北京
近年来，“数字孪生”（Digital Twin）这一概念备受推崇并在智慧城市、智能建造等领域广泛应用。在民航业，数字孪生已经被引入航空器维修、机场建设、运行决策等场景，以提升相关工作质量和效率。
对于数字孪生的诞生时间，学术界存在不同看法。一种观点认为，数字孪生是密歇根大学的Michael Grieves教授于2002年提出的。另一种观点则认为，其是NASA在2010年最先提出的。虽然概念的“出生时间”有待确定，但学术界对其定义基本统一。数字孪生即对物理世界进行数字化的孪生，是指通过传感器、云计算、大数据等数字技术手段创建物理世界的虚拟副本，实现对物理世界的实时监测、模拟和预测。
通常来说，新技术总能带动生产力实现质的跃升，但想要挖掘新技术的潜力，拥有一片合适的“土壤”非常重要。当前，民航业正处于数字化转型的关键阶段，航空公司、机场和空管等领域的智慧化建设突飞猛进，行业呈现出信息化基础高、网络化程度高、智能化需求高等特征。与此同时，民航业还与先进制造（航空工业）、智慧城市（机场发展）等业态紧密相联、融合共生。可以看出，数字孪生与民航业具有很高的技术与应用契合度。
阐明了数字孪生的内涵，下一个问题是，民航业如何实现数字孪生？在笔者看来，关键词有三个——映射、仿真和优化。
映射即构建物理空间与数字空间的映射（镜像）关系，是孪生的基础和本质。在三个关键词中，“映射”之所以能够排在第一位，是因为其包含了一个非常重要的逻辑——数字孪生必须实现面向对象的全要素、全场景数字化映射。
这里的对象既可以是一个实体，如一架飞机、一个机场，也可以是一个事件，如一个航班的保障、一次飞行的过程。而全要素、全场景数字化映射，则是要告诉该技术的用户，数字孪生不仅是开发一套信息系统、实现一项业务的数字化，更需要通过全量映射与信息系统的互联、互操作，实现跨系统数据交互与价值挖掘。而民航领域的数据具有海量、高速、异构等特征，要做到高质量的映射，必须采取物联网、融合通信等技术手段，并且要做好数据采集、数据共享、数据服务等数据治理工作。
仿真即在数字空间孪生体中对本体进行有效的物理建模、规则建模、模拟仿真等。需要强调的是，这里的仿真不仅包括可视化工作，如三维可视化、数字大屏等，还包含对设施设备以及运行规则的数字化仿真。在仿真过程中，本体既包括业务对象（如待建设的机场、待保障的航班等）的数字化，也包括业务规则（如空管的管制规则、航班的运行规则等）的数字化。
通过加载数字化的模型，数字虚体对物理实体在“形”（如通过CAD/CAE/CAM等，对设计、建造等环节进行结构仿真）、“态”（如对业务、流程运转等进行仿真）等方面进行多维度仿真，即实现动态化的数字孪生，实时感知、展现或预演物理世界的活动。
优化是一个反向映射的过程。我们所说的“孪生”，不是一个静态的模型，而是一个动态的世界。也就是说，要做到物理空间与数字空间的双向互动。需要明确的是，孪生的目的是在时间、空间、效率、性能、成本等约束条件下，基于汇聚的设施设备、生产运行等全量数据，实现数据驱动的治理与优化。
简而言之，数字虚体可以在强大软件算法的支撑下，从成千上万种方案中找出最优方案，实现趋势预测并提供辅助性决策支持，如在机场运行领域提出航班最优滑行路线建议。在条件成熟时，数字虚体还能直接驱动物理实体或业务流程，如通过机场物联网进行数据采集与分析，可实时自动化管控设施设备。各种优化的方案及实施后的评估数据又进一步成为机器的学习数据持续迭代，促进数字孪生应用从“虚实结合”走向“虚实互动”。
由此可见，数字孪生能够实现民航多业务场景的跨时空融合与一体化管理，并通过高水平的“人—机”互动赋能管理决策。不过，数字孪生技术要在民航领域真正“用起来”，还须解决“建起来”“活起来”“管起来”三个问题，确保数字孪生落地应用的高效与安全。 （作者系民航局数据治理与决策优化重点实验室执行主任、中国民航管理干部学院教授 刘一）
（本文刊载于中国民航报2024年7月17日8版）
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