数字孪生赋能机场建设方案（55页 PPT）

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数字孪生赋能机场建设 P1 内容提要 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 3 1 数字孪生关键技术解读 P3 • 《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。 • 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。 • 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。 • 《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。 2016 年 12 月 2020 年 01 月 2021 年 04 月 2021 年 12 月数字孪生机场是智慧机场的典型实现路径 P4 数字孪生的起源迈克尔 · 格里夫斯 • 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。数字孪生的定义实体库指标库模型库规则库 P6 P7 • 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… . 空间计算能力指标库精准映射能力体征感知能力认知推理能力模拟仿真能力数据（ Data ）信息（ Information ）知识（ Knowledge ）智慧（ Wisdom ）数字孪生总体理念： DIKW 四库进阶模型模型库 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 • 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 …… 共享服务能力规则库实体库如： • • 感知技术分析技术基础技术可视化技术数据采集数字孪生关键技术 3D GIS BIM AR\VR 三维仿真渲染 GPU 计算激光点云扫描街景航空摄影测量光学测量新型基础测绘倾斜摄影卫星遥感知识图谱空间分析液位压力感知物联网 GPS/ 北斗机器翻译数据仓库深度学习视频分析网络分析无线电感知人工智能 OBU 监测空气质量感知云计算雷达探测气象环境感知设备工况感知视频监控手机信令蓝牙定位能源流量感知大数据 5G 边缘计算 UWB 定位 ADS-B 移动互联 P8 9 三维交互与输出新技术虚拟现实 / 增强现实 / 混合现实 (VR/AR/MR) 二三维一体化数据模型不规则四面体网格 (TIM) 体元栅格 (Voxel Grid) 不规则三角网 (TIN) 栅格 (Grid) 新一代三维 GIS 应用激光点云数据 * BIM 数据 * 地下管线二三维一体化 GIS 技术分析功能一体化三维地形 * 符号化三维场景地质体数据软件形态一体化实景三维模型 * 手工建模数据 * 三维场数据 * 数据存储一体化新一代三维 GIS 技术体系 P9 《地理空间数据库访问接口》（OGDC ）标准三维点 / 线 / 面 / 体二维点 / 线 / 面基于 WebGL 的 “零客户端”技术《空间三维模型数据服务接口》标准三维网络二维网络《空间三维模型数据格式》多源三维数据融合技术 * 支持分布式计算（S3M ）标准游戏引擎 3D 打印新特性遥感影像 GIS 地理信息读取引擎场道精模航站楼 BIM GTC BIM BIM+GIS 多源数据融合多源异构数据孪生机场信息模型 PD M S AV 三 VA AAUTODESK ITekla 多源数据一体化整合转换引擎 C I v l L 3 D P10 》》》感知层物联网感知多源位置感知视频监控环境监测设备运行监测 P11 基础层网络资源存储资源计算资源容灾备份网络安全基础设施技术中台数据中台知识图谱数据服务数据仓库分析服务知识服务 1 套中台服务安全应急生产运控服务运营绿色低碳业务前台数据底座 DTA+ 生产运行 DTA+ 旅客服务 DTA+ 智能安全 DTA+ 能源环境 DTA+ 多元经营 DTA+ 综合交通 DTA+ 货运物流 DTA+ 基础设施 N 个赋能应用数据治理、数据采集、实体定义等标准体系数字孪生服务平台矢量数据影像数据高程模型 BIM 模型精细模型激光点云地下管网地下设施净空数据位置服务引擎空间可视化服务数据分析服务知识图谱引擎 GeoAI 服务工作流服务 1 个底座、 1 套中台、 N 个应用、 1 个智脑雷达 GPS/ 北斗 ADS-B OBU UWB 、蓝牙手机信令智慧机场大脑 1 个空间底座 1 个智慧大脑传输、交换与高效可视化，不同终端的数字孪生仿真应用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海量、多源异构三维地理空间数据《机场空间三维模型数据交换格式与服务标准》（ Airport Spatial 3DModel AS3M ）数字孪生机场公共服务平台机场信息模型（ Airport Information Model AIM ）数字孪生机场服务平台激光点云 2D/3D 点线面 BIM 三维场数据倾斜摄影三维管线精细模型 Mobile 端 AR/VR/MR 端 Web 端大屏端 Pad 端 PC 端 P12 P13 三维 GIS 游戏引擎开发平台 • 提供全功能 GIS 应用 AS3M 服务标准 • 开放标准，赋能应用多源数据融合 • 支撑孪生场景搭建三维零客户端 • 支持低代码开发新一代三维 GIS 技术赋能数字孪生 P14 2 GIS 赋能数字孪生机场建设 P14 航站楼道路 “ 数字世界”的机场数字化机场业务运行规则虚实同步，同生共长数字孪生机场实现方式虚实映射，构建机场现实和数字“同生共长”的数字孪生机场虚实映射信息反馈 