◎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(shì)

隨著信息時(shí)代數(shù)字化的發(fā)展，“智慧”成為大勢(shì)所趨，例如智慧城市、智慧交通、智慧生活、智慧醫(yī)療等。人類(lèi)本身就是真正意義上的智慧生命，除人類(lèi)之外沒(méi)有任何生命能稱(chēng)為智慧，所有的智慧都是模仿人類(lèi)，模仿我們各種各樣的感官，例如眼耳口鼻、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等。通過(guò)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(lái)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(jì)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(guó)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(gè)重要舉措。隨著民航運(yùn)輸量越來(lái)越大，空域也愈發(fā)復(fù)雜，以后還有大量的無(wú)人航空器在天空運(yùn)行，因此未來(lái)智慧民航具有非常大的需求。同時(shí)，機(jī)場(chǎng)也會(huì)更加繁忙，有越來(lái)越多的飛機(jī)和保障車(chē)輛等，運(yùn)行的難度也會(huì)日益增加。若在這樣的場(chǎng)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(wú)法面對(duì)未來(lái)的巨大挑戰(zhàn)。

二、未來(lái)智慧民航展望

交通運(yùn)輸系統(tǒng)本質(zhì)上就是運(yùn)人和運(yùn)貨。未來(lái)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(jī)場(chǎng)，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)在家門(mén)口托運(yùn)，到了目的地就能看到行李；在機(jī)場(chǎng)不用乘坐出租車(chē)或者大巴，而是乘坐空中出租就能到達(dá)機(jī)場(chǎng)。在機(jī)場(chǎng)可以體驗(yàn)無(wú)感式安檢，甚至還有機(jī)器人服務(wù)。在空中的飛行也是無(wú)感的，有非常便捷的網(wǎng)絡(luò)可供使用。此外，也不會(huì)再出現(xiàn)飛機(jī)延誤的問(wèn)題，即使真的出現(xiàn)延誤也會(huì)提前告知具體延誤的時(shí)間，從而可以在這個(gè)時(shí)間選擇去別的地方。

在貨運(yùn)方面，民航航空的增長(zhǎng)仍受到很多因素的限制。但是未來(lái)無(wú)人駕駛航空器的貨運(yùn)將是整個(gè)航空物流發(fā)展的新起點(diǎn)。例如目前在上海訂購(gòu)汶川的車(chē)?yán)遄踊蛘吒首沃莸乃扇?，?shí)現(xiàn)在五個(gè)小時(shí)內(nèi)送到是非常困難的，但如果無(wú)人航空貨運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入了大規(guī)模應(yīng)用，就可以輕松實(shí)現(xiàn)。農(nóng)戶采摘的車(chē)?yán)遄?、松茸送到支線機(jī)場(chǎng)、干線機(jī)場(chǎng)后，一天內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)送往全球。

三、智慧民航體系構(gòu)想

實(shí)現(xiàn)未來(lái)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(lái)海量的數(shù)據(jù)。此外還有各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)，在生活中都得到了廣泛應(yīng)用，未來(lái)還存在更先進(jìn)的、更新型的傳感器。同時(shí)，我們還要對(duì)整個(gè)航空運(yùn)輸系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行感知，進(jìn)行不停地革新，讓網(wǎng)絡(luò)更通暢，速度更快。

通過(guò)以上技術(shù)的賦能，未來(lái)就可以建立完整的、真正的新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)。人腦對(duì)于大千世界的認(rèn)識(shí)的本質(zhì)就是將所有的感覺(jué)、視力、聽(tīng)力、味覺(jué)、觸覺(jué)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(jī)器中，形成一個(gè)模擬的、數(shù)字的、孿生的，跟真實(shí)世界一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字世界。有了這個(gè)技術(shù)后，在機(jī)場(chǎng)、空管、航空公司的運(yùn)行方面就可以從中提取所需要的內(nèi)容進(jìn)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(wèn)題，再通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行智慧協(xié)同。因此，這四個(gè)技術(shù)體系就構(gòu)成了未來(lái)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(guò)去十來(lái)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(jī)場(chǎng)，我們做了防跑道侵入、跑道FOD探測(cè)、A-CDM、行李跟蹤等項(xiàng)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(jī)場(chǎng)做的基于跑道狀態(tài)燈的防止跑道侵入系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)的感知只有SMR場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)，但我們發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)有虛警，因此通過(guò)增加傳感器，即場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)，讓飛機(jī)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(qiáng)。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(duì)燈光進(jìn)行控制，對(duì)車(chē)輛的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，將所有數(shù)據(jù)傳回后形成機(jī)場(chǎng)、空中到地面飛行器、車(chē)輛運(yùn)行的態(tài)勢(shì)，即數(shù)字孿生。之后再通過(guò)決策來(lái)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(gè)體系，這個(gè)體系完全印證了智慧民航的技術(shù)組織架構(gòu)。在和田機(jī)場(chǎng)，我們已經(jīng)部署了防止跑道侵入系統(tǒng)并竣工驗(yàn)收。

