3D協(xié)同可視化在智慧機(jī)場的應(yīng)用與研究

楊建偉

（成都天府國際機(jī)場建設(shè)指揮部，四川 成都 610000）

在民航業(yè)飛速發(fā)展的當(dāng)下，各大機(jī)場數(shù)據(jù)吞吐量呈現(xiàn)大幅上升趨勢，在應(yīng)對日常運(yùn)營產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)時容易發(fā)生延遲，實(shí)時監(jiān)控并處理數(shù)據(jù)的機(jī)制有待完善；航班信息流、旅客信息流、行李數(shù)據(jù)流、機(jī)場周邊交通流、配套設(shè)施數(shù)據(jù)流等相關(guān)信息，皆由不同部門分別負(fù)責(zé)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分散，跨部門協(xié)同溝通成本高；現(xiàn)有各類數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)界面多以圖表為主，信息呈現(xiàn)方式扁平單一，機(jī)場管理者難以通過對機(jī)場運(yùn)營綜合態(tài)勢的評估做出有效決策。因此，如何將大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、3D圖形渲染等先進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)行整合運(yùn)用，進(jìn)一步大幅提升機(jī)場的運(yùn)行、服務(wù)和管理水平，打造出智能化運(yùn)營管理的智慧新機(jī)場，便成為了各大機(jī)場面臨的新的發(fā)展課題。

1 設(shè)計思路

3D協(xié)同可視化系統(tǒng)建設(shè)，充分借鑒互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，基于獨(dú)有的渲染技術(shù)，結(jié)合云計算、AI、IoT，將大規(guī)模多樣化的數(shù)據(jù)融合呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)實(shí)時可視化、場景化以及交互的管理方式。同時，本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)可視化開放平臺，幫助天府國際機(jī)場管理者進(jìn)行可視化項(xiàng)目自主開發(fā)與交付，推動天府國際機(jī)場行業(yè)數(shù)字化升級，加速機(jī)場數(shù)字化、智能化管理時代的到來。系統(tǒng)設(shè)計思路如下：

（1）模塊開發(fā)：將模型、數(shù)據(jù)、UI和美術(shù)設(shè)計創(chuàng)造集成在了一個實(shí)時三維的環(huán)境中，封裝成內(nèi)置組件節(jié)點(diǎn)，可以通過圖形化拖放操作，利用軟件封裝的組件節(jié)點(diǎn)快速搭建多層級數(shù)據(jù)場景。

（2）中文化支持：內(nèi)置功能組件屬性面板采用中文標(biāo)注，自主編輯組件屬性獲得自己想要的結(jié)果。

（3）無代碼系統(tǒng)開發(fā)：支持圖形化組件節(jié)點(diǎn)拖放的操作方式，讓更多不了解開發(fā)的管理人員可搭建數(shù)據(jù)可視化交互系統(tǒng)，所見即所得的視覺窗口更直觀的看到系統(tǒng)輸出結(jié)果。

（4）場景效果組件：強(qiáng)大的渲染技術(shù)，支持大型3D場景的實(shí)時渲染輸出。使文本、數(shù)字等枯燥的界面信息通過圖像化方式立體呈現(xiàn)，輔以定制化的數(shù)據(jù)交互方式，實(shí)現(xiàn)了直觀傳遞數(shù)據(jù)信息的能力。

（5）邏輯與數(shù)據(jù)：支持常見的數(shù)據(jù)格式或協(xié)議，支持直接訪問數(shù)據(jù)庫和本地文件，最后將視頻、復(fù)雜動畫、2D/3D圖形及實(shí)時數(shù)據(jù)流進(jìn)行統(tǒng)一整合，以圖形化方式實(shí)時呈現(xiàn)。

（6）多環(huán)境終端操作：支持天府國際機(jī)場各種視頻墻設(shè)備控制交互，自由配置控制端操作界面。

（7）任意分辨率輸出：輸出4K、8K及以上超高清分辨率文件，滿足非常規(guī)、大尺寸分辨率文件輸出，可適配任意分辨率顯示單元。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

基于以上設(shè)計思路，3D協(xié)同可視化系統(tǒng)需要采用一系列關(guān)鍵技術(shù)，將靜態(tài)展示無法容納、無法表現(xiàn)的各類數(shù)據(jù)，如文本、數(shù)字等傳統(tǒng)枯燥的操作界面和單一數(shù)據(jù)，以圖形化方式呈現(xiàn)。相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化界面，系統(tǒng)讓枯燥單一的數(shù)據(jù)變得更加具有靈活性和絢麗震撼的視覺效果。

3 應(yīng)用場景

天府國際機(jī)場協(xié)同3D可視化系統(tǒng)，現(xiàn)場落地應(yīng)用場景如下。

3.1 航班數(shù)據(jù)

