人工智能技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用分析

韓佳澎　薛華

摘 要：隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，對航空領(lǐng)域的技術(shù)水平要求以及航空器任務(wù)性能需求不斷提升，人們希望航空領(lǐng)域技術(shù)更加智能化，以滿足人們多方面的需求。人工智能技術(shù)的應(yīng)用正在幫助人們實現(xiàn)這個夢想。本文結(jié)合實例，簡要介紹并分析了人工智能在航空領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并對未來人工智能技術(shù)的應(yīng)用進行了展望。

關(guān)鍵詞：航空領(lǐng)域 人工智能 智能化應(yīng)用

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0007-03

人工智能技術(shù)在近幾年發(fā)展迅猛，已成為了火爆全球的熱點。人工智能技術(shù)能夠通過深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析等方法高效地解決問題，更方便人們的生活，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，航空領(lǐng)域也已大量使用了人工智能技術(shù)。航空技術(shù)作為高精尖技術(shù)的代表，涉及大量的數(shù)據(jù)分析和運算，需要各個系統(tǒng)之間的精密配合，因此也就更需要人工智能技術(shù)的輔助。

1 人工智能在戰(zhàn)機上的應(yīng)用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭講究的是各種體系的配合以及多元一體的打擊，戰(zhàn)機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演著不可或缺的重要角色。無論任何戰(zhàn)爭，能否依靠戰(zhàn)斗機或殲擊機取得制空權(quán)都是戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，許多國家開始在各種戰(zhàn)機中使用人工智能，輔助其更好地掌控戰(zhàn)場。

美國作為全球戰(zhàn)斗機技術(shù)的引領(lǐng)者，已經(jīng)廣泛地在戰(zhàn)機上使用了人工智能。美國空軍發(fā)言人表示：“美國空軍已使用了600多種人工智能技術(shù)，以面對各式各樣的任務(wù)。美空軍目前正在加快速度，大規(guī)模利用人工智能技術(shù)加固網(wǎng)絡(luò)、改進武器系統(tǒng)和轉(zhuǎn)變B-2轟炸機、F-15戰(zhàn)斗機和F-35戰(zhàn)斗機等大型作戰(zhàn)平臺的功能。

F-35戰(zhàn)機上的一個名為自主后勤信息系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)（ALIS）就是人工智能的應(yīng)用。可以說自主后勤信息系統(tǒng)是F-35機隊的管理工具和信息骨干，利用人工智能，它能夠極大的加快大數(shù)據(jù)整合，準確的掌握飛機的使用情況。該系統(tǒng)通過整合分析數(shù)據(jù)來對飛機進行檢測和評估，及時發(fā)現(xiàn)飛機出現(xiàn)的問題并通知維修部門，使得資源管理更加優(yōu)化，飛機檢修時間降低，飛機出勤率得到提高。

F-35戰(zhàn)機的發(fā)動機——普惠F-135發(fā)動機的健康管理系統(tǒng)就融入了自主后勤信息系統(tǒng)。通過使用ALIS計算機，可以向維修人員傳送回發(fā)動機的運行狀況，方便發(fā)動機的檢修。從此F-35發(fā)動機的后勤檢修就告別了依靠手動檢修的時代，降低了美軍在檢修方面的花費。除此之外，自主后勤信息系統(tǒng)還可以幫助飛行員組織情報和做出決策。它可將獲取的信息通過一塊屏幕呈現(xiàn)給飛行員，無需大量的人為干預(yù)，可以緩解飛行員的認知負荷。

