数字孪生机场建设的思考

数字孪生机场建设的思考

王刚、史永忠、苏婷、赵佳鑫

山西航空产业集团有限公司

摘要：数字孪生机场是符合“智慧机场”建设要求的，未来机场管理的方向也与其相契合。数字孪生机场的建设在推动机场的数字化转型和智慧化发展方面具有重要的作用，将持续有效地推动机场的发展。随着信息技术的发展和应用，智慧机场已经成为了机场建设的新趋势。数字孪生机场作为智慧机场的重要组成部分，能够通过模拟机场运行环境和监控机场运行数据来实现机场的虚拟化管理。通过数字孪生机场的技术支持，机场管理者可以更加直观地了解机场的运行情况，并及时采取相应的调整措施，提高机场的运行效率和安全性。

关键词：数字；孪生机场；建设

1数字孪生机场概述

数字孪生机场是一种通过将现实世界的物理机场进行数字化定义和三维建模的技术，以实现物理空间与数字空间的交互映射。通过数字孪生机场的建设，可以提供精准的机场画像信息、智能的预测功能和高效的协同管理，从而构建一个智能化、高效化的机场运控系统。数字孪生机场的建设主要分为三个阶段。首先是利用地理信息系统（GIS）和建筑信息模型（BIM）等技术对整个机场的空间数据进行全面融合和建模，以实现对机场运营状态的实时呈现。其次是通过物联网、大数据、云计算和人工智能等新技术的融合，实现对机场运营的精准预测和高效管控。最后，数字孪生机场还可以实现与实际机场的数据交互，实时反馈机场运营状态，并通过虚拟仿真实验进行模拟和优化。数字孪生机场的建设目标是解决当前机场运营中存在的各种痛点和难点问题。通过数字化的建模和整合，机场运营情况可以实时可视化，从而提高管理的效率和决策的智慧化水平。数字孪生机场可以准确预测机场运行状态，提前发现问题并作出相应调整，从而避免运营风险。另外，数字孪生机场还可以实现智能化的航班调度和资源管理，提升机场运营的整体效能。

2当前存在的问题

当前的机场建设和运营管理面临着一系列问题。首先，在工程建设阶段，施工周期长，并且有许多参建单位，但缺乏统一的管理归档和版本控制，这给后期的运维工作带来了困难。其次，在运行管理阶段，数据收集不完整不准确，各专业系统建设各自为政，缺乏统一的运维基准，并且数据的共享跨部门不足。此外，机场存在信息孤岛现象，资源无法全面获取，指令传递不畅，无法形成完整的空中、地面态势认知，并且缺乏统一的精细化管控手段。同时，数字化渗透率低，未能实现数字化和智慧化，这对支撑机场高效运营和精准决策造成了困难。此外，传统的业务系统也存在一些问题，比如数据空间属性欠缺、场景割裂以及交互界面不直观。由于以上问题，导致机场无法准确、实时地传递正确的信息给相关人员，影响了机场的运营效率。为了解决这些问题，可以采用数字孪生机场建设的方法。数字孪生机场建设从统一标准、统一接入、统一展示和统一预测四个方面着手，实现了建设与生产运营信息的集中整合和数据互联互通。首先，通过制定统一的标准，可以规范机场建设和运营管理的流程和要求，统一各参建单位的工作标准，从而提高施工效率和管理质量。其次，通过统一接入的方式，将各专业系统进行整合，实现数据的共享和互通，从而提高数据的完整性和准确性。同时，通过统一展示的方法，将各个系统的数据统一呈现在一个平台上，形成完整的机场态势认知，提高管理决策的准确性。最后，通过统一预测的技术手段，可以对机场的运行情况进行预测和优化，提前发现潜在问题并进行相应的调整。

