Los gemelos digitales crean “gemelos” para aeropuertos y aviones

Como sistema teórico y técnico universal, los gemelos digitales se pueden aplicar en campos como el diseño de productos, la fabricación de productos, el análisis médico y la construcción de ingeniería. Esta tecnología necesita construir modelos basados ​​​​en diversos datos y parámetros de la vida real en el espacio digital y lograr la sincronización del estado a través de sensores. No solo puede ayudar a las aerolíneas a lograr el monitoreo, el mantenimiento y el soporte de las aeronaves, sino también a mejorar la eficiencia de las operaciones del aeropuerto. A continuación, desvelemos el misterio de esta tecnología bajo el liderazgo de Yang Jie, subdirector del Centro de I+D de la Academia China de Ciencia y Tecnología de Aviación Civil.

La tecnología es prometedora

Los gemelos digitales son un proceso de simulación que hace uso completo de modelos físicos, actualizaciones de sensores, historial de operaciones y otros datos para integrar múltiples disciplinas y cantidades multifísicas. , múltiples escalas y múltiples probabilidades se completan en el espacio virtual para reflejar todo el proceso del ciclo de vida del equipo físico correspondiente. En términos sencillos, un gemelo digital consiste en crear un gemelo digital basado en un dispositivo o sistema mediante la recopilación de diversos datos.

"Actualmente, la mayoría de las aplicaciones del sistema de gemelo digital en la industria de la aviación civil se basan en información geográfica tridimensional y todavía se encuentran en la etapa de gemelo digital estático. La frecuencia de actualización de datos es baja y Las funciones principales son la integración de información y la visualización de datos". Yang Jie presentó: "El siguiente paso será crear un gemelo digital dinámico, utilizando esta tecnología como portador para integrar datos de aeropuertos y aviones, y después de mostrar visualmente los datos a los que se accede, a la inversa. controlar el mundo físico a través del gemelo para lograr el propósito de control de procesos en el futuro, y también puede combinarse con 5G, inteligencia artificial, detección ubicua y otras tecnologías para lograr un control preciso

en digital. tecnología gemela, un sistema existe en el mundo físico real y el otro sistema existe en el mundo informático virtual. En un estado ideal, la ontología y el gemelo pueden establecer una conexión integral en tiempo real o casi real. Los dos no son completamente independientes. La relación de mapeo también tiene una cierta naturaleza bidireccional y en tiempo real. En función de la información proporcionada por el gemelo, se pueden tomar más acciones e intervenciones en la ontología. Tomando como ejemplo el mantenimiento de la aeronave, en primer lugar, se establece un modelo de la aeronave real en el espacio digital y se utiliza el sensor para sincronizarlo completamente con el estado real de la aeronave después de cada vuelo, en función de las condiciones estructurales y pasadas. cargas, se lleva a cabo un análisis y evaluación oportunos para determinar si se necesita mantenimiento y si puede soportar la siguiente carga de tarea, etc.

"El mantenimiento de las aeronaves es sólo un punto del gemelo digital. Cuando los puntos estén conectados, formarán una superficie. En la actualidad, muchos aeropuertos nacionales han lanzado sistemas de vídeo panorámico. A través de este sistema, la escena del aeropuerto Se puede ver en la torre o en el centro de comando de operaciones. Sin embargo, en condiciones climáticas severas como lluvia, nieve y neblina, algunas cámaras se bloquean, lo que puede afectar el monitoreo dinámico de objetivos clave. La recopilación de datos en tiempo real a través de sensores puede reflejar el funcionamiento del objetivo. Proporcionar al personal información más precisa, mejorando así las capacidades de soporte operativo. En el futuro, con el desarrollo de la tecnología, los puntos se conectarán para formar una superficie. "La estructura piramidal tradicional ya no existirá, la interconexión de todas las cosas se convertirá en una realidad y la percepción será ilimitada en todas partes, la tecnología de gemelos digitales tendrá un mayor espacio para jugar", dijo Yang Jie.

