智慧机场是充分利用大数据、物联网、空间感知、云计算、移动互联网等新一代信息技术，综合运用交通科学、系统方法、人工智能、知识挖掘等理念与工具，实现机场各功能彼此协调运作，提高机场运行效率，进而为旅客提供良好的服务，促进可持续发展的现代化机场新形态。本书围绕构建智慧机场建设理论体系，从生产运行、旅客服务、安全管控、商业经营、企业管理等业务领域，全面梳理智慧机场建设内容与建设重点，给出了智慧机场的规划设计方法，并着重提出了智慧机场智能化保障装设备和数字孪生系统的实现过程。

序 数字经济为经济发展带来新动能，是社会高质量发展的新引擎。新基建作为数字经济的基础保障和重要支撑，已成为人们关注的焦点。在国家和地方新基建相关政策的推动下，各行业、领域纷纷开展新基建实践探索，加快信息基础设施建设的步伐。智慧城市、智慧交通、智慧机场等“智慧+”产业作为新基建的典型工程，正在不断深入推进与拓展。 机场是城市的门户和交通中心，是涵盖多类人员与空间的城市基础设施，体现了城市和国家的实力。由于机场空间中生产与生活要素的高度集中性和复杂性，因此对智慧机场的建设提出了更高要求。为促进民航高质量发展，满足人民群众的美好航空出行需求，我国提出了建设“平安、绿色、智慧、人文”四型机场，而智慧是“四型机场”的基本品质，也是实现其他“三型”的基础和路径。 庞国锋博士是我的学生，他博士期间进行虚拟现实相关技术研究，取得突出创新成果。获得博士学位毕业后的近二十年时间里，他一直坚持本专业和相关领域的思考与研究，连续出版了多本系统仿真和虚拟现实方向的专著，受到读者欢迎，产生良好效果。三年前，他告诉我要写一本关于智慧机场的专著，我颇感诧异。一是智慧机场技术性很强，需要综合运用物联网、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实、数字孪生等各种技术手段并高效集成在一个智能系统；二是智慧机场专业性很强。机场的建设、运行、管理以及服务、经营，这些都是机场空间中的专门业务工作，没受过专门培训很难体会理解；三是智慧机场综合性很强。不仅是一种复杂的现代化智能系统，还是数字经济下具有完整产业链的一个独立的产业方向。建设智慧机场不仅需要系统观念和整体实践，还需要从产业发展的视角进行战略规划和顶层设计。上述因素使我感觉完成这本书，对他来说专业跨度过大，是一个巨大挑战。同时，我也认为智慧机场是一项极有意义的工作，非常期待这本书能早日面世。 令人欣慰的是，庞国锋博士用勤奋、钻研克服了专业上的跨度，在繁忙的工作之余，搜集材料、勤学深思、广泛调研、精心撰写，经过数个寒暑的辛劳，几易其稿，终于完成了这本专著。今年春节前，他专门花时间给我进行了介绍和讲解。我感到这本书有三个鲜明的特色，第一，这本书构建了智慧机场建设理论体系，从生产运行、旅客服务、安全管控、商业经营、企业管理等业务领域，全面梳理了智慧机场建设内容与建设重点，介绍了智慧机场的规划设计方法和重点业务信息系统，具有很强的综合性和实用性。第二，这本书根据智慧机场的需求特点，提出了智慧机场数字孪生的总体架构，给出了智慧机场数字孪生系统的完整实现过程，通过构建全要素全流程机场仿真系统，设计了面向数字孪生实现在线仿真和实时预测的方法。与现在一些只完成物理建模和数据智能的“数字孪生”相比，无疑具有一定的先进性和开创性。第三，这本书虽然写的是智慧机场，但一定意义上给出了智能系统开发的一种通用技术路线。对于任何一个智能系统，首先要深研其业务流程，分析各个业务流程间的交联交互关系，通过全面的协同协作，达成各方共同一致的情境意识，并在同一时钟标准、同一事件体系的驱动下推进各自的进程。因此，协同协作系统作为智能系统的“心脏”，是一个开发重点；其次，会思考、能预测是“活”的智能系统的标志，而预测决策任务只能由数字孪生产生的模型智能来承担，因此，数字孪生作为智能系统的“大脑”，是另外一个开发重点；最后，要顺应未来社会无人智能化的发展趋势，重点开发无人化、智能化装设备体系。除了上面三个鲜明特色以外，这本书还进行了大量的案例分析，给出了不同规模不同类型智慧机场建设项目的建议，有助于决策部门精准规划，避免贪大求全。