3D协同可视化在智慧机场的应用与研究

杨建伟

（成都天府国际机场建设指挥部，四川 成都 610000）

在民航业飞速发展的当下，各大机场数据吞吐量呈现大幅上升趋势，在应对日常运营产生大量的数据时容易发生延迟，实时监控并处理数据的机制有待完善；航班信息流、旅客信息流、行李数据流、机场周边交通流、配套设施数据流等相关信息，皆由不同部门分别负责，数据结构分散，跨部门协同沟通成本高；现有各类数据管理系统界面多以图表为主，信息呈现方式扁平单一，机场管理者难以通过对机场运营综合态势的评估做出有效决策。因此，如何将大数据、云计算、物联网、移动互联网、3D图形渲染等先进信息技术进行整合运用，进一步大幅提升机场的运行、服务和管理水平，打造出智能化运营管理的智慧新机场，便成为了各大机场面临的新的发展课题。

1 设计思路

3D协同可视化系统建设，充分借鉴互联网行业的成功经验，基于独有的渲染技术，结合云计算、AI、IoT，将大规模多样化的数据融合呈现，实现云数据实时可视化、场景化以及交互的管理方式。同时，本系统提供数据可视化开放平台，帮助天府国际机场管理者进行可视化项目自主开发与交付，推动天府国际机场行业数字化升级，加速机场数字化、智能化管理时代的到来。系统设计思路如下：

（1）模块开发：将模型、数据、UI和美术设计创造集成在了一个实时三维的环境中，封装成内置组件节点，可以通过图形化拖放操作，利用软件封装的组件节点快速搭建多层级数据场景。

（2）中文化支持：内置功能组件属性面板采用中文标注，自主编辑组件属性获得自己想要的结果。

（3）无代码系统开发：支持图形化组件节点拖放的操作方式，让更多不了解开发的管理人员可搭建数据可视化交互系统，所见即所得的视觉窗口更直观的看到系统输出结果。

（4）场景效果组件：强大的渲染技术，支持大型3D场景的实时渲染输出。使文本、数字等枯燥的界面信息通过图像化方式立体呈现，辅以定制化的数据交互方式，实现了直观传递数据信息的能力。

（5）逻辑与数据：支持常见的数据格式或协议，支持直接访问数据库和本地文件，最后将视频、复杂动画、2D/3D图形及实时数据流进行统一整合，以图形化方式实时呈现。

（6）多环境终端操作：支持天府国际机场各种视频墙设备控制交互，自由配置控制端操作界面。

（7）任意分辨率输出：输出4K、8K及以上超高清分辨率文件，满足非常规、大尺寸分辨率文件输出，可适配任意分辨率显示单元。

2 系统关键技术

基于以上设计思路，3D协同可视化系统需要采用一系列关键技术，将静态展示无法容纳、无法表现的各类数据，如文本、数字等传统枯燥的操作界面和单一数据，以图形化方式呈现。相比于传统数据可视化界面，系统让枯燥单一的数据变得更加具有灵活性和绚丽震撼的视觉效果。

3 应用场景

天府国际机场协同3D可视化系统，现场落地应用场景如下。

3.1 航班数据

详细梳理与航班相关的数据，通过呈现进出港航班总架次（单位：架/次）、全天进出港航班分布面积图，统计颗粒度2h，标注峰值及低谷值、全天进出港总人次曲线图，峰值及低谷值、航班号、起点、经停、终点、计划起飞（到达）、计划到达（起飞）、状态、始发正常率、早高峰正常率，放行正常率等最重要的正常率指标、本场天气（天气、温度、风速）等数据，使管理者能更快速了解机场内航班调度运行情况，提高管理效率。

3.2 机位管理

详细梳理机位相关数据，将机位占用情况、航班保障数据、登机口状态数据等数据实时叠加到3D场景中，实现机场机位一张图管理，以便管理者合理制定机位规划。

表1

BOSS—Bifröst 海洋模拟系统通过 Bifröst 海洋模拟系统，可以使用波浪、涟漪和尾迹创建逼真的海洋表面。Bullet刚体和柔体动力学通过 Bullet 物理引擎，可以创建大规模的、高度逼真的动力学和运动学模拟。除了设置游戏引擎和实时模拟之外，还可以使用 Bullet 为胶片和可视化创建渲染动画内容。nDynamics模拟框架动态模拟框架，由一系列 Nucleus 对象组成，其中包括 nCloth、nParticle、nHair、柔体和被动碰撞对象以及动态约束和 Maya Nucleus 解算器nParticle 动力学模拟框架的粒子生成系统。使用nParticle可以创建许多类型的效果流体效果 真实地模拟和渲染流体运动的技术，使流体动画纹理来获得更加独特的、与众不同的效果场 场是用于为动力学对象（如流体、柔体、nParticle和 nCloth）的运动设置动画的力处理动力学对象之间的连接“动力学关系编辑器”(Dynamic Relationships Editor)，可以连接或断开 Nucleus、流体、场、发射器和非 Nucleus 碰撞对象之间的动力学关系

图1

图2

图3

3.3 交通管理

实时呈现将场内车辆，包括配餐车、摆渡车、引导车、PRT、APM等运行数据、GTC停车楼停车位占用数据，方便管理者实时掌握车辆运行位置、运行状态，辅助管理者制定车辆管理计划以及应急时间的快速反应。

图4

图5

3.4 飞行区监控

通过实时呈现跑道运行数据、场内施工区域及相关数据、围界告警数据，让管理者在全面了解跑道运行状态、围界告警状态，当突发情况发生时，可大大缩短研判时间，以便快速制定决策。

3.5 航站楼内部运行监控

针对航站楼内部重要区域包括：值机柜台、行李转盘、电扶梯、安检、边检进行3D还原，同时叠加相关运行数据、腾讯LBS热力数据，管理者可通过系统实时查看重要设施运行情况、人员聚集情况，辅助制定服务策略，实现个性化服务。

4 结语

天府机场3D协同可视化系统，使用先进的3D实时渲染技术，搭载高性能渲染引擎，将传统的运行数据报表、报文、文字等数据阅读方式转变为基于3D空间的图形图像阅读，提高数据阅读效率，在应对突发状况时能更快的辅助指挥者、管理者制定应急策略，丰富了机场管理手段、提高了管理效率；同时通过将旅客聚集实时情况还原到3D场景中，管理者可根据当前情况快速制定旅客疏导策略，提升服务质量，提升机场形象。