数字双胞胎为机场和飞机创造了“双胞胎”兄弟
技术大有可为。
数字结对是充分利用物理模型、传感器更新、操作历史等数据。，以集成多学科、多物理、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相应物理设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，通过采集各种数据，创造出一个数字版的孪生。
“目前数字双生系统在民航行业的应用多基于三维地理信息，还处于静态数字双生阶段，数据更新频率较低。其主要功能是信息集成和数据可视化。”杨洁表示，“下一步将实现动态数字结对。以这项技术为载体，将机场和飞机的数据进行整合。被访问的数据可视化显示后，会通过双胞胎反向控制物理世界，达到过程控制的目的。未来也有可能结合5G、人工智能、泛在感知等技术，实现精准控制。”
在数字结对技术中，一个系统存在于真实的物理世界中，另一个系统存在于虚拟计算机世界中。在理想状态下，本体和双胞胎可以建立全面的实时或准实时联系。两者并不是完全独立的，映射关系也是实时双向的。根据双胞胎反馈的信息，采取进一步的行动，实施干预。以飞机维修为例，首先在数字空间建立真实飞机的模型，通过传感器与飞机的真实状态完全同步。每次飞行后，根据结构情况和以往载荷，及时分析评估是否需要维修，是否能承受下一次任务载荷。
“飞机维修只是数字双胞胎中的一个点，连接起来就会形成一个面。目前国内很多机场都上线了全动态视频系统，通过该系统可以在塔台或运行指挥中心看到机场场景的实时情况。但在雨雪雾霾等恶劣天气下，部分摄像头被遮挡，可能会对重点动态目标的监控产生影响。数字双系统应用后，通过传感器实时采集数据，可以反映目标的运行情况，为工作人员提供更准确的信息，从而提高作战保障能力。未来随着技术的发展，点连接成面，面连接成人。传统的金字塔结构将不复存在，万物互联将成为现实，感知将无处不在。数字孪生技术将有更大的发挥空间。”杨洁说。
目前大部分机场在执行任务时仍然依赖终端平台进行决策。比如当车辆闯入跑道时，塔台工作人员需要分别指挥飞机和车辆，以达到避让的目的。未来，传感器将被部署在飞机和车辆上，两种不同类型的终端可以获取彼此的数据。一旦有跑道入侵的风险，通过边缘计算，数字双生系统会直接通知车辆驾驶员避让并提供疏散路线，响应速度快，安全系数高，毫秒级的报警响应时间消除了延时带来的安全隐患。
有研发基础。
今年年初，民航局发布了智慧民航建设路线图，将智慧民航总体设计分为五大主体任务、四大核心任务、三类产业合作、十大支撑要素、48个场景视点。智慧民航建设需要数字结对技术的开发应用，以全流程便捷出行、基于四维飞行路径的精细化运营、全机场协同运行、数据驱动的行业监管等试点为抓手，助力产业协同，在智慧民航建设中大显身手。
高楼不是凭空而起的，技术的研发也是如此。从2013开始，航空航天研究院开始建立ADS-B地面站，ADS-B收集的数据对数字孪生技术的应用大有裨益。此外，广州白云机场、深圳宝安机场等机场场景飞行区车辆监控系统，国航、川航等全球航班跟踪监控系统，不仅为飞机跟踪监控和车辆跟踪监控积累了丰富的经验，也为数字孪生技术的发展和应用奠定了坚实的基础。
5G时代的到来让数字结对技术如鱼得水。万物互联让数据传输越来越快，传感器和摄像头随处可见，可以捕捉到越来越多的细节。传统的基于三维地理信息的机场运行控制系统已经不能满足时代的需求。据了解，航科院数据孪生技术的开发以游戏引擎为载体。接入相关数据后，不仅可以实现数据集成和可视化，还可以使系统运行更加流畅。双胞胎世界和现实世界的关键信息在感官体验层面是同步一致的。
目前，数字孪生技术的发展和应用还处于信息集成和数据可视化阶段，但它已经给机场和飞机的运行带来了巨大的影响。动态数字孪生技术将触及民航业的所有流程，提升每个流程的效率和赋能。
基于数字结对，机场、人员、飞机、车辆等数据可以生成实时结对图像，人员培训更加便捷。车辆驾驶员不再需要拿着教材走进教室学习机场驾驶规则，而是在系统实时运行场景中学习；无人驾驶会更加智能。设备和车辆将首先由数字孪生系统进行测试，然后正式批量生产和应用，从而最大限度地降低成本...
数据是关键
数据收集越完整，可以实时分析的数据越多，越接近真实情况。一方面，ADS-B等技术收集的数据与digital twin技术是互补的，但每种技术都有使用的倾向，收集数据都有局限性。ADS-B传输的数据仅限于飞机位置、高度、航向、速度、爬升率等。这项技术的初衷更倾向于空中交通管制，但无法从中获取油量、发动机参数、飞行管理计算机输出信息等数据，数据需要多接口访问。另一方面，现实世界的数据采集还没有完全覆盖，摄像头和传感器随着时代的发展在增加，接入设施设备的数量也会慢慢增加。此外，实时收集人的位置数据涉及隐私等诸多问题，需要更加谨慎对待。
“空间数据采集的关键指标是精度和采集频率。在GPS系统和逐步投入使用的北斗卫星系统中，位置精度和定位精度可以达到分米甚至厘米级，可以满足机场在运行中的大部分需求。”杨洁说，“但技术发展的主要桎梏在于位置的回归频率。虽然现在的技术可以达到20 Hz的标准，也就是每秒回传20次数据信息，但是很多机场还是停留在每秒回传一次，几秒回传一次的状态。”
传统雷达监测与数据站监测的数据传输频率相差较大，从4秒一次到15分钟一次不等，无法实时反映现实世界。安装ADS-B后，数据最快可以回传两次到1秒，但离20 Hz的技术能力还差得很远。
“国内机场基本不用20 Hz，能达到5 Hz的很少。回程频率越高，消耗的网络带宽越大，后台处理器的处理压力也越大。从这个角度来说，如果想让数字孪生技术发挥更大的作用，首先要解决这些问题。”杨洁解释道。
只有处理好数据采集、返回频率、精度、处理等问题，数字孪生技术才会真正有助于智慧机场的建设，而不是提供数据可视化平台的“花瓶”。这种信息技术与传统基础设施有机融合，以云计算、大数据、物联网、人工智能、5G通信为核心手段，推动我国机场高质量发展和跨越式前进。