《中国民航报》、中国民航网 通讯员薛飞编 译报道：如果机场靠近人流密集、土地昂贵的城市中心，那么其可能无法迅速进行实体扩张以应对疫情结束后客流量的激增。为此，一些机场转向了数字孪生，通过对真实机场的各个方面进行复制，以更及时、更经济的方式实现运营效率最大化和容量增加。

小投资发挥大作用

“我们是在2020年圣诞节前才开始考虑建设数字孪生机场的，当时加拿大温哥华机场的客流量大幅减少，我们意识到在度过疫情危机后，我们必须成为一座不同的机场。我们在机场没有太多客流时开始进行数据采集工作，并于2021年9月上线了数字孪生平台。”温哥华机场首席信息官兼创新副总裁勒奈特·杜约翰说。

在疫情发生前，温哥华机场预留了5.12亿美元，计划在2020年进行其发展史上数额最大的一笔年度投资。但疫情导致机场业务量减少，温哥华机场不得不相应地减少投资项目，将工作重点转向运营效率提升。

温哥华机场的数字孪生平台就是在这种情况下诞生的。“与机场建设成本相比，这是一笔很小的投资，意味着我们可以在不需要大量升级的情况下高效使用现有资产。”杜约翰说。

在不到一年时间里，温哥华机场的合作伙伴GeoSim Cities利用5台高保真相机和激光雷达绘制出了完整的海岛（温哥华机场所在地）3D地图，并拍摄了地面运营和航站楼内的全貌。而无源射频识别和蓝牙等传感器则被用于将来的特定情况。此外，还有一座2D的虚拟机场用作情景感知工具，方便运营团队了解旅客如何通过航站楼，并将图片与预测数据进行比较。

杜约翰说：“数字孪生平台可以预测一天中可能出现哪些问题，并提醒工作人员快速解决这些问题。它精确指出哪里出现了问题，工作人员可以马上使用手持设备准确找到地图上需要维修的地方。一旦定位到正确的位置，他们将获得设备历史和具体维修等详细信息，这大大提高了效率，因为机场是大型的、复杂的建筑。”

另一项受益于数字孪生平台的试点项目是当路边有无人看管的车辆时会自动发出警报。以前路边由一名工作人员负责监控，现在摄像机和算法接手了这一任务。

温哥华机场的一大目标是显著提升旅客出行体验和运营效率。“数字孪生平台将通过跟踪中转、登机前检查、海关和安检等流程提高我们的情景感知能力。我们希望在整个运营过程中作出更好的决策，包括简化行李运输流程。目前，我们正与物流自动化领域的全球领导者范德兰德合作，将我们的行李系统整合到数字孪生平台上”。

然而，数字孪生技术的最大优势在于能够模拟未来。例如，温哥华机场确定了2030年实现净零排放的目标，并正在利用数字孪生技术模拟机场运营，这为掌握机场车辆和地面支持设备的温室气体排放情况提供了依据。

杜约翰说：“一旦建模完成，我们将通过机器学习获悉如何更有效地运营以减少温室气体排放。这也将有助于制定更好的运营流程，提供更顺畅的出行体验。”

“BIM+GIS”提供详细地图

荷兰阿姆斯特丹史基浦机场是航空领域使用数字孪生技术的先驱之一，其使用建筑信息管理（BIM）软件创建了资产物理和功能特征的3D数字表象。在美国，旧金山机场已经使用BIM获取详细的建筑计划和数据，其还将BIM数据与地理信息系统（GIS）提供的景观尺度相结合。这两个数字工具是旧金山机场数字孪生平台的基础，提供了整个机场的详细地图。

美国联邦航空局（FAA）要求机场必须提供GIS格式的数据。但是，FAA主要对跑道、滑行道和人行道的细节感兴趣，而旧金山机场使用GIS了解室内设计情况，以支持施工、维护和安保。例如，对于室内维护，GIS提供关于资产的详细信息，如制造商、型号、安装日期、材料和颜色等。

“数字孪生意味着我们可以控制机场的每个角落，可以用摄像机对准它，可以把传感器插进去，可以听它的声音，可以测量它的温度。”旧金山机场首席信息官伊恩·劳解释说，“我们已经有了环境传感器、环境噪声传感器和枪声探测器。我们还在不断研发新的传感器，以获取更多信息。”

