数字孪生机场的探索（55页）

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P1 数字孪生机场的探索 李江川 智慧园区工程中心 副总经理 2022年07月6日 P2 1、数字孪生关键技术解读 2、GIS赋能数字孪生机场建设 3、数字孪生机场建设效果 内容提要 P3 P3 数字孪生关键技术解读 1 P4 数字孪生机场是智慧机场的典型实现路径 • 《中国民用航空发展第十三个五年规划》《民航科技发展“ 十三五” 规划》提出了智慧机场的建设要运用通信、 GIS、GPS、云计算、物联网、大数据分析等技术。建设智慧生产、智慧安全和智慧服务示范，实现航班运行相关 信息的实时感知、地面资源的智能分配和特种车辆的智能调度，安防信息实时感知、事件智能捕获、危险人物自 动定位和预警等。 2016年12月 • 《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》，明确了四型机场建设的主要任务，其中包括建设智慧机 场。 2020年01月 • 民航局召开智慧民航建设领导小组第一次会议，会上冯正霖局长指出，智慧民航建设已成为行业高质量发展的主 攻方向。数字孪生机场是智慧机场的典型实现路径，要将信息化技术与传统基建有机融合，要以云计算、大数据、 物联网、人工智能、5G通信为核心技术手段，抓住新一轮科技革命、技术革新机遇，推动我国机场高质量发展、 跨越式进阶。 2021年04月 • 中国中国民航局发布了《“十四五”民用航空发展规划》、《中国民用航空局关于印发智慧民航建设路线图的通 知》，明确要加强智慧民航建设顶层设计，落实多领域民航强国建设要求。 2021年12月 2022年01月 P5 数字孪生的起源 迈克尔·格里夫斯 P6 • 数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据、 以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体过程的技术手段。 ——工业和信息化部电子工业标准化研究院 1. 创建物理实体的虚拟实体：空间与实体对象仿真建模。 2. 历史数据、实时数据、以及算法模型：全样本数据、物联网、综合定位、业务规则。 3. 模拟、验证、预测、控制：数字化仿真模拟运行，指标分析，双向控制。 4. 全生命周期：宏观管理，规、建、管、运一体化；微观管理，全业务、全流程覆盖。 指标库 实体库 规则库 模型库 数字孪生的定义 P7 数字孪生总体理念：DIKW四库进阶模型 指标库 信息（Information） 知识（Knowledge） 智慧（Wisdom） 数据（Data） • 地理实体类：飞行区、建筑物、道路、管线 、廊桥、机坪井盖… • 场景类：地形、影像、点云… • 对象实体类：飞行器、特种车辆、员工、旅 客…. • 管控类指标：建筑限高、电磁环境、噪 声环境、净空环境…… • 评估类指标：鸟击事故率、净空障碍物 查处率、助航灯光完好率、FOD损伤 事故率…… 如： • 限制性规则：两相邻机位航空器不 能同时活动、引导车辆不能在航空 器前后200米内行驶 • 合理性规则：机场居住用地只能建 设居住类建筑 如： • GTC运力评估：对规划的GTC预估 可以承载的交通量，与机场规划旅 客量进行对比，评估运力是否匹配 • 飞行区航空器运行规则制定：根据 现有运行规则及实际运行情况推演 ，模拟航空器滑行，评估可能出现 的冲突，从而制定对应规则避免冲 突 精准映射能力 体征感知能力 认知推理能力 模拟仿真能力 实体库 规则库 模型库 空 间 计 算 能 力 共 享 服 务 能 力 P8 可视化技术 感知技术 分析技术 空气质量感知 ADS-B 能源流量感知 雷达探测 GPS/北斗 UWB定位 手机信令 OBU监测 基础技术 云计算 物联网 大数据 人工智能 移动互联 5G 边缘计算 蓝牙定位 BIM AR\VR 数据采集 航空摄影测量 激光点云扫描 光学测量 数据仓库 液位压力感知 无线电感知 视频监控 气象环境感知 设备工况感知 街景 新型基础测绘 倾斜摄影 知识图谱 深度学习 机器翻译 视频分析 三维仿真渲染 3D GIS 空间分析 网络分析 GPU计算 卫星遥感 数字孪生关键技术 