民航機(jī)場航站樓運(yùn)行管理可視化模擬系統(tǒng)

李潘++李星悅++施葉林++田宇++董曉鈺++王紅

摘要：針對目前國內(nèi)機(jī)場航站樓運(yùn)行管理與航站樓結(jié)構(gòu)圖形圖像無法直接對應(yīng)的問題，提出了一種三維可視化的機(jī)場航站樓運(yùn)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。采用Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與基于3DMax的數(shù)據(jù)庫管理方法相結(jié)合，給出了機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)與信息從數(shù)據(jù)層、表示層到實(shí)際應(yīng)用層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。在滿足基本信息管理的基礎(chǔ)上建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)與三維可視化的民航機(jī)場航站樓運(yùn)行管理與指揮的模擬系統(tǒng)，為提升民航機(jī)場運(yùn)行指揮與業(yè)務(wù)運(yùn)營管理水平提供技術(shù)方法支撐。

關(guān)鍵詞：機(jī)場航站樓模型；運(yùn)行管理；可視化；虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）06-0216-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，民用飛機(jī)已經(jīng)成為人們出行的重要交通之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年旅客運(yùn)輸量達(dá)2.1億人次，同比增長12.5%，部分機(jī)場突破設(shè)計(jì)容量，擁擠狀況日趨嚴(yán)重，航站樓的管理成為當(dāng)務(wù)之急。在如此規(guī)模下，傳統(tǒng)的機(jī)場運(yùn)營管理模式已成為大型機(jī)場進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸因素，針對如何提高管理水平，更加方便地運(yùn)營管理機(jī)場航站樓，提出了一種三維可視化的機(jī)場航站樓運(yùn)行管理的設(shè)計(jì)思想，并設(shè)計(jì)開發(fā)了民航機(jī)場航站樓運(yùn)行管理可視化模擬系統(tǒng)。[1～3]

三維模型的構(gòu)建與應(yīng)用是目前可視化技術(shù)的研究熱點(diǎn)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)據(jù)三維可視化的研究已引起人們的普遍重視。Unity3D是一種跨平臺(tái)的易于實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)交互的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，本文將該技術(shù)引入傳統(tǒng)的飛機(jī)維修信息管理，通過3Dmax模擬真實(shí)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，運(yùn)用Unity3D實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)與維修信息的可視化管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體功能介紹

本系統(tǒng)采用Unity 3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將3ds Max模型制作和數(shù)據(jù)庫管理方法相結(jié)合，從數(shù)據(jù)層到表示層再到實(shí)際應(yīng)用層給出機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)與管理信息的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

（1） 數(shù)據(jù)庫：實(shí)現(xiàn)對機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)信息、人流信息等基本信息的存儲(chǔ)和管理。

（2） 3D模型：實(shí)現(xiàn)機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)的3D建模。

（3） 應(yīng)用軟件：將機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)3D模型與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)、人流信息的可視化管理。

本系統(tǒng)在滿足基本信息管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)場航站樓的可視化管理，為提升機(jī)場航站樓管理水平提供良好的技術(shù)與方法支持。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1機(jī)場航站樓建模

建模（Modeling）是指將二維空間中繪制的草圖作為基本對象在三維空間中形成物體的過程。3DMAX是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的效果圖及動(dòng)畫制作軟件之一，被廣泛應(yīng)用于影視制作、廣告設(shè)計(jì)、建筑裝潢設(shè)計(jì)、三維游戲制作等方面，并且該軟件在后期可以對物體賦予相應(yīng)的材質(zhì)和貼圖，能很大程度上表現(xiàn)物體的真實(shí)特征。[4][5]

2.1.1簡單模型的建立

將航站樓CAD圖紙導(dǎo)入3ds maxz作為輔助線，打開2.5維捕捉，在頂面圖上順著需要做效果圖的餐廳、柜臺(tái)、檢票口等的內(nèi)墻線描出一條閉合的線，把剛剛創(chuàng)建的封閉線拉伸為一個(gè)實(shí)體，輸入所需要的高度，然后右鍵將其轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形。簡單模型的建立是對3ds max系統(tǒng)內(nèi)部提供有標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展幾何體進(jìn)行建立，同時(shí)也是創(chuàng)建復(fù)雜模型的基礎(chǔ)。是3ds max三位建模技術(shù)最基本最簡單的一種建模方法。