GIS+BIM+IOT+AI+5G 规律映射 “ 现实世界”的机场实体映射物联感知绿地道面感知飞行区感知 P15 环境感知 GTC 数据采集与融合管理地下管线三维数据倾斜摄影三维数据手工建模三维数据符号化三维场景激光点云数据三维地形数据三维场数据 BIM 数据 P16 机场数字孪生平台建设措施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 P17 数字孪生机场应用系统建设 - 全业务数字化从空侧到陆侧全业务赋能飞行区运行管理管理系统综合生产运行协同综合应急管理平台智慧交通枢纽管理三维综合管线管理旅客服务管理智能道面管理智能安防管理三维净空管理商业运营管理 P18 P19 20 N 个视图赋能应用 1 套数字孪生门户 1 个数字孪生服务平台 1 个孪生数据底座机场专业系统航班信息显示系统飞机引导泊位系统桥载设备计费监控雷达监视系统综合定位系统 A \| C D M 自助值机、行李托运系统旅客引导系统机房与信息、通讯管理等 L E D 发布系统机房环境控制系统 U P S 不间断电源系统室内无线覆盖系统无室智线内能对定会讲位议系系系统统统安全管理门禁一卡通系统入侵报警系统电梯综合监控系统停车场管理系统飞行区围界安防道口管理地图数据 BIM 模型数据设备设施数据物联网与“孪生空间”融合，“物连终端的融合” 消防管理应急广播系统应急照明系统设备与能源管理楼体智能照明系统室内智能照明系统楼冷联宇机网设群温备控控自系系控统统系统 IOT+ GIS+ BIM 综合定位、导航服务风消电机防气巡设火检备灾系电报统源警监系控统系统以太网、语音网设备网、安放络、视频网专业系统网末端设备 TCP/IP ＼ RS-485 ＼ RS-232 ＼ BacNet \ … 智慧设施服务总线网络协议网络系统布线系统消防报警系统机场视频监控系统能源计量管理系统航班信息集成系统公共广播系统离港系统时空化绑点融合隐蔽报警 / 电子巡更智能化系统物联网设备运行综合监控三维可视化融合报警事件分布综合报警监控设备资源分布视频监控 P21 基础定位服务导航商旅服务车辆监管 ↓ 巡检管理场面多源高精度融合定位多源位置融合解算实时位置计算分析位置事件分析与推送 P22 基础定位系统令书 e"● ADS-B GPS 、北斗差分基站 UWP 无线蓝牙车载 OBU 手机信令融合增强物联网系统集成监控系统门禁安防系统消防系统多源高精度融合定位，时空一体化管理定位终端口移动端设备机载设备协议适配公众服务驻场单位公共统一位置服务标准接口私域统一位置服务标准接口全时空全基础要素数据 - 实体、物联、规则映射感知数据净空航路数据交通车流数据安全监测流数据资源运营数据生产运行管理旅客服务管理智能安全管理能源环境管理多元经营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客流服务流数据动力能源流数据基础数据底座 DEM/DSM 规划阶段管理数据运行、经营、维护、管理阶段工程施工流数据地勤保障流数据气象环境数据设备运行数据数字化移交 DOM/TDOM 地下设施数据施工阶段设计阶段精细模型设备点位矢量地图 BIM 模型 POI 点位 P23 基于数字孪生的数字化可视化设计 l 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。红线检测规则化建模地下建筑范围分析控高分析草图模式开敞度分析三维体空间分析（阴影体）沿街建筑贴现率天际线分析街廊比容积率动态计算分户日照市场分析 P25 设备动态信息流程管理信息资产台账信息建筑空间信息机场智慧化建设管理智慧工地平台运维平台设备管理平台 BIM 协同及管理平台数字孪生服务平台数字孪生综合服务平台 P26 数字孪生综合服务平台 P27 地表模型仿真精细模型遥感影像 BIM 模型植被、水面等景观环境智能化设备系统设备系统航空器、车辆及位置 1 、基础数据采集与建模智慧机场—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 ( P2I8nternet 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 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 P29 3 、数字孪生体建设 - GIS+BIM+IoT 的空间融合停车场信息消防报警入侵报警视频监控门禁信息空调信息 . 电梯信息道闸信息 P30 P31 4 、数字孪生体建设 - 飞行器、车辆、行李与定位系统融合航空器（ ADS-B 、雷达）车辆（ GNSS 、差分基站）人流、行李（ UWB 、蓝牙、 RFID ）飞机流、车流、人流、行李流、货物流集成管理运行趋势物理位置历史轨迹运行状态台帐属性设施设备全生命周期 5 、数字孪生体的构成设计建造运行维护改造退役报废运行规则与模型位置感知映射状态感知映射物理实体映射系统分类层次结构运行规则作业维护规则故障应急规则近顶推偏邻近活动梳理及开发机坪运行规则 5.1 、数字孪生体的规则与模型（机坪运行规则）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。系统内规则优化启用仿真模拟视图飞行区内服务车道限速道路具体限速区域飞行区内服务车道限速规则 20KM 、 30KM 、 40KM/H 5.2 、数字孪生体的规则与模型（按需启用）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、查询限速规则快捷创建和启用 / 停用 / 限速规则编辑仿真模拟视图 P34 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 5.3 、数字孪