P9 P9 新 一 代 三 维 GIS 技 术 体 系 多源三维数据融合技术 软件形态一体化 分析功能一体化 三维交互与输出新技术 二三维一体化GIS技术 二三维一体化数据模型 二维点/线/面 三维点/线/面/体 不规则三角网(TIN) 栅格(Grid) 三维网络 二维网络 不规则四面体网格(TIM) 体元栅格(Voxel Grid) 《 空 间 三 维 模 型 数 据 格 式 》 （ S3M ） 标 准 《 地 理 空 间 数 据 库 访 问 接 口 》 （ OGDC ） 标 准 * 支 持 分 布 式 计 算 数据存储一体化 实景三维模型* 激光点云数据* 三维地形* BIM数据* 三维场数据* 地下管线 手工建模数据* 地质体数据 符号化三维场景 基于WebGL的 “零客户端”技术 虚拟现实/增强现实/混合现实 (VR/AR/MR) 游戏引擎 3D打印 《空间三维模型数据服务接口》标准 新一代三维GIS应用 新 特 性 P10 转换引擎 读取引擎 孪生机场信息模型 BIM+GIS多源数据融合 多源异构数据 航站楼BIM 场道精模 GTC BIM GIS地理信息 遥感影像 多源数据一体化整合 P11 数字孪生服务平台 智慧机场大脑 计算资源 物联网感知 多源位置感知 环境监测 数据仓库 位置服务引擎 空间可视化服务 GeoAI服务 数据分析服务 安全应急 生产运控 服务运营 绿色低碳 存储资源 网络安全 容灾备份 知识图谱引擎 知识图谱 分析服务 ADS-B 设备运行监测 视频监控 雷达 GPS/北斗 UWB、蓝牙 手机信令 矢量数据 DTA+生产运行 DTA+旅客服务 DTA+多元经营 DTA+智能安全 DTA+能源环境 高程模型 BIM模型 精细模型 影像数据 激光点云 地下管网 地下设施 净空数据 数据服务 数 据 治 理 、 数 据 采 集 、 实 体 定 义 等 标 准 体 系 OBU 知识服务 工作流服务 DTA+综合交通 DTA+货运物流 DTA+基础设施 网络资源 基础层 感知层 技术中台 数据中台 业务前台 数据底座 1个空间底座 1套中台服务 N个赋能应用 1个智慧大脑 基础设施 1个底座、1套中台、N个应用、1个智脑 P12 数字孪生机场服务平台 传输、交换与高效 可视化，不同终端 的数字孪生仿真应 用 海量、多源异构 三维地理空间数据 为不同系统之间数 据共享，提供了开 放的三维数据格式 标准 倾斜摄影 激光点云 BIM 精细模型 三维管线 2D/3D点线面 三维场数据 … Mobile端 PC端 Web端 Pad端 《机场空间三维模型数据交换格式与服务标准》 （Airport Spatial 3DModel AS3M） AR/VR/MR端 大屏端 数字孪生机场公共服务平台 机场信息模型（ Airport Information Model AIM） P13 • 支撑孪生场景搭建 多源数据融合 • 开放标准，赋能应用 AS3M服务标准 • 支持低代码开发 三维零客户端 • 提供全功能GIS应用 三维GIS游戏引擎开 发平台 • 带来更具沉浸式体验 三维交互创新 新一代三维GIS技术赋能数字孪生 P14 P14 GIS赋能数字孪生机场建设 2 P15 “数字世界”的机场 虚 实 映 射 信 息 反 馈 道路 航站楼 绿地 道面感知 环境感知 数字化 机场业务运行规则 GTC 飞行区感知 虚实映射，构建机场现实和数字“同生共长”的数字孪生机场 数字孪生机场实现方式 “现实世界”的机场 实体映射 规律映射 虚实同步，同生共长 GIS+BIM+IOT+AI+5G 物联感知 P16 倾斜摄影三维数据 三维地形数据 BIM数据 激光点云数据 三维场数据 手工建模三维数据 符号化三维场景 地下管线三维数据 数据采集与融合管理 P17 数字孪生技术赋能机场智慧化建设，从”规划、建设、管理、运营“四位一体，全要素 全场景构建智慧机场，极大的提升了机场的数字化生产要素的能力，为机场的安全运营、高 效管理、旅客高品质体验，提供了新的有力的技术抓手。 