數字孿生機場！51WORLD攜手中國民航科學技術研究院共建雲鏡系統

夜幕下，燈火輝煌的數字孿生機場現代大氣，一架架飛機有序起降，一臺臺地面車輛接駁引導。每條航線上，飛機的機翼狀態、起落架開合與否，航速、海拔、經緯度實時同步，整片空域的繁忙度與健康度直觀呈現。

▲「雲鏡系統」界面演示

這聽起來很像航空模擬經營遊戲，卻真真切切地在51WORLD和中國民航科學技術研究院共同研發的「雲鏡系統」中，得到了實現。與遊戲不同的是，數字孿生機場接入了真實、即時的航空、航站和地勤數據，可以達到「所見即所得」，極大地助力機場方面提升運行效率，降低管理成本。

01 疫情助推機場智慧化

突然其來的新冠疫情，使全球民航業遭遇數十年未有的寒冬。國際機場理事會發布報告稱，疫情將使2020年全球客運量減少五分之二，同時機場收入減少約50%，損失總額將超過760億美元。而全球航空運營商今年客運收益也將預計同比下降44%。

在這種嚴峻的形勢下，綜合運用數字孿生、大數據、雲計算、人工智慧等科技手段，提升機場作為航運樞紐的運行管理效率，是當務之急。同時，機場作為傳統基建的核心組成部分，承擔著保障社會民生和經濟發展的重大責任，也是復工復產的關鍵一環。

▲飛機實時起降

今年1月，民航局印發《中國民航四型機場建設行動綱要(2020-2035年)》，提出了「平安、綠色、智慧、人文」四型機場的建設要求，同時指出要「利用智慧化的措施和手段來實現」。2020年正是「四型機場」建設的開局之年。

目前，民航局已經確定了「首都機場智慧機場建設項目」「北京大興機場智慧機場建設項目」、「廣州白雲機場智慧機場建設項目」、「深圳機場未來機場建設項目」等23個標杆示範項目。

儘管民航管理部門與機場方面意願強烈，但為機場進行數字孿生升級並不簡單。

首先，機場作為航空轉運樞紐，需要對飛機狀態、遠近空域、地上地下、公交客流等情況了如指掌，涉及到的系統紛繁複雜：如場面監視雷達、機坪全景監控系統、機場系統決策系統(A-CDM)、航延信息發布系統、空管協同系統、氣象觀測系統、航站樓樓宇管理系統(IBMS)等，系統集成難度非常大。

其次，從場景側看機場業務，可以大致分為航空側、航站側、地勤側，而實際管理中則涉及機場運營指揮中心(AOC)、航站樓運營指揮中心(TOC)、機場地面交通中心(GTC)、當地市政部門(如軌道交通、衛生防疫部門)、公安系統等多部門協同。但這些部門間的數據往往是缺乏互通，造成了機場管理中的一個個數據孤島。

最後，傳統機場管理系統本身，也存在數據空間屬性欠缺、場景割裂、交互界面不直觀等挑戰。

這些問題都需要在新型機場指揮系統中得到解決。

02 三個「統一」，搭建數字孿生機場

針對上述難題，51WORLD與中國民航科學技術研究院共同打造了一套為機場量身定製的數字孿生系統——「雲鏡系統」。

目前，該系統已在北方某機場落地部署。

較傳統的平面數據中心，「雲鏡」能夠映射與反饋飛機在空間坐標上的起降狀態、巡航態勢、停機坪安全監測，賦予車輛和航行器真實地理空間坐標，打通機場數據，提升信息化管理的應用效果和業務效率。

支撐這套系統的建設標準，被凝鍊為「三個統一」——即統一標尺、統一口徑、統一界面：

統一標尺是為機場的管理對象、管理數據、信息流程賦予統一、相同的坐標系，使系統可以明確飛機、地勤車輛、IOT終端、乘客與工作人員等對象的位置與狀態。

51WORLD與航科院團隊在整合機場的BIM、3DMAX、CAD、GIS等空間數據的基礎上，利用51Urbandata引擎，快速生成L2-L3精度數百平方公裡的空域和城市底板，以及L3精度的航站樓、機坪道路劃線，映射綁定真實地理信息坐標系，構建了機場數字孿生底板，為綜合管理打下基礎。