Actualmente, la mayoría de aeropuertos todavía dependen de las plataformas terminales para tomar decisiones a la hora de realizar tareas. Por ejemplo, cuando un vehículo invade la pista, el personal de la torre debe dirigir por separado la aeronave y el vehículo para evitar la situación. En el futuro, se instalarán sensores en aviones y vehículos, y dos tipos diferentes de terminales podrán obtener los datos de cada uno. Una vez que existe un riesgo de intrusión en la pista, a través de la computación de borde, el sistema gemelo digital notificará directamente al conductor del vehículo para que lo evite y proporcione una ruta de evacuación. La velocidad de respuesta es rápida y el factor de seguridad es alto. El tiempo de respuesta de la alarma es de milisegundos. eliminará los riesgos de seguridad causados ​​por retrasos.

La I + D tiene una base

A principios de este año, la Administración de Aviación Civil de China emitió la "Hoja de ruta de construcción de aviación civil inteligente", que descompuso el diseño general de la aviación civil inteligente. en cinco tareas principales, cuatro puntos de partida centrales y tres colaboraciones industriales, diez factores de apoyo y 48 perspectivas de escena. La construcción de una aviación civil inteligente requiere el desarrollo y la aplicación de tecnología de gemelos digitales, y la tecnología de gemelos digitales puede ayudar a la industria a través de escenarios piloto, como viajes convenientes durante todo el proceso, operaciones precisas basadas en trayectorias de cuatro dimensiones y operaciones colaborativas en todo el aeropuerto. y la supervisión de la industria basada en datos desempeñarán un papel importante en la construcción de una aviación civil inteligente.

Los rascacielos no surgen de la nada, y lo mismo ocurre con la investigación y el desarrollo tecnológico. Desde 2013, la Academia de Ciencias Aeronáuticas ha comenzado a establecer estaciones terrestres ADS-B. Los datos recopilados por ADS-B son de gran beneficio para la aplicación de la tecnología de gemelos digitales.

Además, el sistema de monitoreo de vehículos del área de vuelo en la superficie del aeropuerto utilizado por el aeropuerto de Guangzhou Baiyun, el aeropuerto de Shenzhen Baoan, etc., y el sistema de monitoreo de seguimiento de vuelos global utilizado por Air China, Sichuan Airlines, etc. no solo han acumulado una rica experiencia en el seguimiento de aeronaves. Monitoreo y seguimiento de vehículos, pero también sentó una base sólida para el desarrollo y la aplicación de la tecnología de gemelos digitales.

La llegada de la era 5G ha hecho que la tecnología de gemelos digitales sea una opción natural. Internet de todo hace que la transmisión de datos sea cada vez más rápida. Los sensores y cámaras están en todas partes, y cada vez se pueden capturar más detalles de información. El sistema tradicional de control de operaciones de aeropuertos basado en información geográfica tridimensional ya no puede satisfacer las necesidades de los tiempos. . Se entiende que el desarrollo de tecnología de gemelos de datos de la Academia de Aeronáutica y Astronáutica utiliza un motor de juego como portador. Después de conectar datos relevantes, no solo puede lograr la integración y visualización de datos, sino también hacer que el sistema funcione de manera más fluida y clave. Se puede lograr información entre el mundo gemelo y el mundo real. La sincronización y la coherencia se logran en el nivel de la experiencia sensorial.

En la actualidad, el desarrollo y la aplicación de la tecnología de gemelos digitales aún se encuentran en la etapa de integración de la información y visualización de datos, pero ya ha tenido un impacto considerable en las operaciones de aeropuertos y aeronaves. La tecnología dinámica de gemelos digitales afectará a todos los procesos de la industria de la aviación civil y permitirá que cada proceso mejore la eficiencia.

