李潘++李星悅++施葉林++田宇++董曉鈺++王紅

摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理與航站樓結(jié)構(gòu)圖形圖像無法直接對(duì)應(yīng)的問題，提出了一種三維可視化的機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。采用Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與基于3DMax的數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法相結(jié)合，給出了機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)與信息從數(shù)據(jù)層、表示層到實(shí)際應(yīng)用層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。在滿足基本信息管理的基礎(chǔ)上建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)與三維可視化的民航機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理與指揮的模擬系統(tǒng)，為提升民航機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理水平提供技術(shù)方法支撐。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)航站樓模型；運(yùn)行管理；可視化；虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）06-0216-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，民用飛機(jī)已經(jīng)成為人們出行的重要交通之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年旅客運(yùn)輸量達(dá)2.1億人次，同比增長(zhǎng)12.5%，部分機(jī)場(chǎng)突破設(shè)計(jì)容量，擁擠狀況日趨嚴(yán)重，航站樓的管理成為當(dāng)務(wù)之急。在如此規(guī)模下，傳統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理模式已成為大型機(jī)場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸因素，針對(duì)如何提高管理水平，更加方便地運(yùn)營(yíng)管理機(jī)場(chǎng)航站樓，提出了一種三維可視化的機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理的設(shè)計(jì)思想，并設(shè)計(jì)開發(fā)了民航機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理可視化模擬系統(tǒng)。[1～3]

三維模型的構(gòu)建與應(yīng)用是目前可視化技術(shù)的研究熱點(diǎn)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)據(jù)三維可視化的研究已引起人們的普遍重視。Unity3D是一種跨平臺(tái)的易于實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)交互的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，本文將該技術(shù)引入傳統(tǒng)的飛機(jī)維修信息管理，通過3Dmax模擬真實(shí)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，運(yùn)用Unity3D實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)與維修信息的可視化管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體功能介紹

本系統(tǒng)采用Unity 3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將3ds Max模型制作和數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法相結(jié)合，從數(shù)據(jù)層到表示層再到實(shí)際應(yīng)用層給出機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)與管理信息的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

（1） 數(shù)據(jù)庫(kù)：實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)信息、人流信息等基本信息的存儲(chǔ)和管理。

（2） 3D模型：實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)的3D建模。

（3） 應(yīng)用軟件：將機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)3D模型與數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)、人流信息的可視化管理。

本系統(tǒng)在滿足基本信息管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)航站樓的可視化管理，為提升機(jī)場(chǎng)航站樓管理水平提供良好的技術(shù)與方法支持。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1機(jī)場(chǎng)航站樓建模

建模（Modeling）是指將二維空間中繪制的草圖作為基本對(duì)象在三維空間中形成物體的過程。3DMAX是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的效果圖及動(dòng)畫制作軟件之一，被廣泛應(yīng)用于影視制作、廣告設(shè)計(jì)、建筑裝潢設(shè)計(jì)、三維游戲制作等方面，并且該軟件在后期可以對(duì)物體賦予相應(yīng)的材質(zhì)和貼圖，能很大程度上表現(xiàn)物體的真實(shí)特征。[4][5]

2.1.1簡(jiǎn)單模型的建立

將航站樓CAD圖紙導(dǎo)入3ds maxz作為輔助線，打開2.5維捕捉，在頂面圖上順著需要做效果圖的餐廳、柜臺(tái)、檢票口等的內(nèi)墻線描出一條閉合的線，把剛剛創(chuàng)建的封閉線拉伸為一個(gè)實(shí)體，輸入所需要的高度，然后右鍵將其轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形。簡(jiǎn)單模型的建立是對(duì)3ds max系統(tǒng)內(nèi)部提供有標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展幾何體進(jìn)行建立，同時(shí)也是創(chuàng)建復(fù)雜模型的基礎(chǔ)。是3ds max三位建模技術(shù)最基本最簡(jiǎn)單的一種建模方法。

2.1.2多邊形建模

選擇多邊形按下數(shù)字鍵1或者點(diǎn)，選擇修改面板的面選擇按鈕，定義每一面的材質(zhì)，摳出每一面上的模型，對(duì)每一面進(jìn)行更加細(xì)致的模型編輯。多邊形建?？删庉嫸噙呅挝矬w包括頂點(diǎn)、邊、邊界、多邊形和元素5個(gè)次物體級(jí)別，可以在任何一個(gè)次物體級(jí)別對(duì)物體形態(tài)進(jìn)行深層的加工。編輯多邊形有各種控件，可以在不同的子對(duì)象層級(jí)將對(duì)象作為多邊形網(wǎng)格進(jìn)行操縱。