传感器数据被收集后，关键问题是如何处理这些数据。首先，这对控制旧金山机场的碳排放很有价值。人工智能摄像头在登机口检测飞机的使用情况，传感器可监测每个角落的颗粒物。

与温哥华机场一样，旧金山机场也在使用数字孪生技术提高运营效率。“我们能够实时监控飞机停靠、加油车进出以及行李装卸。例如，我们可以立即知道在停机坪上工作的人员是否穿着安全背心，或者确保行李搬运人员在登机口有充裕的时间。在航站楼内，数字孪生技术的一项有趣应用是位置监测，如追踪所有轮椅的位置，因为旅客对数量有限的轮椅有很大需求”。

劳认为，旧金山机场数字孪生项目的成功有赖于五大关键因素，其中最重要的一个因素是目标明确。面对如此多的选择，机场领导层的共识至关重要。首先，所有利益相关方都必须积极沟通。“机场运营环境复杂，涉及多个利益相关方。所有合作伙伴都需要共同努力，为数字孪生明确目标”。

劳提到的其余四大关键因素包括：对保存良好的机场地图和构建信息模型进行投资，利用一切机会升级建筑数据网络，与初创企业合作开发空间相关数字信息的新用途，制定隐私政策和其他公共隐私保护措施。

展望未来，劳认为数字孪生的概念与更广泛的关于“元宇宙”的讨论是一致的。“一个例子是，我们可以用它创建一个虚拟购物中心，极大地扩展我们目前所拥有的实体资产。它可以拥有40倍的商店数量，但仍然是旧金山机场。”他补充道。

数据是数字孪生平台的基础

像旧金山机场这样的大型机场一直处于变化中，现在每当航站楼、跑道或滑行道施工，建筑公司都必须提交数据，以告知该设施的数字地图。劳指出：“每家建筑公司提交的数据格式都不一样。重要的是制定相关标准，然后将这些数据结合在一起，展现机场的全貌。”

也许英国交通技术公司Aurrigo的自动模拟软件可以提供一个解决方案。它被美国密歇根州大急流城机场选中，用于建设机场空侧运营和航站楼内部的数字孪生平台。Aurrigo称，其机场空侧模型涵盖道路、十字路口、看台和所有运行车辆，目标之一是为大急流城机场未来实现自动驾驶汽车的运行奠定基础。

Aurrigo北美地区自动化项目副总裁克里斯·基夫说，大急流城机场数字孪生项目为期3个月，将在今年5月完工。但它提供的反馈已经促使机场重新设计了航站楼布局。

在过去两年里，Aurrigo已经在英国伦敦希思罗机场、新加坡樟宜机场等几座机场部署了软件。基夫说，许多机场仍然采用原始方法跟踪资产，包括将这些信息存储在电子表格中。相比之下，数字孪生平台存储数据更有效，而且可以模拟相关情况。

基夫解释说：“在这个环境中，你可以加入或去除任何东西，然后看看效果。你移动一下滚动条，就可以模拟整个机场的连锁反应，这就像《模拟城市》等电子游戏。例如，如果我们将希思罗机场5号航站楼的900辆柴油拖车移走，用自动电动汽车取代它们，这对机场的业绩、运营效率和污染水平意味着什么？或者我们可以移动滚动条看看，如果我们根据客流量在这里开设一家星巴克咖啡店会怎样。类似这样的内部模拟决定了机场布局的最佳方式。”

大急流城机场是第一座部署Aurrigo软件的寒冷地带的机场，其数字孪生平台包括铲雪车的移动模型、除冰方式和过去20年的当地天气数据。“我们可以模拟一场大暴风雪过后将发生什么：机场会关闭吗？现场需要多少员工？要花多长时间才能把这里打扫干净？”基夫说，他还没有看到哪家公司准备在企业层面上大规模应用数字孪生技术。

开发数字孪生的技术已经存在，但缺乏足够多的数据。杜约翰同意数据是数字孪生平台的基础。“对任何想要建立数字孪生平台的组织来说，拥有强大的数据基础设施都是非常必要的。数字孪生平台不会自己创造数据”。