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专访博能股份 揭开北京大兴机场数字孪生的神秘面纱

[摘要]北京大兴国际机场的落成,引发了全民关注。这座国内目前规格最高、最先进的机场象征了我国机场建设与运营的最高水平。 日前,中国软件网对...

北京大兴国际机场的落成,引发了全民关注。这座国内目前规格最高、最先进的机场象征了我国机场建设与运营的最高水平。

日前,中国软件网对北京大兴国际机场的数字孪生智慧机场供应商北京博能科技股份有限公司(以下简称博能股份)进行了采访。(回复BPS下载《安世亚太|数字孪生实验室数字孪生体技术白皮书》)

数字孪生由Prof.Grieves在2003年提出,后由NASA定义了未来飞行器数字孪生体的典范,一直到2009年,美国空军研究实验室利用数字孪生来解决战斗机机体维护问题时,这门技术才得以有了实实在在的落地应用。

在早期Prof.Grieves提出的概念中,数字孪生由三部分构成:

1|物理空间的实体产品

2|虚拟空间的虚拟产品

3|虚实之间的连接数据和信息

到了NASA和美国空军研究实验室时期,数字孪生被重新定义为: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,从而反映相对应的实体的全生命周期过程。

图片来源 博能股份

一直到了2014、2015年数字孪生才从飞行器引入到了其他领域应用。这门又被称作工业仿真的技术,后来又被投入到工业设计、建筑设计(BIM)当中,博能股份将之引入到智慧机场业务,确实算是创新之举。

数字孪生是搭建智慧机场的绝佳捷径

目前机场的软件应用品类繁多,急需一个应用聚合的系统平台,如果以数字孪生构建其基础,从而形成智慧机场的应用聚合系统平台,将会是一条绝佳的捷径。

一个完整的三维物理模型作为操作基础的系统平台,显然要比常见的二维可视化操作,在数字化控制、智能化管理和可视化呈现上的体验和效率上要好很多。

结合传感器数据、历史数据,在虚拟世界中映射出一个与物理现实世界完全相同的数字机场模型,去反映真实实体机场的物理存在。一方面,从物理世界映射到虚拟世界中,形成机场的数据资产,另一方面,通过GIS、实景、VR等方式将管理者的想法通过虚拟世界的操作,映射到物理世界中,从而实现对机场管理者在建设、运营、管理、维护、安全等方面的技术赋能。

据中国软件网采访,以GIS可视化为手段结合数字孪生,并应用到智慧机场的,博能属于比较领先的。

资料来源 博能股份 中国软件网整理

数字孪生在机场中的应用场景主要分为四个阶段:规划设计阶段、施工管理阶段、运行管理阶段和运行维护阶段。

在前期的规划设计、施工管理两个阶段中,博能股份通过数字孪生机场提供的服务帮助用户在MR中进行三维模型的协同设计与讨论,解决复杂的空间问题。并构建了涉及建设方、监理、施工单位等主体的建设运营一体化管理系统,实现交付标的物的进度、质量、造价审查的精细化管控和数字化管理。

在后期的运行管理阶段和运行维护阶段中,数字孪生机场更高效、合理、安全、经济的解决机场运行指挥调度等核心管理问题,提高机场重要设施设备的维护水平和故障排除效率,辅助机场维护部门完成设备的日常维护和决策支持。

数字孪生机场的建设解决了以往系统互通性不高,数据融合度不高,可视化程度不够,人工监管模式下管理效率低下、监管存在漏洞的一贯弊病。

北京大兴国际机场就是此间最好的产物。

数字孪生在大兴机场有哪些应用?

博能股份为北京大兴国际机场打造了一整套兼容多种客户端的数字孪生系统,主要包括机场地理信息系统、高精度综合定位系统、空侧运行管理系统、机坪车辆管理系统、设施设备维护维修管理系统、工程建设及运营筹备系统等。

图片来源 博能股份

北京大兴国际机场构建了从一张高精地图开始到地图标绘,最后到定位资源,部署系统应用的实施链条。仅仅在建设阶段,大兴机场就已经启动了基于地图服务和位置服务的30多个应用系统的开发与测试。

图片来源 博能股份

从机场行业技术发展趋势的分析,国内的机场发展划分为如下四个阶段:

1|Airport1.0基本型机场:是民航业初期阶段的机场形态。

2|Airport2.0敏捷型机场:是民航业发展到各方谋求更多协作和共赢阶段的机场形态。

3|Airport3.0智慧型机场:是民航业对未来机场智慧化运行下机场形态的定义。

4|Airport4.0未来机场:是民航业对未来智能化机场形态的定义。

目前国内大部分机场处于由Airport2.0敏捷型机场向Airport3.0智慧型机场发展的过程中,小部分机场处于完善Airport3.0智慧型机场建设过程中。

今年6月,博能股份完成了一轮1820万元的融资,由葳尔资本领投,格物资本担任本轮融资独家财务顾问。

融资后的博能股份,在接下来会考虑以多元的合作形式,探索下沉市场的渠道空间,和更多机场应用企业、系统集成企业、机场设备企业、机场工程建设企业等建立深度合作。

鉴于国内小型机场设施多较老旧,博能股份也会考虑开拓新产品和新业务以适应国内众多的中小机场市场。另一方面,海外数字孪生技术认知度相较国内要弱一些,外加海外市场的特殊及政策原因,海外市场目前更多的是采取合作代理模式。