总之，本书既是一本学术专著，为相关领域专业学术和教育工作者提供了参照和借鉴；又是一本实用的工具书，对于企业的实际工作者设计解决方案、开发实际业务系统也不乏参考价值；并且本书也有助于对数字经济、新基建和社会数字化智能化转型感兴趣的普通读者深入了解相关领域的研究进展。 目前，我国正处于从民航大国向民航强国跨越的关键时期，根据民航战略谋划，到2025年，我国运输机场数量将达到270个，到2030年将近400个，覆盖全国所有地级行政区域和99%以上的人口。未来，我国新建和改造的机场均将向智慧化方向发展，成为助推我国高质量发展的又一高级别新兴产业。 总之，智慧机场建设已扬帆起航，《智慧机场建设概论》的出版恰逢其时，相信这本书能够在智慧机场建设中起到有益作用，同时祝愿庞国锋博士做出更大贡献。 中国仿真学会原理事长、中国工程院院士 赵沁平 2022年3月 ------------------------------------------------------------------------- 前 言 当前，我国正处于从民航大国向民航强国跨越的关键时期。2019年，习近平总书记出席北京大兴国际机场投运仪式，对民航工作做出重要指示，要求建设以“平安、绿色、智慧、人文”为核心的四型机场，为中国机场未来发展指明了方向。智慧是“四型机场”的基本品质，智慧机场建设作为“四型机场”建设中的重要组成部分，是推进“四型机场”建设的关键支撑和关键路径。 智慧机场是充分利用大数据、物联网、空间感知、云计算、移动互联网等新一代信息技术，综合运用交通科学、系统方法、人工智能、知识挖掘等理念与工具，全面覆盖机场空侧、航站楼、陆侧区域，通过建设实时的动态信息服务体系，实施航班、旅客、行李、车辆的精细化、协同化、可视化、智能化运行与管理，从而实现机场各功能彼此协调运作，提高机场运行效率，进而为旅客提供良好的服务，促进可持续发展的现代化机场新形态。智慧机场建设是民航业今后一段时期的重点发展方向，是机场发展的必然趋势。由于我国智慧机场建设刚刚起步，智慧机场概念尚不统一，对智慧机场建设的理解和认知水平参差不齐，在建设实践中切入视角、建设投入、开发能力等方面也不一致。为推动我国智慧机场建设，促进民航高质量发展，本书围绕构建智慧机场建设理论体系，从生产运行、旅客服务、安全管控、商业经营、企业管理等业务领域，全面梳理智慧机场建设内容与建设重点，给出智慧机场的规划设计和系统实现方法，并着重提出了智慧机场智能化保障装设备和数字孪生系统的实现过程。 本书由12章组成。其中，第一章为绪论，主要介绍机场的基本知识和智慧机场的产生背景、概念特点、发展现状、能力需求、建设目标等。第二章叙述智慧机场的规划设计，确定智慧机场的业务架构、应用架构、技术架构、数据架构等信息化规划蓝图。第三章介绍智慧机场建设的公共基础平台，包括基础通信平台、大数据云平台、可视化平台、信息安全平台等技术基础平台，以及航班正常性管理和旅客大数据管理两个业务基础平台。从第四章到第八章，分别介绍实现智慧机场生产运行、旅客服务、安全管控、商业经营和企业管理五个具体业务领域的信息系统，其中ACDM系统、A-SMGCS系统、指挥调度系统、旅客综合服务系统、安全综合管理系统、非航业务管理系统等是重点内容。第九章介绍用于智慧机场智能化保障装备设备，给出了各类机器人的实现和特种车辆的无人化改装方法。第十章叙述智慧机场数字孪生系统的理论和实现过程，提出了智慧机场数字孪生的总体架构和实施方法，构建了全要素全流程机场仿真系统，以及面向数字孪生实现在线仿真和实时预测的方法。第十一章介绍智慧机场评估和标准体系，第十二章在分别介绍大型机场和中小型机场智慧机场实施典型案例的基础上，提出不同规模类型智慧机场的解决方案和实施路径。 本书可供机场行业管理机构、机场服务企业、机场相关产业的企业人员，相关高校及科研院所人员，数字经济产业从业人员，对数字化及智能化转型感兴趣的人员学习参考。 本书撰写过程历时三年并多次易稿，其间得到了中国仿真学会、北京航空航天大学、清华大学、中国民航大学、国防科技大学等高校和科研院所多位专家教授的支持与帮助，所参阅的文献资料均已在参考文献中列出。同时，电子工业出版社及作者本单位的领导亦给予了大力支持，在此，一并表示衷心感谢。由于作者水平所限，书中难免有疏漏与不足之处，恳请读者批评指正。