在未來的戰(zhàn)機中，人工智能技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。未來戰(zhàn)機將人工智能技術(shù)用于控制附近的機載武器和無人機僚機。F-35戰(zhàn)機將采用分布式孔徑系統(tǒng)，結(jié)合360度的傳感器組件與飛機上的光電目標定位系統(tǒng)，使得戰(zhàn)斗機飛行員能夠在座艙里控制一小群在附近飛行的無人機，指派無人機執(zhí)行檢測、偵查和目標定位任務(wù)。因此，戰(zhàn)機飛行員就可以在執(zhí)行任務(wù)時使用更多的武器、物資、傳感器和目標定位技術(shù)，大大增加作戰(zhàn)效能、任務(wù)范圍和靈活性。并且，無人機也可以在戰(zhàn)斗機之前飛入有著嚴密防空網(wǎng)的空域去摸清敵人的防空系統(tǒng)，這樣能夠大大減少飛行員遭遇的危險。在未來，隨著人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，戰(zhàn)機飛行員甚至可以一個人控制多達100架無人機，大大提高作戰(zhàn)的效率和成功率。美第五代戰(zhàn)機將獲得控制無人機的人工智能。

2 人工智能在無人機領(lǐng)域的應(yīng)用

無人機是近幾年來大火的新熱點，它憑借體積小，操縱簡單，功能強大的優(yōu)點，獲得了民間和軍方的一致青睞。如今隨著無人機的使用越來越廣泛，人們開始在無人機上使用人工智能技術(shù)，使其如虎添翼。

自從20世紀90年代起，無人機技術(shù)便開始進入軍事領(lǐng)域。無人機在阿富汗戰(zhàn)爭、敘利亞戰(zhàn)爭等實戰(zhàn)中大放光彩，特別是在搜集情報，監(jiān)視偵查等方面作用明顯。人工智能在無人機領(lǐng)域的發(fā)展，使得無人機能夠在復(fù)雜、對抗的環(huán)境中作戰(zhàn)。無人機沒有生理和心理上的限制，并且機動能力強，可以達到幾十個g的過載。未來大量應(yīng)用高度自主人工智能的無人機，將會自主的完成觀察，判斷，決策，行動，成為未來空戰(zhàn)的主要參與者[1]。

民用領(lǐng)域，人工智能無人機同樣扮演著重要的角色。它可以幫人們進行地理測繪、物流運輸、電力巡線、農(nóng)業(yè)除蟲等工作。在物流運輸方面，人工智能無人機可以幫物流人員解決配送的“最后一公里”問題。快遞員可以將貨物裝進無人機的貨柜，并在手機上輸入收貨地址，確認無誤后無人機將會起飛飛往指定位置的快遞柜，隨后無人機再自主回到物流中心。這樣的配送流程簡單快捷，可以降低人工成本，能輕松實現(xiàn)一人控制數(shù)十個無人機配送數(shù)十件快件，大大提高了配送的效率。

同樣的，人工智能無人機也可應(yīng)用到外賣行業(yè)。外賣配送和快件配送基本上沒有差別，但外賣配送需要準確的將外賣送到買家手中，而不是單純放到貨柜里。這就需要人工智能無人機增加人臉識別技術(shù)。當(dāng)買家下單后，無人機就可帶著外賣來到指定位置，通過人臉識別技術(shù)識別出買家，這樣就可以提高外賣配送的速度，使買家快速品嘗到美味。

利用人工智能無人機特有的優(yōu)勢，可在地理測繪和設(shè)施巡檢等方面發(fā)揮無可替代的作用。在地理測繪時，無人機比有人機對環(huán)境的污染更少，并且起降方便，能夠?qū)崟r傳回數(shù)據(jù)和圖像。它體積小、靈活機動的特點也能使它更好地承擔(dān)起這份工作。同樣的依靠人工智能無人機的巡視，可以使原先長距離且復(fù)雜的巡視工作變得簡單。無人機巡檢是代替人工巡檢的一個重要方式，尤其是在山區(qū)或河流等處，地形復(fù)雜，人類難以到達，無人機就可派上大用場。例如架在山間的輸電塔，每一座鐵塔之間有幾百米的距離，且山區(qū)起伏的地勢可以讓一個人走幾百米的路途，耗費數(shù)十分鐘甚至數(shù)個小時。這樣不僅效率低下，并且可能檢查得不夠全面，造成安全隱患。這就需要人工智能無人機，通過合理的路線規(guī)劃設(shè)定，來依次對每一個巡查點進行巡查，并利用人工智能技術(shù)進行智能檢測分析，排查出隱患，大大降低了維修成本。