詳細(xì)梳理與航班相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過呈現(xiàn)進(jìn)出港航班總架次（單位：架/次）、全天進(jìn)出港航班分布面積圖，統(tǒng)計顆粒度2h，標(biāo)注峰值及低谷值、全天進(jìn)出港總?cè)舜吻€圖，峰值及低谷值、航班號、起點(diǎn)、經(jīng)停、終點(diǎn)、計劃起飛（到達(dá)）、計劃到達(dá)（起飛）、狀態(tài)、始發(fā)正常率、早高峰正常率，放行正常率等最重要的正常率指標(biāo)、本場天氣（天氣、溫度、風(fēng)速）等數(shù)據(jù)，使管理者能更快速了解機(jī)場內(nèi)航班調(diào)度運(yùn)行情況，提高管理效率。

3.2 機(jī)位管理

詳細(xì)梳理機(jī)位相關(guān)數(shù)據(jù)，將機(jī)位占用情況、航班保障數(shù)據(jù)、登機(jī)口狀態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)實(shí)時疊加到3D場景中，實(shí)現(xiàn)機(jī)場機(jī)位一張圖管理，以便管理者合理制定機(jī)位規(guī)劃。

表1

BOSS—Bifr?st 海洋模擬系統(tǒng)通過 Bifr?st 海洋模擬系統(tǒng)，可以使用波浪、漣漪和尾跡創(chuàng)建逼真的海洋表面。Bullet剛體和柔體動力學(xué)通過 Bullet 物理引擎，可以創(chuàng)建大規(guī)模的、高度逼真的動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模擬。除了設(shè)置游戲引擎和實(shí)時模擬之外，還可以使用 Bullet 為膠片和可視化創(chuàng)建渲染動畫內(nèi)容。nDynamics模擬框架動態(tài)模擬框架，由一系列 Nucleus 對象組成，其中包括 nCloth、nParticle、nHair、柔體和被動碰撞對象以及動態(tài)約束和 Maya Nucleus 解算器nParticle 動力學(xué)模擬框架的粒子生成系統(tǒng)。使用nParticle可以創(chuàng)建許多類型的效果流體效果 真實(shí)地模擬和渲染流體運(yùn)動的技術(shù)，使流體動畫紋理來獲得更加獨(dú)特的、與眾不同的效果場 場是用于為動力學(xué)對象（如流體、柔體、nParticle和 nCloth）的運(yùn)動設(shè)置動畫的力處理動力學(xué)對象之間的連接“動力學(xué)關(guān)系編輯器”(Dynamic Relationships Editor)，可以連接或斷開 Nucleus、流體、場、發(fā)射器和非 Nucleus 碰撞對象之間的動力學(xué)關(guān)系

圖1

圖2

圖3

3.3 交通管理

實(shí)時呈現(xiàn)將場內(nèi)車輛，包括配餐車、擺渡車、引導(dǎo)車、PRT、APM等運(yùn)行數(shù)據(jù)、GTC停車樓停車位占用數(shù)據(jù)，方便管理者實(shí)時掌握車輛運(yùn)行位置、運(yùn)行狀態(tài)，輔助管理者制定車輛管理計劃以及應(yīng)急時間的快速反應(yīng)。

圖4

圖5

3.4 飛行區(qū)監(jiān)控

通過實(shí)時呈現(xiàn)跑道運(yùn)行數(shù)據(jù)、場內(nèi)施工區(qū)域及相關(guān)數(shù)據(jù)、圍界告警數(shù)據(jù)，讓管理者在全面了解跑道運(yùn)行狀態(tài)、圍界告警狀態(tài)，當(dāng)突發(fā)情況發(fā)生時，可大大縮短研判時間，以便快速制定決策。

3.5 航站樓內(nèi)部運(yùn)行監(jiān)控

針對航站樓內(nèi)部重要區(qū)域包括：值機(jī)柜臺、行李轉(zhuǎn)盤、電扶梯、安檢、邊檢進(jìn)行3D還原，同時疊加相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)、騰訊LBS熱力數(shù)據(jù)，管理者可通過系統(tǒng)實(shí)時查看重要設(shè)施運(yùn)行情況、人員聚集情況，輔助制定服務(wù)策略，實(shí)現(xiàn)個性化服務(wù)。

4 結(jié)語

天府機(jī)場3D協(xié)同可視化系統(tǒng)，使用先進(jìn)的3D實(shí)時渲染技術(shù)，搭載高性能渲染引擎，將傳統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)報表、報文、文字等數(shù)據(jù)閱讀方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛?D空間的圖形圖像閱讀，提高數(shù)據(jù)閱讀效率，在應(yīng)對突發(fā)狀況時能更快的輔助指揮者、管理者制定應(yīng)急策略，豐富了機(jī)場管理手段、提高了管理效率；同時通過將旅客聚集實(shí)時情況還原到3D場景中，管理者可根據(jù)當(dāng)前情況快速制定旅客疏導(dǎo)策略，提升服務(wù)質(zhì)量，提升機(jī)場形象。