目 录 第1章 绪论 1 1.1 机场概述 1 1.1.1 定义与分类 1 1.1.2 系统组成 2 1.1.2.1 设施 2 1.1.2.2 保障设备 3 1.1.2.3 人员与组织 5 1.1.2.4 信息系统 7 1.1.3 业务工作 8 1.1.3.1 生产运行 10 1.1.3.2 旅客服务 10 1.1.3.3 安全管控 10 1.1.3.4 商业经营 10 1.1.3.5 企业管理 10 1.1.4 运行指挥 11 1.1.4.1 运行模式 11 1.1.4.2 指挥体制 12 1.1.4.3 职能任务 13 1.1.5 机场信息化 14 1.2 智慧机场的产生背景 15 1.3 智慧机场的概念特点 17 1.3.1 概念 17 1.3.2 特点 17 1.4 智慧机场的发展状况 19 1.4.1 发展历程 19 1.4.2 当前状况 19 1.4.2.1 生产运行领域 19 1.4.2.2 旅客服务领域 20 1.4.2.3 安全管控领域 21 1.4.2.4 商业经营领域 22 1.4.2.5 企业管理领域 23 1.5 智慧机场的需求分析 23 1.5.1 生产运行领域需求 24 1.5.2 旅客服务领域需求 25 1.5.3 安全管控领域需求 26 1.5.4 商业经营领域需求 27 1.5.5 企业管理领域需求 27 1.6 智慧机场的目标任务 28 1.6.1 建设目标 28 1.6.2 主要任务 29 1.7 本书的编排结构 29 第2章 智慧机场规划设计 32 2.1 规划方法 32 2.1.1 规划目的 32 2.1.2 规划方法 33 2.2 业务架构 35 2.2.1 生产运行业务架构 36 2.2.2 旅客服务业务架构 37 2.2.3 安全管控业务架构 38 2.2.4 商业经营业务架构 39 2.2.5 企业管理业务架构 39 2.3 应用架构 40 2.4 数据架构 42 2.5 技术架构 45 2.5.1 技术路线 45 2.5.2 主要内容 46 2.6 信息安全架构 47 2.7 IT治理架构 49 第3章 智慧机场公共基础支撑平台 51 3.1 基础网络通信平台 51 3.1.1 空地通信 51 3.1.1.1 ADS-B 52 3.1.1.2 AeroMACS 55 3.1.2 地面无线通信 58 3.1.2.1 无线宽带专网 58 3.1.2.2 机场WIFI 61 3.1.3 物联网通信 64 3.1.4 5G通信 68 3.1.5 定位通信 72 3.2 云计算平台 75 3.2.1 需求分析 75 3.2.2 总体设计 76 3.2.3 基础设施 77 3.3 大数据平台 78 3.3.1 体系架构 78 3.3.2 数据融合 82 3.3.3 应用领域 84 3.3.4.1 机场运行领域 84 3.3.4.2 旅客服务领域 85 3.3.4.3 安全管控领域 86 3.3.4.4 商业经营领域 86 3.3.4.5 企业管理领域 87 3.4 可视化平台 88 3.4.1 总体设计 89 3.4.1.1 系统架构 89 3.4.1.2 主要功能 90 3.4.1.3 关键技术 92 3.4.2 GIS系统 93 3.4.3 BIM系统 96 3.4.3.1 定义与功能 96 3.4.3.2 BIM模型搭建与管理 97 3.4.3.3 GIS和BIM的集成 101 3.4.3.4 应用方法 102 3.4.4 视频监控系统 103 3.4.4.1 后台视频监控系统（CCTV） 103 3.4.4.2 智能视频分析系统 105 3.4.4.3 基于虚拟现实的三维全景视频监控系统 108 3.5 信息安全平台 112 3.5.1 威胁分析 112 3.5.2 系统架构 113 3.5.3 主要功能 114 3.5.4 关键技术 115 3.6 物联网平台 116 3.7 信息系统集成平台 117 3.7.1 基于SOA的系统集成 118 3.7.1.1 系统架构 118 3.7.1.2 主要功能 119 3.7.1.3 具体实现 120 3.7.2 