智慧民航的構(gòu)想和探索

◎民航局第二研究所總工程師 吳宏剛

吳宏剛總工程師

一、智慧化發(fā)展趨勢

隨著信息時代數(shù)字化的發(fā)展，“智慧”成為大勢所趨，例如智慧城市、智慧交通、智慧生活、智慧醫(yī)療等。人類本身就是真正意義上的智慧生命，除人類之外沒有任何生命能稱為智慧，所有的智慧都是模仿人類，模仿我們各種各樣的感官，例如眼耳口鼻、觸覺、聽覺、視覺等。通過感官再傳入神經(jīng)網(wǎng)、大腦，最后判斷發(fā)生了什么以及怎么做，這就是智慧。未來的城市、交通、生活等各方面都將是智慧的，像人一樣能深入地感知、互聯(lián)，智能地應(yīng)用、協(xié)同。當(dāng)前隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的興起，為這些系統(tǒng)賦能，使其具備與人腦接近的、或者是相當(dāng)?shù)闹腔鬯健?/p>

當(dāng)前國家發(fā)展交通業(yè)，就必須構(gòu)建立體交通網(wǎng)，智慧民航就是其中一個重要舉措。隨著民航運輸量越來越大，空域也愈發(fā)復(fù)雜，以后還有大量的無人航空器在天空運行，因此未來智慧民航具有非常大的需求。同時，機場也會更加繁忙，有越來越多的飛機和保障車輛等，運行的難度也會日益增加。若在這樣的場景下不應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)和智慧民航的大腦，我們將無法面對未來的巨大挑戰(zhàn)。

二、未來智慧民航展望

交通運輸系統(tǒng)本質(zhì)上就是運人和運貨。未來我們的遠(yuǎn)景就是希望旅客的出行更加安全、高效，例如不再需要將行李拎到機場，未來可以實現(xiàn)在家門口托運，到了目的地就能看到行李；在機場不用乘坐出租車或者大巴，而是乘坐空中出租就能到達機場。在機場可以體驗無感式安檢，甚至還有機器人服務(wù)。在空中的飛行也是無感的，有非常便捷的網(wǎng)絡(luò)可供使用。此外，也不會再出現(xiàn)飛機延誤的問題，即使真的出現(xiàn)延誤也會提前告知具體延誤的時間，從而可以在這個時間選擇去別的地方。

在貨運方面，民航航空的增長仍受到很多因素的限制。但是未來無人駕駛航空器的貨運將是整個航空物流發(fā)展的新起點。例如目前在上海訂購汶川的車?yán)遄踊蛘吒首沃莸乃扇?，實現(xiàn)在五個小時內(nèi)送到是非常困難的，但如果無人航空貨運系統(tǒng)進入了大規(guī)模應(yīng)用，就可以輕松實現(xiàn)。農(nóng)戶采摘的車?yán)遄?、松茸送到支線機場、干線機場后，一天內(nèi)就可以實現(xiàn)送往全球。

三、智慧民航體系構(gòu)想

實現(xiàn)未來的智慧民航需要有幾大技術(shù)體系去支撐。智慧民航的特征包括深度感知、互聯(lián)、智能應(yīng)用、協(xié)同。這幾方面都需要不斷創(chuàng)新，包括全要素的多源智能感知、空天地一體化的互聯(lián)互通、航空系統(tǒng)的數(shù)字孿生和多元主體的智慧協(xié)同。

全要素的多源智能感知，即解決透徹的深度感知。當(dāng)前視頻攝像頭的增多帶來海量的數(shù)據(jù)。此外還有各類物聯(lián)網(wǎng)的傳感器、激光雷達、毫米波雷達，在生活中都得到了廣泛應(yīng)用，未來還存在更先進的、更新型的傳感器。同時，我們還要對整個航空運輸系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行感知，進行不停地革新，讓網(wǎng)絡(luò)更通暢，速度更快。

