智慧民航的构想和探索

◎民航局第二研究所总工程师 吴宏刚

吴宏刚总工程师

一、智慧化发展趋势

随着信息时代数字化的发展，“智慧”成为大势所趋，例如智慧城市、智慧交通、智慧生活、智慧医疗等。人类本身就是真正意义上的智慧生命，除人类之外没有任何生命能称为智慧，所有的智慧都是模仿人类，模仿我们各种各样的感官，例如眼耳口鼻、触觉、听觉、视觉等。通过感官再传入神经网、大脑，最后判断发生了什么以及怎么做，这就是智慧。未来的城市、交通、生活等各方面都将是智慧的，像人一样能深入地感知、互联，智能地应用、协同。当前随着大数据、云计算、物联网、人工智能等新兴技术的兴起，为这些系统赋能，使其具备与人脑接近的、或者是相当的智慧水平。

当前国家发展交通业，就必须构建立体交通网，智慧民航就是其中一个重要举措。随着民航运输量越来越大，空域也愈发复杂，以后还有大量的无人航空器在天空运行，因此未来智慧民航具有非常大的需求。同时，机场也会更加繁忙，有越来越多的飞机和保障车辆等，运行的难度也会日益增加。若在这样的场景下不应用人工智能、大数据和智慧民航的大脑，我们将无法面对未来的巨大挑战。

二、未来智慧民航展望

交通运输系统本质上就是运人和运货。未来我们的远景就是希望旅客的出行更加安全、高效，例如不再需要将行李拎到机场，未来可以实现在家门口托运，到了目的地就能看到行李；在机场不用乘坐出租车或者大巴，而是乘坐空中出租就能到达机场。在机场可以体验无感式安检，甚至还有机器人服务。在空中的飞行也是无感的，有非常便捷的网络可供使用。此外，也不会再出现飞机延误的问题，即使真的出现延误也会提前告知具体延误的时间，从而可以在这个时间选择去别的地方。

在货运方面，民航航空的增长仍受到很多因素的限制。但是未来无人驾驶航空器的货运将是整个航空物流发展的新起点。例如目前在上海订购汶川的车厘子或者甘孜州的松茸，实现在五个小时内送到是非常困难的，但如果无人航空货运系统进入了大规模应用，就可以轻松实现。农户采摘的车厘子、松茸送到支线机场、干线机场后，一天内就可以实现送往全球。

三、智慧民航体系构想

实现未来的智慧民航需要有几大技术体系去支撑。智慧民航的特征包括深度感知、互联、智能应用、协同。这几方面都需要不断创新，包括全要素的多源智能感知、空天地一体化的互联互通、航空系统的数字孪生和多元主体的智慧协同。

全要素的多源智能感知，即解决透彻的深度感知。当前视频摄像头的增多带来海量的数据。此外还有各类物联网的传感器、激光雷达、毫米波雷达，在生活中都得到了广泛应用，未来还存在更先进的、更新型的传感器。同时，我们还要对整个航空运输系统的各个环节进行感知，进行不停地革新，让网络更通畅，速度更快。

通过以上技术的赋能，未来就可以建立完整的、真正的新一代航空运输系统数字孪生系统。人脑对于大千世界的认识的本质就是将所有的感觉、视力、听力、味觉、触觉等映射到大脑中，形成映像。数字孪生技术也是如此，将物理世界的东西映射到电脑和机器中，形成一个模拟的、数字的、孪生的，跟真实世界一一对应的数字世界。有了这个技术后，在机场、空管、航空公司的运行方面就可以从中提取所需要的内容进行分析。

最后要多元主体智慧地协同。基于上述数字孪生技术，能分析出当前存在的问题，再通过大数据、人工智能等技术进行智慧协同。因此，这四个技术体系就构成了未来要支撑智慧民航整体技术架构。

四、民航二所智慧探索

民航二所在过去十来年做了很多的尝试，在许多领域都研发了新技术和新产品。例如在机场，我们做了防跑道侵入、跑道FOD探测、A-CDM、行李跟踪等项目。这些可以归纳到感知、互联、孪生、协同中。