规划 建设 管理 运营 机场数字孪生平台建设措施 P18 数字孪生机场应用系统建设-全业务数字化 三维净空管理 飞行区运行管理管理 系统 智能道面管理 商业运营管理 旅客服务管理 综合生产运行协同 智慧交通枢纽管理 三维综合管线管理 综合应急管理平台 智能安防管理 从空侧到陆侧全业务赋能 P19 P20 1个孪生数据底座 1个数字孪生服务平台 N个视图赋能应用 1套数字孪生门户 P21 机房与信息、通讯管理等 消防管理 网络协议 安全管理 门 禁 一 卡 通 系 统 入 侵 报 警 系 统 隐 蔽 报 警 / 电 子 巡 更 机 场 视 频 监 控 系 统 停 车 场 管 理 系 统 TCP/IP＼RS-485＼RS-232＼BacNet＼… 以太网、语音网 设备网、安放络、视频网 专业系统网 网络系统 布线系统 IOT+GIS+BIM 设备与能源管理 公 共 广 播 系 统 能 源 计 量 管 理 系 统 室 内 智 能 照 明 系 统 机 房 环 境 控 制 系 统 消 防 报 警 系 统 UPS 不 间 断 电 源 系 统 楼 宇 设 备 自 控 系 统 联 网 温 控 系 统 冷 机 群 控 系 统 应 急 广 播 系 统 LED 发 布 系 统 电 气 火 灾 报 警 系 统 风 机 巡 检 系 统 消 防 设 备 电 源 监 控 系 统 楼 体 智 能 照 明 系 统 应 急 照 明 系 统 电 梯 综 合 监 控 系 统 智 能 会 议 系 统 无 线 对 讲 系 统 室 内 定 位 系 统 室 内 无 线 覆 盖 系 统 智能化系统 物联网 智慧设施服 务总线 末端设备 综合报警监控 报警事件分布 设备资源分布 视频监控 设备运行综合监控 三维可视化融合 时空化绑点融合 地图数据 BIM模型数据 设备设施数据 机场专业系统 离 港 系 统 综 合 定 位 系 统 航 班 信 息 显 示 系 统 桥 载 设 备 计 费 监 控 飞 机 引 导 泊 位 系 统 雷 达 监 视 系 统 道 口 管 理 飞 行 区 围 界 安 防 A | C D M 自 助 值 机 、 行 李 托 运 系 统 旅 客 引 导 系 统 航 班 信 息 集 成 系 统 综合定位、导航服 务 物联网与“孪生空间”融合，“物连终端的融合” P22 多源高精度融合定位，时空一体化管理 ADS-B GPS、北斗 差分基站 UWP 无线 蓝牙 移动端设备 机载设备 监控系统 安防系统 消防系统 门禁系统 多 源 高 精 度 融 合 定 位 多源位置融合解算 位置事件分析与推送 实时位置计算分析 协 议 适 配 场面监控 应急调度 基础定位 车辆监管 服务导航 巡检管理 商旅服务 公 众 服 务 驻 场 单 位 公共统一位置服务 私域统一位置服务 标准接口 标准接口 基 础 定 位 系 统 定 位 终 端 物 联 网 系 统 集 成 融合增强 车载OBU 手机信令 P23 DEM/DSM 精细模型 DOM/TDOM BIM模型 地下设施数据 设备点位 矢量地图 POI点位 全时空全基础要素数据-实体、物联、规则映射 基础数据底座 感知数据 管理数据 生产运行管理 旅客服务管理 多元经营管理 智能安全管理 能源环境管理 综合交通管理 货运物流管理 基础设施管理 飞机运行流数据 交通车流数据 资源运营数据 安全监测流数据 地勤保障流数据 动力能源流数据 设备运行数据 工程施工流数据 客流服务流数据 气象环境数据 净空航路数据 规划阶段 设计阶段 施工阶段 运行、经营、维护、管理阶段 数字化移交 P24 规则化建模 三维体空间分析（阴影体） 草图模式 红线检测 控高分析 地下建筑范围分析 街廊比 天际线分析 开敞度分析 沿街建筑贴现率 分户日照市场分析 容积率动态计算 基于数字孪生的数字化可视化设计 ⚫ 基于数字孪生，使规划设计分析结果直观可见，洞见指标数字背后的影响要素。 P25 机场智慧化建设管理 智慧工地平台 BIM协同及管理平台 数字孪生服务平台 运维平台 设备管理平台 设备动态信息 流程管理信息 资产台账信息 建筑空间信息 P26 数字孪生综合服务平台 P27 数字孪生综合服务平台 P28 1、基础数据采集与建模 遥感影像 BIM模型 智能化设备系统 仿真精细模型 植被、水面等景观环境 设备系统 航空器、车辆及位置 地表模型 智慧机场—数字化基础设施 持续将微观建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，简称BIM）、宏观地理空间数据（Geo-Spatial Data，简称GSD）、物联网（ Internet of Things，简称IoT）数据进行统一，形成综合数据处理计算平台，构建机场数字孪生模型。 