据中国软件网采访,博能股份目前已与柬埔寨金边机场、泰国机场等进行了深入业务接触。

数字孪生带来的智慧机场变革

经过多年发展,此前的智慧机场应用,大抵可以分为六个板块:

(1)由车辆跟踪调度管理系统、安全巡查管理、智能安防监控系统、净空环境管理、不停航施工管理系统、机坪监察管理、可视化应急管理、三位应急演练电子沙盘系统等为代表构成的智慧机场安全业务板块;

(2)由机场协同运行管理(ACDM)系统、可视化灯光管理、飞行区运行管理、智能运行中心系统、场面运行监控系统、除冰指挥调度系统等为代表构成的智慧机场运行业务板块;

(3)由管网资源管理系统、可视化资产管理系统、土地管理系统等为代表构成的智慧机场管理业务板块;

(4)由触摸屏旅客自助服务系统、手机版/微信端等多端的旅客信息服务系统为代表构成的智慧机场服务业务板块;

(5)由航站楼商业租赁管理等为代表构成的智慧机场商业业务板块;

(6)以工程建设数字化管理系统等为代表构成的工程建设数字化管理系统板块。

而以上的6个单元,如果能够加之以数字孪生作为架构的基础,结合航司、机场、地服、空管、空地协同等实际场景应用,在实时反馈、机场资源整合、空域容量、空中交通流量、作业流程优化方面有革命性的提升。

以北方机场的除冰除雪为例,在传统的除冰除雪-命令下达-车辆调度-成果验收的流程基础上,增加了数字孪生智慧机场的实时反馈机制和物理世界模拟,这让机场整个链条提高了资源配置效率,缩短了作业时间,还提高了作业有效度(除冰除雪资源在结冰区的资源覆盖率)。

目前鉴于大多数已建机场建成时间比较长,基础设施老旧,所以能够能直接实施整套数字孪生智慧机场的机场仍旧以新建机场和改扩建机场为主。

而在建筑设计领域里已经开始走向日臻完善的BIM应用,在机场建设上就更驾轻就熟了,以二三维一体化可视化展示方式,结合流程模拟、参数仿真等手段,把机场规划设计中的重点环节、流程、参数进行可视化仿真、实时评估。

在机场未建设完成之前,就提前通过建筑设计仿真、管线设计仿真、交通设计仿真、机场容量仿真、旅客服务仿真等手段,直接对工程建成后的效果进行预评估,在施工过程中保持实时的工程项目管理。

可以说实时反馈机制和物理世界模拟是数字孪生在智慧机场应用中的两大灵魂所在。从规划、设计、建设到运营和维护,提供智慧机场全生命周期的可视化服务,实现智慧机场的“五维六化”。

资料来源 博能股份中国软件网整理制图

数字孪生的未来空间

中国软件网认为,当前数字孪生正处在爆发时增长的萌芽期。

2017年数字孪生在Gartner新兴技术成熟度曲线里还处在上升段,2018年就达到了曲线顶点,到了2019就已经步入到了曲线阶段。

2019年2月Gartner公司发布的报告显示,实施物联网的组织和公司中,有13%已经在使用数字孪生,另有62%的组织正在建立数字孪生体或者正在计划这样做,并预测到2022年,实施物联网的组织和公司将有超过60%使用数字孪生。

目前数字孪生存在着主流的三大应用场景分类,数字孪生城市、数字孪生制造、数字孪生战场。

我们在此举一个数字城市的标杆型案例,虚拟新加坡。

虚拟新加坡是一个动态的三维城市模型和协作数据平台,仿真了整个新加坡的三维地图,是当地的权威三维数字平台。

在2014年-2016年1月完成的城市空间初步数据采集,其包含了语义及属性的实景整合三维空间,并通过信息建模技术为该模型注入了静态和动态的城市信息数据,覆盖了新加坡718平方公里的国土面积,500-600万的人口、16万栋建筑、5500公里街道以及以上范围中的地理信息和城市基建信息。

虚拟新加坡数字平台使来自不同领域的用户能够在其基础之上开发新的工具和应用,用于概念测试、服务、规划决策和技术研究。

我们在此以规划决策为例,利用不同的公共部门收集的图形和数据,包括地理、空间、拓扑结构以及人口统计、流动和气候等传统和实时的数据,打造了丰富的、大规模仿真的可视化新加坡市内真实场景。

用户能够用基于此对国家的城市化进行探索,并开发诸如优化环境、灾难管理、基建管理、国土安全、社区服务等等相关解决方案。

据中国软件网了解,博能股份计划将开拓数字孪生港口、数字孪生轨道交通、数字孪生电力、数字孪生城市等领域。

数字孪生,可谓潜力无限。




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