智慧民航的構想和探索

◎民航局第二研究所總工程師 吳宏剛

吳宏剛總工程師

一、智慧化發展趨勢

隨著信息時代數字化的發展，“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網、大腦，最后判斷發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，智能地應用、協同。當前隨著大數據、云計算、物聯網、人工智能等新興技術的興起，為這些系統賦能，使其具備與人腦接近的、或者是相當的智慧水平。

當前國家發展交通業，就必須構建立體交通網，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，空域也愈發復雜，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用人工智能、大數據和智慧民航的大腦，我們將無法面對未來的巨大挑戰。

二、未來智慧民航展望

交通運輸系統本質上就是運人和運貨。未來我們的遠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。在空中的飛行也是無感的，有非常便捷的網絡可供使用。此外，也不會再出現飛機延誤的問題，即使真的出現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展的新起點。例如目前在上海訂購汶川的車厘子或者甘孜州的松茸，實現在五個小時內送到是非常困難的，但如果無人航空貨運系統進入了大規模應用，就可以輕松實現。農戶采摘的車厘子、松茸送到支線機場、干線機場后，一天內就可以實現送往全球。

三、智慧民航體系構想

實現未來的智慧民航需要有幾大技術體系去支撐。智慧民航的特征包括深度感知、互聯、智能應用、協同。這幾方面都需要不斷創新，包括全要素的多源智能感知、空天地一體化的互聯互通、航空系統的數字孿生和多元主體的智慧協同。

全要素的多源智能感知，即解決透徹的深度感知。當前視頻攝像頭的增多帶來海量的數據。此外還有各類物聯網的傳感器、激光雷達、毫米波雷達，在生活中都得到了廣泛應用，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的各個環節進行感知，進行不停地革新，讓網絡更通暢，速度更快。

通過以上技術的賦能，未來就可以建立完整的、真正的新一代航空運輸系統數字孿生系統。人腦對于大千世界的認識的本質就是將所有的感覺、視力、聽力、味覺、觸覺等映射到大腦中，形成映像。數字孿生技術也是如此，將物理世界的東西映射到電腦和機器中，形成一個模擬的、數字的、孿生的，跟真實世界一一對應的數字世界。有了這個技術后，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容進行分析。

最后要多元主體智慧地協同。基于上述數字孿生技術，能分析出當前存在的問題，再通過大數據、人工智能等技術進行智慧協同。因此，這四個技術體系就構成了未來要支撐智慧民航整體技術架構。

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，在許多領域都研發了新技術和新產品。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、孿生、協同中。

民航二所在上海虹橋機場做的基于跑道狀態燈的防止跑道侵入系統。當時的感知只有SMR場監雷達，但我們發現該場監雷達有虛警，因此通過增加傳感器，即場面多點定位系統，讓飛機定位更加準確，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網絡，以及光纖網絡和寬帶電力載波網絡，對燈光進行控制，對車輛的數據進行傳輸，將所有數據傳回后形成機場、空中到地面飛行器、車輛運行的態勢，即數字孿生。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組織架構。在和田機場，我們已經部署了防止跑道侵入系統并竣工驗收。

在跑道外來物探測系統方面，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、遠距離雷達，光學攝像頭、星光攝像機等感知能力。再通過光纖把數據傳回指揮中心、飛行區管理部中心進行分析識別是什么異物，以及要不要處理。目前的實現方式仍然是人工處理，但是現在要做的是利用機器人去處理。

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

行李全流程的跟蹤系統，通過在行李上面安裝的RFID芯片，可以智能感知，全程覆蓋12個節點、18個環節。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分析平臺，將機場集團的各個成員機場數據匯總，實現支撐整個機場的一體化運行，對機場運行的品質進行分析和評估。在智慧空管方面我們也做了很多嘗試。例如數字孿生，將空管數據進行融合，形成空中交通的運行態勢，進行實時展示。同時，各個環節可以進行智慧協同、遠程地指揮等。我們基于大數據、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化和控制。

我們在天府機場做的塔臺終端區一體化管制中心，能夠實現區管、塔臺和終端區的數據匯集，實現對兩市三場，即雙流、天府、綿陽機場的運行進行有效管控。

我們還做了智慧遠程塔臺的實踐。利用傳感器，通過全景視頻監控遠程地傳到異地，再結合ADS-B、多點定位以及其它一些場面監視設備形成有效融合。再通過通信系統對遠程飛機進行管控。目前已經在新疆、內蒙進行了有效實踐。

我們還有通航飛行的服務平臺。目前在通航飛機監視方面仍存在困難，因此我們在通航機載設備上增加了設備，北斗等導航能夠通過ADS-B數據鏈、4G、5G信號、北斗信號下傳。多種數據模式可以將整個低空通航飛機的態勢進行監視和控制。現在已經在湖南通航安裝了50余套機載設備，并進行了大規模的應用驗證。

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

在智慧監管方面，我們整合了空管、機場、航司的運行數據，實現了對很多監管事項非現場的遠程監管，構建了一體化安全監管平臺。這是在黑龍江監管局做的非現場監管的首次嘗試。我們發現遠程檢查接入的視頻、各種各樣的數據的發現率遠高于現場的發現率。我們還嘗試利用AR眼鏡來輔助監察員，對很多現場監管的事項進行監察。通過AR攝像頭采集數據，通過網絡將數據傳回后臺的數據中心，再通過大數據、人工智能分析來識別監管的業務，進行提醒。

我們在四個應用場景中做了一些嘗試，但還遠遠不夠，無法滿足我們對未來智慧民航的建設需求。因此在民航局和四川省的支持之下，正在建設國內首個民航科技創新示范區。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、互聯互通、數字孿生和智慧協同等方面的關鍵技術開展研發，實現重大關鍵技術的自主可控。

最后，智慧民航已經在路上。相信經過15年、甚至30年的發展，智慧民航一定能夠實現。在民航局的領導下，在行業內外各個科研機構、所有科技人員的共同努力下，在民航科技創新示范區的基礎平臺支撐下，智慧民航之路一定會發展得越來越好，走得越來越快，最后一定會實現“人便于行，物暢于流”的目標。