超速超时作业等行为第一时间做出告警，确保作业安全。
▲地面车辆管理界面
随着今后数字孪生机场精度的提高，还可以计算出监控盲区和可视域，分析安全度分布，帮助机场管理方设计安防策略，做到未雨绸缪。
在航站侧，可以进行公共交通、楼宇管理、游客服务等功能的加载，与数字孪生泛园区解决方案进行衔接。
同时，为了配合国家新基建和“四型机场”的建设要求，云镜系统平台上还加入了V2X通讯、激光/毫米波/视觉、车辆动力学、无人驾驶训练集、高级流程仿真(APS)对接等能力。后续，无人摆渡车、无人物流车可以在同一平台上实现数字孪生，方便机场扩展有关业务。
04 结语
机场作为一座城市的交通枢纽，是城市展示其智慧建设成果的门户与窗口，其“智慧、绿色、安全、人文”的形象，将会为一座城市增光添彩。
▲降落模拟
参与项目的51WORLD 售前方案及生态伙伴部部门经理张焜棋认为，“四型机场”的建设，需要统合新型智能城市基础设施与传统城市基础设施双重建设，而数字孪生技术则是新老基建的重要的耦合点和支撑能力。
此次项目的成功落地，离不开中国民航科学技术研究院在民航安全、运行和发展各领域的专业建议与深厚积累。51WORLD则提供了领先的数字孪生产品和服务。双方对各自的业务能力和技术实力都给予了高度评价。
未来，51WORLD 与中国民航科学技术研究院将继续围绕新基建和十四五规划，在智慧机场、数字孪生机场、“四型机场”建设等方面携手合作，助力我国民航业的长远健康发展。