基于数据中台的系统集成 122 3.7.2.1 系统架构 122 3.7.2.2 主要功能 124 3.7.2.3 具体实现 125 3.8 业务基础平台 125 3.8.1 航班正常性管理平台 125 3.8.1.1 业务流程 126 3.8.1.2 系统架构 126 3.8.1.3 具体实现 127 3.8.2 会员管理平台 129 第4章 智慧机场生产运行业务系统 132 4.1 ACDM系统 132 4.1.1 运行原理 132 4.1.2 需求分析 134 4.1.3 系统架构 134 4.1.4 工作流程 137 4.1.5 关键模块 138 4.1.5.1 航班监控 138 4.1.5.2 运行预测 142 4.1.5.3 信息服务 142 4.1.5.3.1 整体信息关系 143 4.1.5.3.2 里程碑管理信息交互 143 4.1.5.4 资源管理 145 4.1.5.4.1 系统概述 145 4.1.5.4.2 需求分析 146 4.1.5.4.3 系统架构 148 4.1.5.4.4 具体实现 149 4.2 场面活动引导与控制系统 152 4.2.1 系统概述 152 4.2.2 需求分析 154 4.2.3 系统架构 155 4.2.4 具体实现 156 4.3 机场空侧管理系统 157 4.3.1 系统架构 157 4.3.2 道面管理系统 159 4.3.3 设备管理系统 160 4.3.3.1 系统组成 160 4.3.3.2 感知设计 161 4.3.3.3 路由设计 162 4.4 指挥调度系统 164 4.4.1 需求分析 164 4.4.2 系统架构 168 4.4.3 具体实现 169 4.4.4 实施效果 170 4.5 应急管理系统 172 4.5.1 需求分析 172 4.5.1.1 业务目标 172 4.5.1.2 业务需求 172 4.5.1.3 功能需求 172 4.5.2 系统架构 174 4.5.3 具体实现 175 4.5.3.1 应急事件处置过程 175 4.5.3.2 主要功能模块开发 175 4.6 除冰管理系统 176 4.6.1 系统架构 176 4.6.2 主要功能 177 4.6.3 具体实现 177 4.7 货运管理系统 177 4.7.1 需求分析 178 4.7.2 系统架构 179 4.7.4 具体实现 180 4.7.4.1 进出港流程管理 180 4.7.4.2 拖车调度 181 4.7.4.3 装卸货过程监控 182 4.7.4.4 突发事件处理 183 4.7.4.5 货运生产统计分析方法 183 第5章 智慧机场旅客服务业务系统 184 5.1 综合服务系统 184 5.1.1 业务背景 184 5.1.1.1 机场服务的概念 184 5.1.1.2 机场服务的内容 185 5.1.1.3 机场服务的流程 185 5.1.1.4 机场服务的问题 186 5.1.2 需求分析 187 5.1.2.1 建设目标 187 5.1.2.2 业务功能 187 5.1.3 系统架构 189 5.1.4 关键技术 191 5.1.4.1 客流分析 191 5.1.4.2 排队分析 192 5.1.4.3 人员设备追踪 193 5.2 陆侧交通系统 193 5.2.1 需求分析 193 5.2.1.1 建设目标 193 5.2.1.2 业务需求 193 5.2.2 系统架构 194 5.2.3 具体实现 195 5.2.3.1 运营调度 195 5.2.3.2 信息服务 196 5.2.3.3 应急指挥 196 5.3 定位导航系统 196 5.3.1 需求分析 197 5.3.2 技术原理 197 5.3.3 系统组成 200 5.4 动态标识系统 201 5.5 行李跟踪系统 202 5.5.1 需求分析 202 5.5.1.1 建设目标 202 5.5.1.2 建设内容 202 5.5.2 系统架构 203 5.5.3 系统功能 203 5.5.4 具体实现 204 第6章 智慧机场安全管控业务系统 205 6.1 安全综合管理系统 205 6.1.1 建设目标 205 6.1.2 