A partir de gemelos digitales, se pueden generar imágenes gemelas en tiempo real de aeropuertos, personal, aeronaves, vehículos y otros datos para que la capacitación del personal sea más conveniente. Los conductores de vehículos ya no necesitan llevar libros de texto al aula para aprender las reglas de conducción en los aeropuertos, sino aprenderlas en escenarios operativos en tiempo real del sistema. La conducción sin conductor será más inteligente, y los equipos y vehículos serán probados primero por el sistema gemelo digital; antes de ser oficialmente aplicaciones de producción en masa, minimizando así costes...

Los datos son la clave

"Cuanto más completos sean los datos recopilados, más datos se podrán analizar en tiempo real, y cuanto más se acerque a la situación real". Por un lado, los datos recopilados por tecnologías como ADS-B complementan la tecnología de gemelos digitales, pero cada tecnología tiene sus tendencias de uso y existen limitaciones en la recopilación de datos. Los datos transmitidos por ADS-B se limitan a la posición de la aeronave, altitud, rumbo, velocidad, velocidad de ascenso, etc. La intención del diseño original de esta tecnología es más para uso de control aéreo, pero datos como el volumen de combustible, los parámetros del motor y el vuelo La información de salida de la computadora de administración no se puede utilizar para obtenerla, es necesario acceder a los datos a través de múltiples interfaces. Por otro lado, la recopilación de datos del mundo real aún no ha logrado una cobertura completa. Las cámaras y sensores continúan aumentando con el desarrollo de los tiempos, y la cantidad de instalaciones y equipos conectados también aumentará lentamente. Además, la recopilación en tiempo real de datos de ubicación de las personas implica muchas cuestiones, como la privacidad, y debe tratarse con más precaución.

"Los indicadores clave de la recopilación de datos espaciales son la precisión y la frecuencia de recopilación. En el sistema GPS y el sistema satelital Beidou que se van poniendo en uso gradualmente, la precisión de la posición y la precisión del posicionamiento pueden alcanzar el nivel de decímetros o incluso centímetros. nivel, que "puede satisfacer la mayoría de las necesidades operativas del aeropuerto", dijo Yang Jie, "pero la principal limitación en el desarrollo de la tecnología es la frecuencia de retorno de la ubicación. Aunque la tecnología actual ya puede alcanzar el estándar de 20 Hz, es decir, 20 veces por segundo, pero muchos aeropuertos todavía están atrapados en el estado de devolver datos una vez cada segundo o cada pocos segundos."

La frecuencia de retorno de datos entre el monitoreo de radar tradicional y el monitoreo de estaciones de datos es bastante. diferente, tan solo 4 segundos una vez, hasta una vez cada 15 minutos, es imposible lograr un reflejo en tiempo real del mundo real. Después de agregar ADS-B, los datos se pueden transmitir dos veces por segundo a la mayor velocidad, pero aún está lejos de las capacidades técnicas de 20 Hz.

"20 Hz básicamente no tiene aplicación en los aeropuertos nacionales, y muy pocos pueden alcanzar los 5 Hz. Cuanto mayor sea la frecuencia de retorno, mayor será el ancho de banda de la red consumido y mayor será la presión de procesamiento sobre el procesador en segundo plano. Desde esta perspectiva, si queremos que la tecnología de gemelos digitales desempeñe un papel más importante, primero debemos resolver estos problemas", explicó Yang Jie.

Solo manejando adecuadamente cuestiones como la recopilación de datos, la frecuencia de retorno, la precisión y el procesamiento, la tecnología de gemelos digitales puede contribuir realmente a la construcción de aeropuertos inteligentes, en lugar de ser un "jarrón" que proporciona una plataforma de visualización de datos. . Este tipo de tecnología de la información está integrada orgánicamente con la infraestructura tradicional, utilizando la computación en la nube, big data, Internet de las cosas, inteligencia artificial, comunicaciones 5G, etc. como medios centrales para promover el desarrollo de alta calidad y el avance de los aeropuertos de mi país.