人工智能無人機還可應(yīng)用在演藝領(lǐng)域，帶給我們視覺上的盛宴。利用人工智能技術(shù)，無人機可以編隊組合進行飛行表演、攝影攝像等。2018年央視春晚，在珠海分會場的港珠澳大橋上，無人機燈光秀吸引了億萬觀眾的眼球。無人機群通過人工智能技術(shù)，獲得屬于自己的三維坐標，每一架無人機的飛行軌跡、速度、燈光亮度和閃爍頻率都經(jīng)過精密的計算，自動排列組合，變幻出一個一個炫酷的圖形，有條不紊，整齊劃一，令人驚嘆不已。

3 人工智能在航空制造和測試上的應(yīng)用

人工智能在飛機制造上的應(yīng)用，目的是減少制造時間，降低成本，提高飛機質(zhì)量。美國空軍萊特宇航實驗室就研究了一個“智能式”的加工工作平臺和機器人，使各種各樣的制造作業(yè)自動化進行。同樣的美國霍尼韋爾公司和馬丁瑪麗埃塔公司也都有相應(yīng)的研究成果。前者研制了一種視覺和力操縱實時結(jié)合在一起的技術(shù)，而后者研制了一個基于知識庫的規(guī)劃器，這個規(guī)劃器為制造系統(tǒng)創(chuàng)造了聯(lián)機編程功能[2]。

航空測試技術(shù)在近幾年發(fā)展迅速，它是一個綜合性的技術(shù)門類。在航空技術(shù)日新月異的今天，許多技術(shù)的成熟都依靠著航空測試技術(shù)的發(fā)展，航空測試技術(shù)被廣泛應(yīng)用到航空方面的社會生產(chǎn)和科學(xué)研究中。

2016年，榮獲了中國智能科學(xué)界最高獎的“先知”平臺，使人工智能系統(tǒng)的搭建難度大大降低，幫助不同企業(yè)在零基礎(chǔ)的情況下?lián)碛腥斯ぶ悄芗夹g(shù)，為人工智能技術(shù)在航空測試上的垂直應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。“先知”平臺提供了一套完整的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，有多個模塊組成，把整個機器學(xué)習(xí)的過程作為一個整體來看待，做到了各模塊的深度融合。同時“先知”提供了一個數(shù)據(jù)箱，里面也擁有著各種邏輯算法。這使得使用者不僅保證了自己的數(shù)據(jù)不被泄露，還避免了使用者直接去處理各種各樣的數(shù)據(jù)文件[3]。

4 人工智能在航空其它領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 在空中交通管理中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)在空中管理中的應(yīng)用，主要依靠人工智能輔助性數(shù)據(jù)和決策性系統(tǒng)實現(xiàn)。空中交通管理是根據(jù)氣象條件、航路結(jié)構(gòu)、航空區(qū)域容量等限制條件進行航空資源的合理統(tǒng)籌規(guī)劃，促使航空資源的合理配置，使航班運營更流暢更有效率。

人工智能系統(tǒng)引入后，可以自主預(yù)測天氣、航班流量、限流建議以及發(fā)出超容警告，為飛機的起飛、平飛、降落提供了有力的保障，同時也減少了地面工作人員的工作量，提高了效率。對于天氣情況不佳的時期，航路繁忙的時期，人工智能技術(shù)通過大量的數(shù)據(jù)分析，可以對航班進行合理排序，合理安排起飛時間。若航班確實需要延誤，人工智能技術(shù)還可以模擬航班延誤的損失情況，對其進行合理化的延誤建議。

憑借人工智能技術(shù)，飛機飛行沖突的問題也可得到很好的解決。人工智能系統(tǒng)可以通過搜集分析數(shù)據(jù)，進行沖突預(yù)測。通過對沖突概率的計算，為飛機選擇合適的航路和合適的高度。最后方案的選擇，需要依靠人工智能系統(tǒng)中的最短路徑算法和偏好路由算法，進行計算并對方案進行推理選擇。這就需要計算機系統(tǒng)自主收集推理信息，建立飛行沖突處置預(yù)案庫。同時，空中交通管理人員也需要在平時維護好信息庫，并對信息庫及時更新。如果系統(tǒng)學(xué)習(xí)有偏差，可以通過人工矯正，以保證其能夠正常運行，并對潛在的航空問題及時處理[4]。

