技術大有可為。
數字結對是充分利用物理模型、傳感器更新、操作歷史等數據。，以集成多學科、多物理、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相應物理設備的全生命周期過程。通俗地說，數字孿生就是在壹個設備或系統的基礎上，通過采集各種數據，創造出壹個數字版的孿生。
“目前數字雙生系統在民航行業的應用多基於三維地理信息，還處於靜態數字雙生階段，數據更新頻率較低。其主要功能是信息集成和數據可視化。”楊潔表示，“下壹步將實現動態數字結對。以這項技術為載體，將機場和飛機的數據進行整合。被訪問的數據可視化顯示後，會通過雙胞胎反向控制物理世界，達到過程控制的目的。未來也有可能結合5G、人工智能、泛在感知等技術，實現精準控制。”
在數字結對技術中，壹個系統存在於真實的物理世界中，另壹個系統存在於虛擬計算機世界中。在理想狀態下，本體和雙胞胎可以建立全面的實時或準實時聯系。兩者並不是完全獨立的，映射關系也是實時雙向的。根據雙胞胎反饋的信息，采取進壹步的行動，實施幹預。以飛機維修為例，首先在數字空間建立真實飛機的模型，通過傳感器與飛機的真實狀態完全同步。每次飛行後，根據結構情況和以往載荷，及時分析評估是否需要維修，是否能承受下壹次任務載荷。
“飛機維修只是數字雙胞胎中的壹個點，連接起來就會形成壹個面。目前國內很多機場都上線了全動態視頻系統，通過該系統可以在塔臺或運行指揮中心看到機場場景的實時情況。但在雨雪霧霾等惡劣天氣下，部分攝像頭被遮擋，可能會對重點動態目標的監控產生影響。數字雙系統應用後，通過傳感器實時采集數據，可以反映目標的運行情況，為工作人員提供更準確的信息，從而提高作戰保障能力。未來隨著技術的發展，點連接成面，面連接成人。傳統的金字塔結構將不復存在，萬物互聯將成為現實，感知將無處不在。數字孿生技術將有更大的發揮空間。”楊潔說。
目前大部分機場在執行任務時仍然依賴終端平臺進行決策。比如當車輛闖入跑道時，塔臺工作人員需要分別指揮飛機和車輛，以達到避讓的目的。未來，傳感器將被部署在飛機和車輛上，兩種不同類型的終端可以獲取彼此的數據。壹旦有跑道入侵的風險，通過邊緣計算，數字雙生系統會直接通知車輛駕駛員避讓並提供疏散路線，響應速度快，安全系數高，毫秒級的報警響應時間消除了延時帶來的安全隱患。
有研發基礎。
今年年初，民航局發布了智慧民航建設路線圖，將智慧民航總體設計分為五大主體任務、四大核心任務、三類產業合作、十大支撐要素、48個場景視點。智慧民航建設需要數字結對技術的開發應用，以全流程便捷出行、基於四維飛行路徑的精細化運營、全機場協同運行、數據驅動的行業監管等試點為抓手，助力產業協同，在智慧民航建設中大顯身手。
高樓不是憑空而起的，技術的研發也是如此。從2013開始，航空航天研究院開始建立ADS-B地面站，ADS-B收集的數據對數字孿生技術的應用大有裨益。此外，廣州白雲機場、深圳寶安機場等機場場景飛行區車輛監控系統，國航、川航等全球航班跟蹤監控系統，不僅為飛機跟蹤監控和車輛跟蹤監控積累了豐富的經驗，也為數字孿生技術的發展和應用奠定了堅實的基礎。
5G時代的到來讓數字結對技術如魚得水。萬物互聯讓數據傳輸越來越快，傳感器和攝像頭隨處可見，可以捕捉到越來越多的細節。傳統的基於三維地理信息的機場運行控制系統已經不能滿足時代的需求。據了解，航科院數據孿生技術的開發以遊戲引擎為載體。接入相關數據後，不僅可以實現數據集成和可視化，還可以使系統運行更加流暢。雙胞胎世界和現實世界的關鍵信息在感官體驗層面是同步壹致的。
目前，數字孿生技術的發展和應用還處於信息集成和數據可視化階段，但它已經給機場和飛機的運行帶來了巨大的影響。動態數字孿生技術將觸及民航業的所有流程，提升每個流程的效率和賦能。
基於數字結對，機場、人員、飛機、車輛等數據可以生成實時結對圖像，人員培訓更加便捷。車輛駕駛員不再需要拿著教材走進教室學習機場駕駛規則，而是在系統實時運行場景中學習；無人駕駛會更加智能。設備和車輛將首先由數字孿生系統進行測試，然後正式批量生產和應用，從而最大限度地降低成本...
數據是關鍵
數據收集越完整，可以實時分析的數據越多，越接近真實情況。壹方面，ADS-B等技術收集的數據與digital twin技術是互補的，但每種技術都有使用的傾向，收集數據都有局限性。ADS-B傳輸的數據僅限於飛機位置、高度、航向、速度、爬升率等。這項技術的初衷更傾向於空中交通管制，但無法從中獲取油量、發動機參數、飛行管理計算機輸出信息等數據，數據需要多接口訪問。另壹方面，現實世界的數據采集還沒有完全覆蓋，攝像頭和傳感器隨著時代的發展在增加，接入設施設備的數量也會慢慢增加。此外，實時收集人的位置數據涉及隱私等諸多問題，需要更加謹慎對待。
“空間數據采集的關鍵指標是精度和采集頻率。在GPS系統和逐步投入使用的北鬥衛星系統中，位置精度和定位精度可以達到分米甚至厘米級，可以滿足機場在運行中的大部分需求。”楊潔說，“但技術發展的主要桎梏在於位置的回歸頻率。雖然現在的技術可以達到20 Hz的標準，也就是每秒回傳20次數據信息，但是很多機場還是停留在每秒回傳壹次，幾秒回傳壹次的狀態。”
傳統雷達監測與數據站監測的數據傳輸頻率相差較大，從4秒壹次到15分鐘壹次不等，無法實時反映現實世界。安裝ADS-B後，數據最快可以回傳兩次到1秒，但離20 Hz的技術能力還差得很遠。
“國內機場基本不用20 Hz，能達到5 Hz的很少。回程頻率越高，消耗的網絡帶寬越大，後臺處理器的處理壓力也越大。從這個角度來說，如果想讓數字孿生技術發揮更大的作用，首先要解決這些問題。”楊潔解釋道。
只有處理好數據采集、返回頻率、精度、處理等問題，數字孿生技術才會真正有助於智慧機場的建設，而不是提供數據可視化平臺的“花瓶”。這種信息技術與傳統基礎設施有機融合，以雲計算、大數據、物聯網、人工智能、5G通信為核心手段，推動我國機場高質量發展和跨越式前進。