系统架构 206 6.1.3 主要功能 206 6.1.3.1 安全信息管理 206 6.1.3.2 安全监督检查 211 6.1.3.3 安全态势监控 212 6.1.3.4 安全绩效管理 212 6.1.3.5 安全应急响应 213 6.1.3.6 安全培训考核 213 6.2 机场安检信息系统 214 6.2.1 业务流程 214 6.2.2 建设目标 215 6.2.3 功能需求 216 6.3 场道异物检测（FOD）系统 217 6.3.1 监测原理 217 6.3.2 系统架构 218 6.3.3 关键技术 219 6.3.3.1 毫米波雷达对地微小目标探测技术 219 6.3.3.2 复杂背景下不确定目标的图像识别技术 220 6.3.3.3 性能验证与评估技术 220 6.4 机场围界安防系统 220 6.4.1 建设目标 221 6.4.2 系统组成 221 6.4.3 主要功能 222 第7章 智慧机场商业经营业务系统 223 7.1 非航全业务管理系统 223 7.1.1 业务背景 223 7.1.2 需求分析 224 7.1.3 系统架构 224 7.2 O2O电商平台 225 7.2.1 业务背景 225 7.2.2 需求分析 226 7.2.3 系统架构 226 7.3 停车场管理系统 227 7.3.1 业务背景 227 7.3.2 需求分析 228 7.3.2.1 建设目标 228 7.3.2.2 功能设计 228 7.2.3 系统架构 229 第8章 智慧机场企业管理业务系统 230 8.1 经营分析系统 230 8.1.1 业务背景 230 8.1.2 需求分析 231 8.1.3 系统架构 231 8.1.4 关键技术 232 8.2 战略管理系统 233 8.2.1 理论基础 233 8.2.2 建设目标 233 8.2.3 系统架构 233 8.2.4 主要功能 234 8.3 资产管理系统 236 8.3.1 业务背景 236 8.3.2 需求分析 237 8.3.3 系统架构 237 8.4 能源管理系统 238 8.4.1 需求分析 239 8.4.2 系统架构 239 8.4.3 主要功能 241 第9章 智慧机场无人化保障装设备 244 9.1 新型服务保障机器人 244 9.1.1 割草机器人 244 9.1.2 行李搬运机器人 248 9.3.3 服务机器人 249 9.2 加改装AGV式机器人 250 9.2.1 AGV概述 250 9.2.1.1 AGV的定义 250 9.2.1.2 AGV单机 251 9.2.1.3 AGV系统 253 9.2.1.4 AGV关键技术 254 9.2.1.5 AGV加改装思路 259 9.2.2 道面安全检测机器人 260 9.2.3 智能安防巡检机器人 263 9.3 特种车辆无人化改造 265 9.1.1 无人驾驶水平划分 265 9.1.2 智能化改造方法 265 9.4 机场多机器人协同 267 9.4.1 体系结构 268 9.4.2 通信方式 273 9.4.3 协调控制 273 9.4.4 云机器人系统 274 第10章 智慧机场数字孪生系统 276 10.1 理论基础 276 10.1.1 数字孪生概述 276 10.1.2 数字孪生机场 277 10.2 总体架构 280 10.2.1 技术架构 280 10.2.1.1 数字孪生通用技术架构 280 10.2.1.2 数字孪生机场技术架构 281 10.2.2 核心平台 282 10.2.2.1 机场信息模型平台 282 10.2.2.2 数据服务平台 284 10.2.2.3 仿真服务平台 285 10.2.3 关键技术 290 10.2.3.1 基于激光扫描的三维重建技术 290 10.2.3.2 基于物联感知的全域标识技术 290 10.2.3.3 基于空间理解的全要素数字化表达 293 10.2.3.4 基于虚实融合的可视化呈现 293 10.2.3.5 基于一体化建模的机场仿真 294 10.2.3.6 基于深度学习的决策优化技术 294 10.2.3.7 基于空间分析计算的布局优化 295 10.3 