P29 2、多级场景数据融合-数据整合 建设统一空间参考体系，融合多源数据，支持多层级场景与空间定位一体化管理 P30 3、数字孪生体建设- GIS+BIM+IoT的空间融合 门禁信息 电梯信息 空调信息 视频监控 道闸信息 停车场信息 消防报警 入侵报警 P31 4、数字孪生体建设-飞行器、车辆、行李与定位系统融合 飞机流、车流、人流、行李流、货物流集成管理 航空器（ADS-B、雷达） 车辆（GNSS、差分基站） 人流、行李（UWB、蓝牙、RFID） P32 设施设备全生命周 期 台帐 属性 系统 分类 层次 结构 物理 位置 历史 轨迹 作业 维护 规则 故障 应急 规则 运行 规则 运行 趋势 运行 状态 设计 建造 运行 维护 改造 退役 报废 5、数字孪生体的构成 物理实 体映射 位置感 知映射 状态感 知映射 运行规则 与模型 P33 通过对飞行区内飞行器运行规则梳理，有固定规则和条件规则，通过开发完成规则建设和集成，并可自 行扩展与维护。支持各类运行规则200余项，飞行器运行规则51条，机坪运行规则33条。 距 离 过 近 顶 推 偏 离 邻 近 活 动 梳理及开发机坪运行规则 系统内规则优化启用 5.1、数字孪生体的规则与模型（机坪运行规则） 仿真模拟视图 P34 5.2、数字孪生体的规则与模型（按需启用） 限速规则快捷创建和启用/停用/限速规则编辑 飞行区内服务车道限速规则20KM、30KM、40KM/H 飞行区内服务车道限速道路具体限速区域 道路限速规则使用和快速创建，通过对机场内道路进行分段设置限速规则。并可以进行新增、删除、查询 仿真模拟视图 P35 机场停留规则配置，可配置停车位限停车辆、限停时间、寻车位等 驾驶舱模拟、可监控司机、各表参数 各车辆机场位置 机坪车辆管理规则配置：超速限制模板、限高预计模板、行使规则模板、等待点规则模板、停留规则模板、要客 保障模板、车辆围栏模板 5.3、数字孪生体的规则与模型（按需定制） P36 飞行器滑行路线经运控调度后可显示滑行轨迹 出发机位-滑出路线-跑道 车载导航终端 运行规则提示规避飞信器 车辆导航规避飞行器滑行路线 车辆智能引导：滑行线路径规则展示，通过对塔台发出的规划滑行路线，可在地图上标注滑行路线，并提示周报车 辆注意规避、如车辆导航有冲突，则提示注意规避，达到提前预判的效果。 5.4、数字孪生体的规则与模型（智能研判、决策） P37 P38 6、数字孪生仿真场景服务 P39 传输、交换与高效 可视化，不同终端 的数字孪生仿真应 用 海量、多源异构 三维地理空间数据 为不同系统之间数 据共享，提供了开 放的三维数据格式 标准 倾斜摄影 激光点云 BIM 精细模型 三维管线 2D/3D点线面 三维场数据 … Mobile端 PC端 Web端 Pad端 《机场空间三维模型数据交换格式与服务标准》 （Airport Spatial 3DModel AS3M） AR/VR/MR端 大屏端 数字孪生机场服务中台 机场信息模型（ Airport Information Model AIM） 数字孪生平台可将多源异构的各类数据、通过统一标准，传输转换到各种服务终端，打造各类型可视化应用 7、面向机场的三维模型交换格式 P40 构建模板资源库，用户可根据示例模板快速上手开发 提供低代码开发示例，用户可根据要展示的应用场景，查询可视化系统实现方式及示例代码，便于系统开发用户进 行低代码视图开发。 8、低代码开发与搭积木构建视图，充分“解耦” P41 GIS引擎：实力担当 游戏引擎：颜值担当 超图三维GIS游戏引擎开发平台 SuperMap Scene SDKs for game engines 9、GIS与游戏引擎跨界融合。 P42 数字孪生机场数据服务 高性能仿真渲染引擎 全端支持 PC/大屏 移动端 AR/VR/MR BS端 BIM+GIS孪生场景 实时融合定位 物联网 生产运行大数据 一个平台、一套数据、多维渲染、多层次应用 高仿真、高渲染 P43 P43 数字孪生机场建设效果 3 P44 P45 P46 P47 P48 P49 P50 P51 P52 P53 P54 P55 谢谢大家！