2.1.2多邊形建模

選擇多邊形按下數(shù)字鍵1或者點(diǎn)，選擇修改面板的面選擇按鈕，定義每一面的材質(zhì)，摳出每一面上的模型，對每一面進(jìn)行更加細(xì)致的模型編輯。多邊形建模可編輯多邊形物體包括頂點(diǎn)、邊、邊界、多邊形和元素5個(gè)次物體級(jí)別，可以在任何一個(gè)次物體級(jí)別對物體形態(tài)進(jìn)行深層的加工。編輯多邊形有各種控件，可以在不同的子對象層級(jí)將對象作為多邊形網(wǎng)格進(jìn)行操縱。

2.1.3 NURBS（非均勻有理B樣條）建模

對于航站樓而言，更多的是光滑的曲線，而不是規(guī)整的立方體，所以需要使用高級(jí)建模方式搭建模型。本系統(tǒng)對NURBS建模使用最多，NURBS建模可以用來生成任意形狀的、光滑的曲線和曲面模型，并且很方便地進(jìn)行調(diào)整；具有豐富的表達(dá)能力與靈活的響應(yīng)能力，易于對物體的形狀進(jìn)行控制；計(jì)算處理簡便易行，修改起來十分方便。不會(huì)隨著坐標(biāo)系的不同而發(fā)生形狀和外表的變化。機(jī)場航站樓的3D結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

2.2基于Unity3D可視化方法

民航機(jī)場航站樓運(yùn)行管理可視化模擬系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括對機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)三維模型建模、結(jié)構(gòu)與人流信息存儲(chǔ)管理、機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)與人流信息三維可視化管理，其實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示：

使用Unity 3d制作機(jī)場航站樓信息管理交互式可視化的場景，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間漫游，360全方位展示機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)與管理信息。當(dāng)鼠標(biāo)指向某組件時(shí)，用戶通過單機(jī)鼠標(biāo)的行為獲取該組件的ID，并連接數(shù)據(jù)庫查詢ID信息，系統(tǒng)會(huì)顯示該組件的簡單信息。對機(jī)場航站樓結(jié)構(gòu)可以任意的拖拽，還原等操作。以下是Unity 3d可視化方法中使3D模型信息與結(jié)構(gòu)與管理信息相對應(yīng)的研究與實(shí)現(xiàn)。[6～10]如圖4所示

3 系統(tǒng)運(yùn)行及成果

3.1系統(tǒng)測試

系統(tǒng)功能測試沒有顯示錯(cuò)誤，功能較為完善。實(shí)現(xiàn)了對民航機(jī)場航站樓的日常管理。以值機(jī)柜臺(tái)為例給出了如圖5所示的實(shí)現(xiàn)效果。

圖5展示了航站樓的結(jié)構(gòu)信息與人流信息的可視化管理過程，當(dāng)用戶點(diǎn)擊B區(qū)值機(jī)柜臺(tái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取用戶選擇的3D航站樓模型結(jié)構(gòu)的ID，并對用戶的鼠標(biāo)、鍵盤等事件進(jìn)行相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)了對航站樓結(jié)構(gòu)的拖拽，平移等操作，彈出如圖5所示的信息框，顯示該區(qū)為B區(qū)值機(jī)柜臺(tái)，主要辦理國航和廈航的登機(jī)手續(xù)，當(dāng)前有19人在排隊(duì)。

3.2 系統(tǒng)有利于航站樓運(yùn)行管理

航站樓運(yùn)行管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的對航站樓進(jìn)行管理，統(tǒng)計(jì)出航站樓各個(gè)位置的人數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)潛在危險(xiǎn)時(shí)能及時(shí)報(bào)警，工作人員能及時(shí)采取有效措施，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

3.3 系統(tǒng)有利于旅客出行

通過系統(tǒng)旅客能夠全方位的了解航站樓的結(jié)構(gòu)，并且可以查看當(dāng)前航站樓的情況，合理的安排自己的出行時(shí)間。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)針對民航機(jī)場航站樓客流量進(jìn)行管理，利用Unity 3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)場航站樓運(yùn)行的三維可視化管理，同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)⒑秸緲钱?dāng)前的結(jié)構(gòu)信息與該結(jié)構(gòu)的人流量以3D模型的形式直觀展示，對航站樓的管理和旅客出行都有很大的輔助作用。對于航站樓管理人員，本系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員擁擠，提醒管理人員及時(shí)疏散人群，避免發(fā)生擁擠事故。對于旅客，在家就能觀察航站樓的人流情況，為旅客制定合理的出行計(jì)劃提供參考。但是本系統(tǒng)在人流量統(tǒng)計(jì)上還需進(jìn)一步研究自動(dòng)化算法，將攝像頭監(jiān)控與本系統(tǒng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別人流。

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