数字孪生作为一种普遍的理论技术体系，可应用于产品设计、产品生产、医学分析、工程建设等领域。该技术需要根据数字空间中的实际数据和参数建立模型，通过传感器实现状态同步，不仅可以帮助航空公司实现飞机监控、维护和保证，而且可以提高机场的运行效率。接下来，让大家在中国民航科技研究院研发中心副主任杨杰的带领下，揭开这项技术的神秘面纱。
技术有前景
数字双充分利用概念模型、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，在虚拟空间中完成投影，反映相应物理设备的整个生命周期过程。一般来说，数字双胞胎是在设备和系统的基础上，通过收集数据来创建一个数字版本的双胞胎。
“目前，民航行业数字双系统的应用大多基于三维地理信息，仍处于静态数字双阶段，数据更新频率低，主要功能是信息集成和数据可视化。杨杰说：“下一步是实现动态数字双胞胎。基于这项技术，机场和航空器的数据将被集成。在可视化显示接入的数据后，通过双生体反向控制物理世界，以实现过程控制的目的。未来也可能与5G相结合、人工智能、泛在感知等技术，实现精确控制。”
在数字孪生技术中，一个系统存在于现实的物理世界中，一个系统存在于虚拟的计算机世界中。在理想状态下，与双生体本身可以建立全面、实时或准实时的联系。两者并不完全单独，映射关系也具有一定的实时性和双向性。根据双生体反馈的信息，采取进一步行动并进行干预。以飞机维修为例，首先在数字空间中建立真实的飞机模型，通过传感器与飞机的真实状态完全同步。每次航行后，根据结构条件和过往负荷，及时分析评估是否需要维修，是否能承受下一次任务负荷。
“飞机维修只是数字孪生的一个点，点点相连就会造成表面。目前，中国许多机场都推出了全景视频系统，通过该系统可以在塔或操作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，部分摄像头被遮蔽，可能影响关键动态目标监控。使用数字孪生系统后，通过传感器实时采集数据，可以反映目标的运行情况，为员工提供更准确的信息，提高运行保障能力。未来，随着技术的发展，传统的金字塔结构将不复存在，万物互联成现实，感知无处不在，数字孪生技术将有更大的发挥空间。”杨杰说。
目前，大多数机场在执行任务时仍依靠终端平台进行决策。例如，当汽车侵入跑道时，塔台工作人员需要指挥自己的飞机和车辆，以达到避让的目的。未来，传感器将部署在航空器和车辆上，两个不同类型的终端足以获取彼此的数据。一旦有跑道入侵的风险，通过边缘计算，数字双系统将通知驾驶员避开并提供疏散路线，响应速度快，安全系数高，毫秒报警响应时间将消除延迟带来的安全风险。
研发有基础
今年年初，民航局发布了《智能民航建设路线图》，将智能民航总体设计分为五个主要任务、四个核心起点、三种产业协作、十个支持要素和48个场景视点。智能民航的建设需要数字孪生技术的开发和应用，数字孪生技术可以从全过程便捷出行、基于四维航迹的精细运行、机场全球协同运行、数据驱动的行业监管等场景试点入手，帮助行业协调，在智能民航建设中展示自己的技能。
高层建筑不是凭空而来的，技术研究与发展是一样的。自2013年起，航空科学院开始建立ADS-B飞控，ADS-B收集的数据对数字孪生技术的应用非常有益。此外，广州白云机场、深圳宝安机场使用机场场景飞行区车辆监控系统、中国航空、四川航空应用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，而且为数字双胞胎技术的开发和应用奠定了坚实的基础。
随着5g时代的到来，数字孪生技术如鱼得水。万物互联使数据传输速度越来越快。传感器和摄像头随处可见，可以捕捉到越来越多的信息细节。基于三维地理信息的传统机场控制系统已不能满足时代的需要。据了解，航空科学院数据双生科研开发是基于航空科学院数据双生科研开发 游戏 在引擎的基础上，接入这些数据后，不仅可以实现数据集成和可视化，还可以使设备运行更加顺畅。双生世界和现实世界的关键信息从感官体验的角度同步和一致。
目前，数字双胞胎技术的开发和应用仍处于信息集成和数据可视化阶段，但对机场和航空器的运行产生了很大的影响。动态数字双胞胎技术将触及民航行业的所有流程，提高各流程的效率。
基于数字双胞胎，机场、人员、航空器、车辆等数据可以生成即时双胞胎图片，使人员培训更加方便。车辆驾驶员不再需要拿着教科书进入教室学习机场驾驶规则，而是在系统实时操作场景中学习；无人驾驶将更智能，设备和车辆将首先通过数字双胞胎系统测试，然后正式生产和应用，以最大限度地降低成本。
信息是关键
“数据收集得越完整，能够实时分析的数据就越多，就越接近真实情况”。一方面，ADS-B等技术收集的数据与数字孪生技术密切相关，但每项技术都有使用倾向，数据收集有局限性。ADS-B传输的数据仅限于飞机的位置、高度、方向、速率、爬升率等。该技术的初衷更倾向于在空中控制，而无法获得油量、发动机参数、航行管理计算机导出信息等数据，数据应通过多接口访问。另一方面，现实世界中的数据采集尚未完全覆盖。随着社会的发展，摄像头和传感器的数量将逐渐增加。此外，实时采集人位数据涉及隐私等问题，需要更加谨慎。
“空间数据收集的关键指标是精度和收集频率。在GPS系统和逐渐投入使用的北斗卫星系统中，位置精度和定位精度可达到分米级甚至厘米级，可满足机场运行的大部分需求。“但技术发展的主要制约因素是位置的回传频率。”杨杰说。虽然目前的技术已经达到了20HZ的标准，即每秒返回20次数据信息，但许多机场仍然停留在每秒返回一次，每秒返回一次。”
传统雷达监控和数据站监控的数据传输频率差异很大，从4秒到15分钟不等，不能实现现实世界的即时反映。安装ADS-B后，数据传输最快可达1秒两次，但与20HZ的技术能力相去甚远。
“20HZ在国内机场几乎没有应用，只有少数能达到5HZ。传输频率越高，网络带宽消耗越大，后台处理器的处理压力就越大。从这个角度来看，要想让数字双胞胎技术发挥更大的作用，首先要解决这些问题。”杨杰解释说。
只有处理好数据收集、传输频率、精度、处理等问题，数字双技术才能真正为智能机场的建设做出贡献，而不是提供数据可视化平台的“花瓶”。该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通信为核心方式，促进中国机场的高质量发展和跳跃。