4.2 在飛行控制方面的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代航空飛行控制技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)在航空飛行控制方面得到了廣泛的應(yīng)用，兩個技術(shù)的深入融合已經(jīng)成為了一種趨勢。從具體實現(xiàn)形式來說，在飛行控制方面應(yīng)用人工智能，一方面可以對駕駛員的行為進行判斷甄別，對駕駛員的不正當(dāng)操作進行糾正；另一方面人工智能系統(tǒng)還可以自主進行決策，在駕駛員駕駛時起到輔助甚至替代作用。

20世紀90年代，為保證飛機在受損情況下安全返航，NASA已經(jīng)開始研究控制率重構(gòu)技術(shù)。通過對驗證機的多次試驗表明，對于舵面磨損、效能不足等情況，采取人工智能技術(shù)能夠得以有效解決，使飛行安全得以保證。

9.11事件以來，許多航空發(fā)達國家便開始著手于自動避撞技術(shù)的研制。這一技術(shù)可以在駕駛員做出危險舉動，對防撞系統(tǒng)不予理睬或意圖進入禁飛區(qū)的情況下，及時奪取飛機操控權(quán)。如果飛行員的操作使情況過于嚴重，系統(tǒng)將會直接對駕駛員操作權(quán)限進行限制，必要時可根據(jù)系統(tǒng)判斷對可能發(fā)生的撞擊進行規(guī)避。

同樣的，2014年，美國空軍研究實驗室、洛克希德·馬丁公司和NASA聯(lián)合研究了地面防撞系統(tǒng)，如今已應(yīng)用到了F-16機隊。該系統(tǒng)可以利用數(shù)字式的海拔數(shù)據(jù)庫，將F-16飛機的飛行軌跡與地面的海拔數(shù)據(jù)比較，如果距地較近，將會發(fā)出警報，使駕駛員意識到危險。若駕駛員未能做出反應(yīng)，系統(tǒng)將接管飛機駕駛，執(zhí)行規(guī)避程序來保護飛行員和戰(zhàn)機。這項技術(shù)使用以來，已經(jīng)成功化解了兩次F-16的撞地危機，為美國空軍做出了突出貢獻[5]。

5 結(jié)語

本文講述了人工智能在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，具體是在戰(zhàn)機、無人機、航空制造和測試、空中交通管理和飛行控制方面的應(yīng)用。應(yīng)用了人工智能技術(shù)的系統(tǒng)，工作效率得到了質(zhì)的飛躍，大大增加了工作的可靠性、便利性。人工智能技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊，在未來，隨著人工智能技術(shù)的智能化水平和安全性的不斷提升，人工工作負荷將會進一步減輕，人工失誤造成的事故也會進一步減少。人工智能技術(shù)通過自主學(xué)習(xí)和智能化控制，助力了航空事業(yè)大發(fā)展，在人類航空史上將留下濃墨重彩的一筆。

參考文獻

[1] 車繼波.人工智能在無人作戰(zhàn)飛機上的應(yīng)用與展望[J].電訊技術(shù)，2018，58（7）：859-864.

[2] 周訓(xùn)文.人工智能及其專家系統(tǒng)在航空航天測控中應(yīng)用[J].測控技術(shù)，1991（3）：10-13.

[3] 趙巖.人工智能技術(shù)在航空測試領(lǐng)域的垂直應(yīng)用[A].2017年（第三屆）中國航空科學(xué)技術(shù)大會論文集（上冊）[C].中國航空學(xué)會，2017.

[4] 吳青.探究人工智能技術(shù)在空中交通管理中的應(yīng)用[J].智庫時代，2018（49）：172-173.

[5] 王偉鋼，丁團結(jié)，楚曉東.智能化航空飛行控制技術(shù)的發(fā)展[J].飛行力學(xué)，2017，35（3）：1-5.