通過以上技術(shù)的賦能，未來就可以建立完整的、真正的新一代航空運輸系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)。人腦對于大千世界的認(rèn)識的本質(zhì)就是將所有的感覺、視力、聽力、味覺、觸覺等映射到大腦中，形成映像。數(shù)字孿生技術(shù)也是如此，將物理世界的東西映射到電腦和機器中，形成一個模擬的、數(shù)字的、孿生的，跟真實世界一一對應(yīng)的數(shù)字世界。有了這個技術(shù)后，在機場、空管、航空公司的運行方面就可以從中提取所需要的內(nèi)容進行分析。

最后要多元主體智慧地協(xié)同?；谏鲜鰯?shù)字孿生技術(shù)，能分析出當(dāng)前存在的問題，再通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進行智慧協(xié)同。因此，這四個技術(shù)體系就構(gòu)成了未來要支撐智慧民航整體技術(shù)架構(gòu)。

四、民航二所智慧探索

民航二所在過去十來年做了很多的嘗試，在許多領(lǐng)域都研發(fā)了新技術(shù)和新產(chǎn)品。例如在機場，我們做了防跑道侵入、跑道FOD探測、A-CDM、行李跟蹤等項目。這些可以歸納到感知、互聯(lián)、孿生、協(xié)同中。

民航二所在上海虹橋機場做的基于跑道狀態(tài)燈的防止跑道侵入系統(tǒng)。當(dāng)時的感知只有SMR場監(jiān)雷達，但我們發(fā)現(xiàn)該場監(jiān)雷達有虛警，因此通過增加傳感器，即場面多點定位系統(tǒng)，讓飛機定位更加準(zhǔn)確，并且還可以減少虛警頻率，從而在感知方面有所增強。其次我們還安裝了AeroMACS網(wǎng)絡(luò)，以及光纖網(wǎng)絡(luò)和寬帶電力載波網(wǎng)絡(luò)，對燈光進行控制，對車輛的數(shù)據(jù)進行傳輸，將所有數(shù)據(jù)傳回后形成機場、空中到地面飛行器、車輛運行的態(tài)勢，即數(shù)字孿生。之后再通過決策來控制燈光，若跑道被占用，燈光就亮紅色的燈提醒飛行員。這就是整個體系，這個體系完全印證了智慧民航的技術(shù)組織架構(gòu)。在和田機場，我們已經(jīng)部署了防止跑道侵入系統(tǒng)并竣工驗收。

在跑道外來物探測系統(tǒng)方面，目前我們在大興機場的傳感器上做了大量工作，將大大增強雷近距離雷達、遠(yuǎn)距離雷達，光學(xué)攝像頭、星光攝像機等感知能力。再通過光纖把數(shù)據(jù)傳回指揮中心、飛行區(qū)管理部中心進行分析識別是什么異物，以及要不要處理。目前的實現(xiàn)方式仍然是人工處理，但是現(xiàn)在要做的是利用機器人去處理。

機場協(xié)同決策系統(tǒng)A-CDM，也要匯集空管、機場、航空公司的數(shù)據(jù)，從而給出更加準(zhǔn)確的推出放行時間，提高效率。目前這個系統(tǒng)在廣州做了很好的嘗試。

行李全流程的跟蹤系統(tǒng)，通過在行李上面安裝的RFID芯片，可以智能感知，全程覆蓋12個節(jié)點、18個環(huán)節(jié)。在大興機場，通過手機APP就能夠了解行李在哪里、什么時候該去提取行李等。

我們還做了機場運行品質(zhì)分析平臺，將機場集團的各個成員機場數(shù)據(jù)匯總，實現(xiàn)支撐整個機場的一體化運行，對機場運行的品質(zhì)進行分析和評估。在智慧空管方面我們也做了很多嘗試。例如數(shù)字孿生，將空管數(shù)據(jù)進行融合，形成空中交通的運行態(tài)勢，進行實時展示。同時，各個環(huán)節(jié)可以進行智慧協(xié)同、遠(yuǎn)程地指揮等。我們基于大數(shù)據(jù)、云計算所做的空地一體化管控平臺，可以更好地對空管的運行資源進行優(yōu)化和控制。