在跑道外來(lái)物探測(cè)系統(tǒng)方面，目前我們?cè)诖笈d機(jī)場(chǎng)的傳感器上做了大量工作，將大大增強(qiáng)雷近距離雷達(dá)、遠(yuǎn)距離雷達(dá)，光學(xué)攝像頭、星光攝像機(jī)等感知能力。再通過(guò)光纖把數(shù)據(jù)傳回指揮中心、飛行區(qū)管理部中心進(jìn)行分析識(shí)別是什么異物，以及要不要處理。目前的實(shí)現(xiàn)方式仍然是人工處理，但是現(xiàn)在要做的是利用機(jī)器人去處理。

機(jī)場(chǎng)協(xié)同決策系統(tǒng)A-CDM，也要匯集空管、機(jī)場(chǎng)、航空公司的數(shù)據(jù)，從而給出更加準(zhǔn)確的推出放行時(shí)間，提高效率。目前這個(gè)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(guò)在行李上面安裝的RFID芯片，可以智能感知，全程覆蓋12個(gè)節(jié)點(diǎn)、18個(gè)環(huán)節(jié)。在大興機(jī)場(chǎng)，通過(guò)手機(jī)APP就能夠了解行李在哪里、什么時(shí)候該去提取行李等。

我們還做了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行品質(zhì)分析平臺(tái)，將機(jī)場(chǎng)集團(tuán)的各個(gè)成員機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)匯總，實(shí)現(xiàn)支撐整個(gè)機(jī)場(chǎng)的一體化運(yùn)行，對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的品質(zhì)進(jìn)行分析和評(píng)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(jìn)行融合，形成空中交通的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。同時(shí)，各個(gè)環(huán)節(jié)可以進(jìn)行智慧協(xié)同、遠(yuǎn)程地指揮等。我們基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算所做的空地一體化管控平臺(tái)，可以更好地對(duì)空管的運(yùn)行資源進(jìn)行優(yōu)化和控制。

我們?cè)谔旄畽C(jī)場(chǎng)做的塔臺(tái)終端區(qū)一體化管制中心，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)管、塔臺(tái)和終端區(qū)的數(shù)據(jù)匯集，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩市三場(chǎng)，即雙流、天府、綿陽(yáng)機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行進(jìn)行有效管控。

我們還做了智慧遠(yuǎn)程塔臺(tái)的實(shí)踐。利用傳感器，通過(guò)全景視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程地傳到異地，再結(jié)合ADS-B、多點(diǎn)定位以及其它一些場(chǎng)面監(jiān)視設(shè)備形成有效融合。再通過(guò)通信系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程飛機(jī)進(jìn)行管控。目前已經(jīng)在新疆、內(nèi)蒙進(jìn)行了有效實(shí)踐。

我們還有通航飛行的服務(wù)平臺(tái)。目前在通航飛機(jī)監(jiān)視方面仍存在困難，因此我們?cè)谕ê綑C(jī)載設(shè)備上增加了設(shè)備，北斗等導(dǎo)航能夠通過(guò)ADS-B數(shù)據(jù)鏈、4G、5G信號(hào)、北斗信號(hào)下傳。多種數(shù)據(jù)模式可以將整個(gè)低空通航飛機(jī)的態(tài)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)視和控制。現(xiàn)在已經(jīng)在湖南通航安裝了50余套機(jī)載設(shè)備，并進(jìn)行了大規(guī)模的應(yīng)用驗(yàn)證。

在智慧航司方面，我們做了國(guó)航全球地面航班保障平臺(tái)。利用數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)搭建國(guó)航地面保障的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提升了整個(gè)國(guó)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?cái)?shù)據(jù)，也強(qiáng)化了決策能力。

在智慧監(jiān)管方面，我們整合了空管、機(jī)場(chǎng)、航司的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)很多監(jiān)管事項(xiàng)非現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)管，構(gòu)建了一體化安全監(jiān)管平臺(tái)。這是在黑龍江監(jiān)管局做的非現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)的發(fā)現(xiàn)率。我們還嘗試?yán)肁R眼鏡來(lái)輔助監(jiān)察員，對(duì)很多現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管的事項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)察。通過(guò)AR攝像頭采集數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回后臺(tái)的數(shù)據(jù)中心，再通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能分析來(lái)識(shí)別監(jiān)管的業(yè)務(wù)，進(jìn)行提醒。

我們?cè)谒膫€(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中做了一些嘗試，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，無(wú)法滿足我們對(duì)未來(lái)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(guó)內(nèi)首個(gè)民航科技創(chuàng)新示范區(qū)。其中包含大量先進(jìn)的研究中心和平臺(tái)，包括全域空管仿真中心、實(shí)地機(jī)場(chǎng)模擬驗(yàn)證中心，還有大量高端、尖端的實(shí)驗(yàn)室，都將為智慧民航建設(shè)提供支撐。

我們有16個(gè)民航示范驗(yàn)證中心和其他一些平臺(tái)。要對(duì)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(kāi)展研發(fā)，實(shí)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(guò)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(gè)科研機(jī)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(tái)支撐下，智慧民航之路一定會(huì)發(fā)展得越來(lái)越好，走得越來(lái)越快，最后一定會(huì)實(shí)現(xiàn)“人便于行，物暢于流”的目標(biāo)。