民航二所在上海虹桥机场做的基于跑道状态灯的防止跑道侵入系统。当时的感知只有SMR场监雷达，但我们发现该场监雷达有虚警，因此通过增加传感器，即场面多点定位系统，让飞机定位更加准确，并且还可以减少虚警频率，从而在感知方面有所增强。其次我们还安装了AeroMACS网络，以及光纤网络和宽带电力载波网络，对灯光进行控制，对车辆的数据进行传输，将所有数据传回后形成机场、空中到地面飞行器、车辆运行的态势，即数字孪生。之后再通过决策来控制灯光，若跑道被占用，灯光就亮红色的灯提醒飞行员。这就是整个体系，这个体系完全印证了智慧民航的技术组织架构。在和田机场，我们已经部署了防止跑道侵入系统并竣工验收。

在跑道外来物探测系统方面，目前我们在大兴机场的传感器上做了大量工作，将大大增强雷近距离雷达、远距离雷达，光学摄像头、星光摄像机等感知能力。再通过光纤把数据传回指挥中心、飞行区管理部中心进行分析识别是什么异物，以及要不要处理。目前的实现方式仍然是人工处理，但是现在要做的是利用机器人去处理。

机场协同决策系统A-CDM，也要汇集空管、机场、航空公司的数据，从而给出更加准确的推出放行时间，提高效率。目前这个系统在广州做了很好的尝试。

行李全流程的跟踪系统，通过在行李上面安装的RFID芯片，可以智能感知，全程覆盖12个节点、18个环节。在大兴机场，通过手机APP就能够了解行李在哪里、什么时候该去提取行李等。

我们还做了机场运行品质分析平台，将机场集团的各个成员机场数据汇总，实现支撑整个机场的一体化运行，对机场运行的品质进行分析和评估。在智慧空管方面我们也做了很多尝试。例如数字孪生，将空管数据进行融合，形成空中交通的运行态势，进行实时展示。同时，各个环节可以进行智慧协同、远程地指挥等。我们基于大数据、云计算所做的空地一体化管控平台，可以更好地对空管的运行资源进行优化和控制。

我们在天府机场做的塔台终端区一体化管制中心，能够实现区管、塔台和终端区的数据汇集，实现对两市三场，即双流、天府、绵阳机场的运行进行有效管控。

我们还做了智慧远程塔台的实践。利用传感器，通过全景视频监控远程地传到异地，再结合ADS-B、多点定位以及其它一些场面监视设备形成有效融合。再通过通信系统对远程飞机进行管控。目前已经在新疆、内蒙进行了有效实践。

我们还有通航飞行的服务平台。目前在通航飞机监视方面仍存在困难，因此我们在通航机载设备上增加了设备，北斗等导航能够通过ADS-B数据链、4G、5G信号、北斗信号下传。多种数据模式可以将整个低空通航飞机的态势进行监视和控制。现在已经在湖南通航安装了50余套机载设备，并进行了大规模的应用验证。

在智慧航司方面，我们做了国航全球地面航班保障平台。利用数据中台技术搭建国航地面保障的大数据平台，提升了整个国航数据全生命周期的治理能力，优化了航班的全流程监控数据，也强化了决策能力。

在智慧监管方面，我们整合了空管、机场、航司的运行数据，实现了对很多监管事项非现场的远程监管，构建了一体化安全监管平台。这是在黑龙江监管局做的非现场监管的首次尝试。我们发现远程检查接入的视频、各种各样的数据的发现率远高于现场的发现率。我们还尝试利用AR眼镜来辅助监察员，对很多现场监管的事项进行监察。通过AR摄像头采集数据，通过网络将数据传回后台的数据中心，再通过大数据、人工智能分析来识别监管的业务，进行提醒。

我们在四个应用场景中做了一些尝试，但还远远不够，无法满足我们对未来智慧民航的建设需求。因此在民航局和四川省的支持之下，正在建设国内首个民航科技创新示范区。其中包含大量先进的研究中心和平台，包括全域空管仿真中心、实地机场模拟验证中心，还有大量高端、尖端的实验室，都将为智慧民航建设提供支撑。

我们有16个民航示范验证中心和其他一些平台。要对智能感知、互联互通、数字孪生和智慧协同等方面的关键技术开展研发，实现重大关键技术的自主可控。

最后，智慧民航已经在路上。相信经过15年、甚至30年的发展，智慧民航一定能够实现。在民航局的领导下，在行业内外各个科研机构、所有科技人员的共同努力下，在民航科技创新示范区的基础平台支撑下，智慧民航之路一定会发展得越来越好，走得越来越快，最后一定会实现“人便于行，物畅于流”的目标。