2.1.3 NURBS（非均勻有理B樣條）建模

對(duì)于航站樓而言，更多的是光滑的曲線，而不是規(guī)整的立方體，所以需要使用高級(jí)建模方式搭建模型。本系統(tǒng)對(duì)NURBS建模使用最多，NURBS建?？梢杂脕砩扇我庑螤畹摹⒐饣那€和曲面模型，并且很方便地進(jìn)行調(diào)整；具有豐富的表達(dá)能力與靈活的響應(yīng)能力，易于對(duì)物體的形狀進(jìn)行控制；計(jì)算處理簡(jiǎn)便易行，修改起來十分方便。不會(huì)隨著坐標(biāo)系的不同而發(fā)生形狀和外表的變化。機(jī)場(chǎng)航站樓的3D結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

2.2基于Unity3D可視化方法

民航機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行管理可視化模擬系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)三維模型建模、結(jié)構(gòu)與人流信息存儲(chǔ)管理、機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)與人流信息三維可視化管理，其實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示：

使用Unity 3d制作機(jī)場(chǎng)航站樓信息管理交互式可視化的場(chǎng)景，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間漫游，360全方位展示機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)與管理信息。當(dāng)鼠標(biāo)指向某組件時(shí)，用戶通過單機(jī)鼠標(biāo)的行為獲取該組件的ID，并連接數(shù)據(jù)庫(kù)查詢ID信息，系統(tǒng)會(huì)顯示該組件的簡(jiǎn)單信息。對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)可以任意的拖拽，還原等操作。以下是Unity 3d可視化方法中使3D模型信息與結(jié)構(gòu)與管理信息相對(duì)應(yīng)的研究與實(shí)現(xiàn)。[6～10]如圖4所示

3 系統(tǒng)運(yùn)行及成果

3.1系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試沒有顯示錯(cuò)誤，功能較為完善。實(shí)現(xiàn)了對(duì)民航機(jī)場(chǎng)航站樓的日常管理。以值機(jī)柜臺(tái)為例給出了如圖5所示的實(shí)現(xiàn)效果。

圖5展示了航站樓的結(jié)構(gòu)信息與人流信息的可視化管理過程，當(dāng)用戶點(diǎn)擊B區(qū)值機(jī)柜臺(tái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取用戶選擇的3D航站樓模型結(jié)構(gòu)的ID，并對(duì)用戶的鼠標(biāo)、鍵盤等事件進(jìn)行相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航站樓結(jié)構(gòu)的拖拽，平移等操作，彈出如圖5所示的信息框，顯示該區(qū)為B區(qū)值機(jī)柜臺(tái)，主要辦理國(guó)航和廈航的登機(jī)手續(xù)，當(dāng)前有19人在排隊(duì)。

3.2 系統(tǒng)有利于航站樓運(yùn)行管理

航站樓運(yùn)行管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的對(duì)航站樓進(jìn)行管理，統(tǒng)計(jì)出航站樓各個(gè)位置的人數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)潛在危險(xiǎn)時(shí)能及時(shí)報(bào)警，工作人員能及時(shí)采取有效措施，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

3.3 系統(tǒng)有利于旅客出行

通過系統(tǒng)旅客能夠全方位的了解航站樓的結(jié)構(gòu)，并且可以查看當(dāng)前航站樓的情況，合理的安排自己的出行時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)針對(duì)民航機(jī)場(chǎng)航站樓客流量進(jìn)行管理，利用Unity 3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)行的三維可視化管理，同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)⒑秸緲钱?dāng)前的結(jié)構(gòu)信息與該結(jié)構(gòu)的人流量以3D模型的形式直觀展示，對(duì)航站樓的管理和旅客出行都有很大的輔助作用。對(duì)于航站樓管理人員，本系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員擁擠，提醒管理人員及時(shí)疏散人群，避免發(fā)生擁擠事故。對(duì)于旅客，在家就能觀察航站樓的人流情況，為旅客制定合理的出行計(jì)劃提供參考。但是本系統(tǒng)在人流量統(tǒng)計(jì)上還需進(jìn)一步研究自動(dòng)化算法，將攝像頭監(jiān)控與本系統(tǒng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別人流。

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