3数字孪生机场的实施路径

3.1基础层建设

随着科技的进步和数字化的发展，数字孪生技术在机场管理领域日益受到关注。数字孪生机场是利用多种方式采集地图数据，构建数字孪生机场基础模型的一种创新方法。这种模型通过引入BIM全过程咨询服务，形成完整的、精确的BIM数据模型，并且通过数字化施工和智慧工地的引入，形成建设期的数据资产，从而提高机场管理的效率和质量。首先，数字孪生机场通过多种方式采集地图数据，包括航拍、卫星图像等，然后将其整合为一张数字孪生机场基础模型。这种模型不仅可以提供机场的地理信息，还可以提供建筑、设施的细节，使得管理人员可以清楚地了解机场的各个方面，从而更好地制定管理策略。其次，数字孪生机场还引入了BIM全过程咨询服务，通过建立精确的BIM数据模型，实现对机场建筑和设施的全面管理。这种模型可以包含机场各个建筑物的结构、设备的位置、管道的走向等信息，有助于机场管理人员对机场的细节进行了解，并进行预测和优化。同时，数字孪生机场还引入了数字化施工和智慧工地技术，将建设期的数据资产与数字孪生机场模型结合起来。这样一来，施工人员可以在数字孪生模型中进行模拟和规划，从而提高施工的效率和质量。同时，智慧工地的引入还可以提高安全性和可用性，为机场的建设期提供更可靠的数据资产。此外，数字孪生机场还建设了高精度的综合定位系统，为机场提供可信可靠的位置服务。这样一来，机场内的航班、设备、人员等可以实现精确定位，从而提高机场的管理和运营效率。最后，数字孪生机场通过升级GIS平台为数字孪生机场共享服务平台，实现了资源的统一管理。这个平台可以将机场的各个信息资源集中管理，包括地理信息、建筑信息、设备信息等，使得管理人员可以方便地查看、分析和决策。

3.2平台层建设

如今，在数字化时代，地理信息系统（GIS）和定位技术正扮演着越来越重要的角色。为了满足用户对高精度地理信息和精准定位的需求，我们需要建设一个高精度的地理信息系统和综合定位系统。在这一系统中，我们需要集成融合多种定位技术，如全球定位系统（GPS）、北斗导航系统（BDS）、卫星测高系统（INSAT）、基站定位系统（LBS）等，以确保定位的准确性和可靠性。通过多种定位技术的综合应用，可以提供更精确的位置信息，满足用户对位置服务的需求。此外，我们还需要提供可信可靠的地图服务和位置服务。地图是人们获取地理信息的重要工具，在数字化时代更是不可或缺的。我们需要确保提供的地图准确无误，并及时更新，以确保用户能够获取到最新的地理信息。除了地图服务和位置服务，我们还需要升级数字孪生共享服务平台。数字孪生是一种将现实世界的物体或系统与其在数字空间的虚拟模型相连接的技术。通过升级数字孪生共享服务平台，我们可以将地理信息系统和定位技术与数字孪生相结合，实现更高效便捷的信息共享和管理。最后，我们需要统一管理和一体化运营GIS、BIM及定位资源。GIS（地理信息系统）和BIM（建筑信息模型）是数字化时代中重要的资源。通过统一管理和一体化运营这些资源，我们可以更好地利用它们提供的地理信息和位置服务，满足用户对高精度地理信息的需求。

3.3应用层建设

随着科技发展和信息化水平的不断提高，机场管理也在不断向智能化发展。为了全面把控机场的整体运行态势，可以基于数据模型综合引接各类静态和动态数据。静态数据包括航空器、旅客、车辆、设施设备等信息，而动态数据则包括实时的飞行信息、人流、车流、设备运行情况等。在数据处理与分析阶段，需要进行数据的收集、清洗、整理、分析和预测，以实现对机场运行态势的全面、精准掌握。为了进一步提升机场管理水平，可以借助新技术进行建设示范应用。这些新技术包括物联网、大数据、云计算、人工智能和区块链等。通过结合这些技术，可以建设一批典型的示范应用，以提升机场管理的效率和质量。示例应用是指在机场管理中可以应用的多个系统。其中包括三维电子沙盘系统，可以通过虚拟现实技术展示机场场景，帮助管理人员更好地了解机场布局和规划。高精度场面综合监控系统可以通过监控摄像头实时监测机场的运行情况，及时发现异常状况。管线管网系统可以对机场的各类管道和管网进行管理和维护。可视化安防监控系统可以通过图像识别技术实时监测机场的安全情况。滑行路径规划和运行模拟仿真系统可以对航班滑行路径进行规划和模拟，提升运行效率。应急救援管理系统可以在突发情况下快速响应和协调应急救援工作。空侧运行管理系统可以全面管理机场的航班和航空器运行。

4结论

综上所述，建设数字孪生机场是符合“智慧机场”建设要求的，也能够契合未来机场管理的方向。数字孪生机场的建设有助于推动机场的数字化转型和智慧化发展，将持续且有效地推动机场的发展。因此，在机场建设中，应该积极推进数字孪生机场的建设，以促进机场管理水平的提升和机场的可持续发展。

参考文献：

[1]杨刚，李梦洁，崔朝臣，等.数字孪生：内涵、挑战及应用[J].软件导刊，2021(1):6-10.

[2]周成益.“数字孪生机场”的核心——万物基于数字[J].综合运输，2020(4):71-77.