統一口徑是將面監視雷達、機坪全景監控系統、機場系統決策系統(A-CDM)、航延信息發布系統、空管協同系統、氣象觀測系統、航站樓樓宇管理系統(IBMS)、IOT系統、視頻監控、周界安防系統等多格式、多形式、多內涵的數據統一接入系統，滿足機場管理聯防聯控的要求。

▲航空器管理界面

雙方團隊還預設了可以被真實運行數據驅動的管理對象，如飛機、地面車輛等。它們都擁有獨立語義，可以單獨或聯動管理，構成動態數字孿生的對象。

比如，驅鳥車、擺渡車、牽引車、掃雪車、除草車等地面作業車輛的數字孿生體，就是通過位置、車速、轉彎角度等數據驅動，可以實時了解車輛目前和過去的工作狀態。一旦發生事件事故，可立即回查。

▲地面車輛管理

統一界面是通過信息集成、解決方案集成(SOA)和單點登錄(SSO)等方式，實現「一屏管機場」。同時，依據管理條例，為人員、崗位、用戶設置不同的操作與數據權限，保障機場管理的嚴謹性，也照顧到人員協同的靈活性。

在地坪、航站樓的場景精度足夠高時，還可以引入人流熱力、車輛動力學、V2X仿真、無人駕駛訓練、交通流仿真等業務，在數字孿生機場界面中預演應急管理和機場建設方案，為管理者提供直觀的決策依據。

值得一提的是，工作人員可以使用輕便的移動端，通過51WORLD雲渲染技術，達到和大型主機一樣的操作體驗和視覺效果，並對機場設備進行反向控制，確保系統的高利用率。

03 數字孿生機場：解決當下，面向未來

機場一旦擁有了數字孿生的能力，就可以提升數據分析、業務管理的效率，為機場管理中的各類難題，提供直觀、可視化的解決路徑，使機場管理方享受數字孿生帶來的技術紅利。

在航空側，系統著重管理空域雷達、航班排班、航班實時監控和回查、跑道起降佔用、空域安全、不明飛行物闖入、天氣、能見度、管制信息等功能。

▲飛行器空中姿態

以空域及航線繁忙度為例，通過對每條航線的時間佔用比分析，可以分析出航線單線的繁忙熱力圖。最後對所有航線進行疊加，通過體元柵格的方式便可以獲得直觀的繁忙度監測。

這個結果背後的複雜數據，在傳統大屏模式下，往往需要多個界面進行承載，以三視圖的方式分別呈現，並經過專業人員的解讀和識別，才能轉化為可讀性信息。在雲鏡系統裡，管理人員可以在一個界面內，輕鬆地進行航班、航線管理，優化起降安排。

在地勤側，通過51WORLD視頻融合技術，監控視頻被融合進數字孿生體，結合部署在機場周界的各類傳感器，便可實現停機坪的安全管理功能，對違規闖入、違規作業、超速超時作業等行為第一時間做出告警，確保作業安全。

▲地面車輛管理界面

隨著今後數字孿生機場精度的提高，還可以計算出監控盲區和可視域，分析安全度分布，幫助機場管理方設計安防策略，做到未雨綢繆。

在航站側，可以進行公共運輸、樓宇管理、遊客服務等功能的加載，與數字孿生泛園區解決方案進行銜接。

同時，為了配合國家新基建和「四型機場」的建設要求，雲鏡系統平臺上還加入了V2X通訊、雷射/毫米波/視覺、車輛動力學、無人駕駛訓練集、高級流程仿真(APS)對接等能力。後續，無人擺渡車、無人物流車可以在同一平臺上實現數字孿生，方便機場擴展有關業務。

04 結語

機場作為一座城市的交通樞紐，是城市展示其智慧建設成果的門戶與窗口，其「智慧、綠色、安全、人文」的形象，將會為一座城市增光添彩。

▲降落模擬

參與項目的51WORLD 售前方案及生態夥伴部部門經理張焜棋認為，「四型機場」的建設，需要統合新型智能城市基礎設施與傳統城市基礎設施雙重建設，而數字孿生技術則是新老基建的重要的耦合點和支撐能力。

此次項目的成功落地，離不開中國民航科學技術研究院在民航安全、運行和發展各領域的專業建議與深厚積累。51WORLD則提供了領先的數字孿生產品和服務。雙方對各自的業務能力和技術實力都給予了高度評價。

未來，51WORLD 與中國民航科學技術研究院將繼續圍繞新基建和十四五規劃，在智慧機場、數字孿生機場、「四型機場」建設等方面攜手合作，助力我國民航業的長遠健康發展。