系统实施 296 10.3.1 建立机场的高精度数字化模型 296 10.3.1.1 机场平面模型 296 10.3.1.1.1 地面设施模型 296 10.3.1.1.2 地下管线模型 299 10.3.1.1.3 机场空域模型 301 10.3.1.2 机场三维模型 303 10.3.1.2.1 机场地面三维模型 303 10.3.1.2.2 地下管线三维模型 307 10.3.1.2.3 机场净空三维模型 307 10.3.1.2.4 特殊效果仿真模型 308 10.3.2 采集真实数据并与数字化模型关联 312 10.3.2.1 机场多元异构数据采集要求 312 10.3.2.2 机场多元异构数据采集框架 313 10.3.2.3 机场多元异构数据采集实现 315 10.3.3 开发机场设施设备故障预测模型 316 10.3.3.1 故障预测方法概述 316 10.3.3.2 基于神经网络的故障预测 317 10.3.4 开发全要素全流程机场仿真系统 319 10.3.4.1 机场仿真发展状况 319 10.3.4.2 基于AUML建立机场仿真模型 321 10.3.4.2.1 理论基础 322 10.3.4.2.2 AUML建模思路 324 10.3.4.2.3 具体方法 325 10.3.4.3 机场空侧仿真系统 328 10.3.4.3.1 开发目标 328 10.3.4.3.2 总体流程 328 10.3.4.3.3 仿真模型 329 10.3.4.3.4 核心模块 332 10.3.4.4 机场航站楼仿真系统 335 10.3.4.5 机场陆侧仿真系统 336 10.3.4.6 面向数字孪生实现在线仿真和实时预测 337 10.3.4.6.1 基于事件调度法的持续瞬态仿真 338 10.3.4.6.2 典型仿真事件处理逻辑 338 10.3.4.6.3 融合实时数据实现在线预测 341 10.4 应用场景 342 10.4.1 规划设计 342 10.4.2 建设施工 344 10.4.3 能力评估 348 10.4.4 车辆调度 349 10.4.4.1 概念特点 350 10.4.4.2 主要内容 350 10.4.4.3 基于数字孪生机场的车辆调度 352 10.4.5 应急演练 353 10.4.5.1 概念特点 353 10.4.5.2 系统组成 354 10.4.5.3 运行流程 354 第11章 智慧机场标准体系与评估体系 357 11.1 标准体系 357 11.1.1 建设思路 357 11.1.1.1 智慧机场系统架构 358 11.1.1.2 智慧机场标准体系结构 361 11.1.1.3 智慧机场标准体系框架 361 11.1.2 建设内容 362 11.1.2.1 总体共性标准 362 11.1.2.2 关键技术与支撑平台标准 363 11.1.2.3 行业应用标准 363 11.1.3 组织实施 364 11.2 评估体系 365 第12章 智慧机场案例分析与实施路径 370 12.1 典型案例 370 12.1.1 首都机场 370 12.1.1.1 整体建设成果 370 12.1.1.2 特色亮点 373 12.1.2 深圳机场 374 12.1.2.1 整体建设成果 374 12.1.2.2 特色亮点 375 12.1.3 重庆机场 378 12.1.3.1 整体建设成果 378 12.1.3.2 特色亮点 379 12.1.4 长沙机场 380 12.1.4.1 整体建设成果 380 12.1.4.2 特色亮点 380 12.1.5 茅台机场 382 12.1.5.1 整体建设成果 382 12.1.5.2 特色亮点 383 12.1.6 鄂州机场 386 12.1.6.1 整体建设成果 386 12.1.6.2 特色亮点 387 12.2 实施路径 388 12.2.1 诊断先行，精准把握企业需求 390 12.2.2 集成创新，整体推进建设内容 394 12.2.3 技术赋能，打造标杆示范引领 395 12.2.4 融通发展，促进产业生态培育 397 12.2.5 人才为本，创新人才培训体系 398 参考文献 400