数字孪生在机场大放异彩,你绝对没想到还能这么用!
数字孪生作为普适的理论技术体系,可以在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用。这项技术需要在数字空间中根据现实各项数据与参数建立模型,通过传感器实现状态同步,既可以帮助航空公司实现航空器监控、维护与保障,还可以提高机场运行效率。
数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。通俗地说,数字孪生就是在一个设备或系统的基础上,通过采集各项数据,创造一个数字版的孪生体。
在数字孪生技术中,一个系统存在于现实的物理世界,一个系统存在于虚拟的计算机世界。在理想状态下,本体与孪生体可以建立全面的实时或准实时联系。二者并不是完全独立的,映射关系也具备一定实时性、双向性,根据孪生体反馈的信息,对本体采取进一步的行动并实施干预。以飞机维修为例,首先在数字空间中建立真实飞机的模型,通过传感器实时采集数据实现其与飞机真实状态完全同步,每次飞行后根据结构情况和过往载荷,及时分析评估是否需要维修,能否承受下次的任务载荷等。
目前国内很多机场都上线了全景视频系统,通过该系统能够在塔台或运行指挥中心看到机场场面的实时情况。但在雨、雪、雾霾等恶劣天气下,部分摄像头受到遮蔽,可能对关键动态目标监控产生影响。在应用数字孪生系统后,通过传感器实时采集数据,可反映目标的运行情况,为工作人员提供更准确的信息,从而提升运行保障能力。
目前,多数机场在执行任务时仍然依靠终端平台作出决策。例如,当车辆侵入跑道时,塔台工作人员需要分别指挥航空器和车辆,以达到避让目的。未来,数字机场的传感器将部署在航空器和车辆上,两个不同类型的终端都够获取彼此的数据。一旦存在跑道侵入风险,通过边缘计算,数字孪生系统将直接通知车辆驾驶员避让并提供撤离路线,响应速度快,安全系数高,毫秒级的告警响应时间将消除延时带来的安全隐患。
“数据采集得越全,可以实时分析的数据越多,就越接近真实情况”。一方面,ADS-B等技术所收集的数据与数字孪生技术相辅相成,但每项技术都有使用倾向,采集数据存在局限性。ADS-B传输的数据仅限于航空器位置、高度、航向、速度、爬升率等,该技术的设计初衷更偏向于空中管制使用,而油量、发动机参数、飞行管理计算机输出信息等数据则无法从中获得,数据需要多接口接入。另一方面,真实世界的数据采集还未实现全面覆盖,摄像头与传感器随着时代的发展不断增加,接入设施设备的数量也将慢慢增加。此外,对人位置的传感器实时采集数据涉及隐私等多方面问题,需要更加谨慎地对待。
只有处理好数据采集、回传频率、精度、处理等问题,数字孪生技术才会真正为数字机场建设添砖加瓦,而不是一个提供数据可视化平台的“花瓶”。这类信息化技术与传统基建有机融合,将云计算、大数据、物联网、人工智能、5G通信等作为核心手段,推动数字机场高质量发展、跨越式进阶。