3D協同可視化在智慧機場的應用與研究

楊建偉

（成都天府國際機場建設指揮部，四川 成都 610000）

在民航業飛速發展的當下，各大機場數據吞吐量呈現大幅上升趨勢，在應對日常運營產生大量的數據時容易發生延遲，實時監控并處理數據的機制有待完善；航班信息流、旅客信息流、行李數據流、機場周邊交通流、配套設施數據流等相關信息，皆由不同部門分別負責，數據結構分散，跨部門協同溝通成本高；現有各類數據管理系統界面多以圖表為主，信息呈現方式扁平單一，機場管理者難以通過對機場運營綜合態勢的評估做出有效決策。因此，如何將大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、3D圖形渲染等先進信息技術進行整合運用，進一步大幅提升機場的運行、服務和管理水平，打造出智能化運營管理的智慧新機場，便成為了各大機場面臨的新的發展課題。

1 設計思路

3D協同可視化系統建設，充分借鑒互聯網行業的成功經驗，基于獨有的渲染技術，結合云計算、AI、IoT，將大規模多樣化的數據融合呈現，實現云數據實時可視化、場景化以及交互的管理方式。同時，本系統提供數據可視化開放平臺，幫助天府國際機場管理者進行可視化項目自主開發與交付，推動天府國際機場行業數字化升級，加速機場數字化、智能化管理時代的到來。系統設計思路如下：

（1）模塊開發：將模型、數據、UI和美術設計創造集成在了一個實時三維的環境中，封裝成內置組件節點，可以通過圖形化拖放操作，利用軟件封裝的組件節點快速搭建多層級數據場景。

（2）中文化支持：內置功能組件屬性面板采用中文標注，自主編輯組件屬性獲得自己想要的結果。

（3）無代碼系統開發：支持圖形化組件節點拖放的操作方式，讓更多不了解開發的管理人員可搭建數據可視化交互系統，所見即所得的視覺窗口更直觀的看到系統輸出結果。

（4）場景效果組件：強大的渲染技術，支持大型3D場景的實時渲染輸出。使文本、數字等枯燥的界面信息通過圖像化方式立體呈現，輔以定制化的數據交互方式，實現了直觀傳遞數據信息的能力。

（5）邏輯與數據：支持常見的數據格式或協議，支持直接訪問數據庫和本地文件，最后將視頻、復雜動畫、2D/3D圖形及實時數據流進行統一整合，以圖形化方式實時呈現。

（6）多環境終端操作：支持天府國際機場各種視頻墻設備控制交互，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、大尺寸分辨率文件輸出，可適配任意分辨率顯示單元。

2 系統關鍵技術

基于以上設計思路，3D協同可視化系統需要采用一系列關鍵技術，將靜態展示無法容納、無法表現的各類數據，如文本、數字等傳統枯燥的操作界面和單一數據，以圖形化方式呈現。相比于傳統數據可視化界面，系統讓枯燥單一的數據變得更加具有靈活性和絢麗震撼的視覺效果。

3 應用場景

天府國際機場協同3D可視化系統，現場落地應用場景如下。

3.1 航班數據

詳細梳理與航班相關的數據，通過呈現進出港航班總架次（單位：架/次）、全天進出港航班分布面積圖，統計顆粒度2h，標注峰值及低谷值、全天進出港總人次曲線圖，峰值及低谷值、航班號、起點、經停、終點、計劃起飛（到達）、計劃到達（起飛）、狀態、始發正常率、早高峰正常率，放行正常率等最重要的正常率指標、本場天氣（天氣、溫度、風速）等數據，使管理者能更快速了解機場內航班調度運行情況，提高管理效率。

3.2 機位管理

詳細梳理機位相關數據，將機位占用情況、航班保障數據、登機口狀態數據等數據實時疊加到3D場景中，實現機場機位一張圖管理，以便管理者合理制定機位規劃。

表1

BOSS—Bifr?st 海洋模擬系統通過 Bifr?st 海洋模擬系統，可以使用波浪、漣漪和尾跡創建逼真的海洋表面。Bullet剛體和柔體動力學通過 Bullet 物理引擎，可以創建大規模的、高度逼真的動力學和運動學模擬。除了設置游戲引擎和實時模擬之外，還可以使用 Bullet 為膠片和可視化創建渲染動畫內容。nDynamics模擬框架動態模擬框架，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約束和 Maya Nucleus 解算器nParticle 動力學模擬框架的粒子生成系統。使用nParticle可以創建許多類型的效果流體效果 真實地模擬和渲染流體運動的技術，使流體動畫紋理來獲得更加獨特的、與眾不同的效果場 場是用于為動力學對象（如流體、柔體、nParticle和 nCloth）的運動設置動畫的力處理動力學對象之間的連接“動力學關系編輯器”(Dynamic Relationships Editor)，可以連接或斷開 Nucleus、流體、場、發射器和非 Nucleus 碰撞對象之間的動力學關系

圖1

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3.3 交通管理

實時呈現將場內車輛，包括配餐車、擺渡車、引導車、PRT、APM等運行數據、GTC停車樓停車位占用數據，方便管理者實時掌握車輛運行位置、運行狀態，輔助管理者制定車輛管理計劃以及應急時間的快速反應。

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3.4 飛行區監控

通過實時呈現跑道運行數據、場內施工區域及相關數據、圍界告警數據，讓管理者在全面了解跑道運行狀態、圍界告警狀態，當突發情況發生時，可大大縮短研判時間，以便快速制定決策。

3.5 航站樓內部運行監控

針對航站樓內部重要區域包括：值機柜臺、行李轉盤、電扶梯、安檢、邊檢進行3D還原，同時疊加相關運行數據、騰訊LBS熱力數據，管理者可通過系統實時查看重要設施運行情況、人員聚集情況，輔助制定服務策略，實現個性化服務。

4 結語

天府機場3D協同可視化系統，使用先進的3D實時渲染技術，搭載高性能渲染引擎，將傳統的運行數據報表、報文、文字等數據閱讀方式轉變為基于3D空間的圖形圖像閱讀，提高數據閱讀效率，在應對突發狀況時能更快的輔助指揮者、管理者制定應急策略，豐富了機場管理手段、提高了管理效率；同時通過將旅客聚集實時情況還原到3D場景中，管理者可根據當前情況快速制定旅客疏導策略，提升服務質量，提升機場形象。