我們在天府機場做的塔臺終端區(qū)一體化管制中心，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)管、塔臺和終端區(qū)的數(shù)據(jù)匯集，實現(xiàn)對兩市三場，即雙流、天府、綿陽機場的運行進行有效管控。

我們還做了智慧遠(yuǎn)程塔臺的實踐。利用傳感器，通過全景視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程地傳到異地，再結(jié)合ADS-B、多點定位以及其它一些場面監(jiān)視設(shè)備形成有效融合。再通過通信系統(tǒng)對遠(yuǎn)程飛機進行管控。目前已經(jīng)在新疆、內(nèi)蒙進行了有效實踐。

我們還有通航飛行的服務(wù)平臺。目前在通航飛機監(jiān)視方面仍存在困難，因此我們在通航機載設(shè)備上增加了設(shè)備，北斗等導(dǎo)航能夠通過ADS-B數(shù)據(jù)鏈、4G、5G信號、北斗信號下傳。多種數(shù)據(jù)模式可以將整個低空通航飛機的態(tài)勢進行監(jiān)視和控制?，F(xiàn)在已經(jīng)在湖南通航安裝了50余套機載設(shè)備，并進行了大規(guī)模的應(yīng)用驗證。

在智慧航司方面，我們做了國航全球地面航班保障平臺。利用數(shù)據(jù)中臺技術(shù)搭建國航地面保障的大數(shù)據(jù)平臺，提升了整個國航數(shù)據(jù)全生命周期的治理能力，優(yōu)化了航班的全流程監(jiān)控數(shù)據(jù)，也強化了決策能力。

在智慧監(jiān)管方面，我們整合了空管、機場、航司的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對很多監(jiān)管事項非現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)管，構(gòu)建了一體化安全監(jiān)管平臺。這是在黑龍江監(jiān)管局做的非現(xiàn)場監(jiān)管的首次嘗試。我們發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢查接入的視頻、各種各樣的數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)率遠(yuǎn)高于現(xiàn)場的發(fā)現(xiàn)率。我們還嘗試?yán)肁R眼鏡來輔助監(jiān)察員，對很多現(xiàn)場監(jiān)管的事項進行監(jiān)察。通過AR攝像頭采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回后臺的數(shù)據(jù)中心，再通過大數(shù)據(jù)、人工智能分析來識別監(jiān)管的業(yè)務(wù)，進行提醒。

我們在四個應(yīng)用場景中做了一些嘗試，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，無法滿足我們對未來智慧民航的建設(shè)需求。因此在民航局和四川省的支持之下，正在建設(shè)國內(nèi)首個民航科技創(chuàng)新示范區(qū)。其中包含大量先進的研究中心和平臺，包括全域空管仿真中心、實地機場模擬驗證中心，還有大量高端、尖端的實驗室，都將為智慧民航建設(shè)提供支撐。

我們有16個民航示范驗證中心和其他一些平臺。要對智能感知、互聯(lián)互通、數(shù)字孿生和智慧協(xié)同等方面的關(guān)鍵技術(shù)開展研發(fā)，實現(xiàn)重大關(guān)鍵技術(shù)的自主可控。

最后，智慧民航已經(jīng)在路上。相信經(jīng)過15年、甚至30年的發(fā)展，智慧民航一定能夠?qū)崿F(xiàn)。在民航局的領(lǐng)導(dǎo)下，在行業(yè)內(nèi)外各個科研機構(gòu)、所有科技人員的共同努力下，在民航科技創(chuàng)新示范區(qū)的基礎(chǔ)平臺支撐下，智慧民航之路一定會發(fā)展得越來越好，走得越來越快，最后一定會實現(xiàn)“人便于行，物暢于流”的目標(biāo)。