摘要：随着航空业的快速增长和科技的迅猛发展，数字孪生技术成为了民航数字化、智能化建设的新思路。本文从飞行学员进行模拟飞行训练、搭建航空器数字孪生体进行仿真模拟整个飞行过程、对空中交通流量进行实时监测和分析、民航企业对航空器部件的智能化维修保养、以及航空公司进行航线规划和客流预测五个角度对数字孪生技术在智慧民航建设中的应用进行了综述。在此基础上，对数字孪生技术在未来民航智能化建设中的发展方向提出展望。

关键词：智慧民航；数字孪生；民航建设

1 数字孪生技术概念和应用现状

数字孪生的概念最早由M.W.Grieves教授针对产品生命周期管理提出，包括产品生命周期管理模型和镜像空间模型[1]。NASA和美国空军提出需进行根本性的范式转变即数字孪生，将飞行器相关各类数据进行集成能更好反映其飞行孪生的生命周期[2]。刘大同等[3]将数字孪生定义为一个物联网概念，通过对虚拟映射运行而反馈的数据对物理实体进行评估。

2 数字孪生技术在智慧民航建设中的重要性

如今民航事业快速发展，进一步完善智慧民航体系迫在眉睫。从学员培训到航空器优化、测试再到航空交通状况的实时监测和分析，都需要大量的数据支持。如何实现对民航大数据的有效管理，成为智能化发展的目标之一。因此，数字孪生技术的应用成为必然趋势。在民航领域，建立起一种以数据为基础、以数字孪生模型为载体的体系，通过模拟不同场景下的运行情况，可以提前发现和解决潜在的问题，优化航班调度和资源配置，提高运行效率和安全性。

3 数字孪生在智慧民航建设中的应用

智慧民航建设是利用先进的信息技术，来提升民航运输的效率、安全性和服务水平的整体构建。利用数字孪生技术对物理实体实现动态真实映射可以在飞行员训练飞行时为其提供更真实的飞行训练环境以及紧急情况的模拟；可以搭建航空器数字孪生体实现对真实航空器的实时监测；可以建立机场的虚拟模型帮助机场管理者提高机场运营效率；可以实现对飞机部件状态的全面监测和智能化维护。

3.1 利用数字孪生技术进行飞行模拟训练

飞行模拟训练目前处于快速发展的阶段，成为航空业和飞行培训的重要组成部分。马忠丽等[4]基于Unity3D设计了多旋翼飞行器模拟训练系统，利用刚体组件添加重力与惯性的模拟，能较好满足多旋翼飞行器飞行训练要求。刘艳等[5]采用CATIA软件对无人机进行三维建模，通过在UE4中环境模型进行整合创建同真实环境一致的三维虚环境，实现无人机的模拟驾驶。

3.2 搭建航空器数字孪生体

搭建航空器数字孪生体是利用数字化技术、模拟仿真和大数据分析等手段，在虚拟环境中构建与实际航空器或系统相对应的数字化模型，以实现对实际航空器或系统的精确模拟和监控。其搭建步骤主要包括：收集航空器各个部件的传感器数据、性能参数等实际数据，并利用这些数据建立航空器的数字化模型；利用数值计算方法和仿真软件对航空器的各种工作状态进行模拟，通过模拟仿真获得航空器在不同情况下的性能和行为数据；联网通信和数据整合：将航空器数字孪生体与实际航空器进行联网通信，实时接收传感器数据、飞行数据等信息，并将数据整合到数字孪生体模型中；通过在数字孪生体中进行虚拟化测试和验证，模拟各种飞行场景和故障情况，评估航空器的性能和安全性，并对飞行员培训和飞行操作进行模拟；随着航空器的运行和维护，不断更新数字孪生体的模型和数据，进行优化和改进，保持数字孪生体与实际航空器的一致性和准确性。

3.3 数字孪生技术在机场中的应用

数字孪生技术可以帮助机场进行航班调度和地面运营管理。通过模拟仿真，可以预测航班流量、优化登机口分配等，提高资源利用率和减少延误。在机场进行规划与设计时，利用BIM技术对实体机场建筑信息进行三维建模，将模型同GIS其中的各种地理数据与属性数据相关联，将空间信息与地理位置相结合，实现更全面的数据管理和可视化。

3.4 数字孪生技术进行飞机部件的智能化监测和维护

数字孪生技术可以为飞机部件的智能化监测和维护提供强大的支持。钟珂珂等[6]提出通过将增强现实与数字孪生技术相结合，从构建孪生模型、建立在线诊断与维修策略匹配机制、实现远程协同、建立维修人员考核方法和评估体系、实现维修大数据集成等方面构建一套航天复杂装备辅助维修系统，这样可以提高维修效率、降低成本，实现智能化信息管理。

3.5 数字孪生实现空中交通流量的实时监控和预测

未来随着城市空中交通的普及，飞行器数量的日益增多，空中交通流量管理技术需要推成出新。王艺霖[7]对数字孪生技术在空管领域的应用场景进行探索，提出基于数字空域实现空中交通流量管理，针对可能出现的航空器冲突进行提前识别进而为管制员提供辅助决策支持。

4 展望

数字孪生技术在智慧民航建设中发挥着重要作用，但同时将数字孪生技术融入到民航事业也面临着一些挑战。数字孪生技术需要大量的数据支撑，包括飞机运行数据、乘客信息等。在利用这些数据进行建模和分析的过程中，需要严格保护数据的安全和乘客的隐私，避免信息泄露和滥用。

将数字孪生技术应用到民航建设中，首要面临的问题便是数字孪生同现有民航系统和设备的结合，民航各系统和设备总体上由于缺乏统一的技术标准和规范，使得数字孪生技术的应用较为复杂和困难。同时，数字孪生技术需要实时获取大量的数据，以及将处理后的数据与数字孪生模型如何进行有效结合，这些还需要投入大量的时间和资源。

参考文献

[1]Grieves，W. Michael. Product lifecycle management： the new paradigm for enterprises[Z]， 2005.

[2]Glaessgen Edward，Stargel David. The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles[C]//53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures， Structural Dynamics and Materials Conference<BR>20th AIAA/ASME/AHS Adaptive Structures Conference<BR>14th AIAA： American Institute of Aeronautics and Astronautics， 2012.

[3]刘大同，郭凯，王本宽，等. 数字孪生技术综述与展望[J]. 仪器仪表学报， 2018， 39（11）： 1-10.

[4]马忠丽，吴丽丽，李嘉迪，等. 基于Unity3D的多旋翼飞行器模拟训练系统设计[J]. 应用科技， 2021， 48（03）： 111-117.

[5]刘艳，刘全德. 无人机飞行模拟仿真平台设计[J]. 科学技术与工程， 2022， 22（29）： 12969-12976.

[6]钟珂珂，洪海波，宋倩，等. 增强现实与数字孪生混合驱动的航天复杂装备维修辅助技术研究[J]. 军民两用技术与产品， 2023， （04）： 5-10.

[7]王艺霖. 数字孪生技术及其在空管领域的应用前景[J]. 民航学报， 2023， 7（01）： 60-64.