5G+AR技术在民航领域创新应用的研究和探索

郑 磊

（中国联合网络通信有限公司 上海市分公司，上海 200082）

0 引 言

以新一代信息技术融合应用为主要特征的智慧民航建设正全方位重塑民航业的形态、模式和格局，已成为全球航空业新一轮发展的主导趋势。民航领域在“十三五”期间取得了规模和质量双提升，深化改革卓有成效，服务人民美好生活需要和支撑国家战略的能力显著增强，但仍面临科技自主创新能力相对滞后、运营治理和监管手段和工具先进性有待提高等问题，迫切需要通过数字化创新技术的协同融合应用，实现民航领域航空安全水平再上新台阶、综合保障能力实现新提升以及航空服务能力达到新水平。通过研究和探索5G、边缘计算、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、增强现实（Augmented Reality，AR）等技术的融合应用，以满足民航领域在机务维修、航班保障以及旅客服务等场景下，数字化和智慧化能力提升以及运营管理质量效率优化的诉求[1]。

1 研究背景分析

1.1 政策分析

从国际发展情况看，为积极应对未来超大规模航空市场发展需求和环境约束挑战，多个国际组织和国家制定了多项航空运输系统规划，旨在构建更安全、更有效率、更加灵活、更可持续的新一代航空运输系统[2]。国际民航组织制定了全球空中航行计划，发布并持续更新航空系统组块升级计划。国际航空运输协会持续致力于利用新技术改进航空服务，并联合国际机场协会推出了“新技术催生旅行新体验”项目。美国实施新一代航空运输系统，提出了航空战略实施计划。欧盟及其相关机构提出了欧洲空管总体规划、2050+机场计划、欧洲航空愿景（Flightpath 2050）、欧洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）人工智能发展路线图等发展战略。日本、新加坡等国家也在积极行动，加快民航业的创新发展。

从国内发展情况看，党的十九大作出了建设交通强国、数字中国的战略部署，同时国民经济和社会发展“十四五”规划纲要专篇布局数字中国建设，明确提出了建设智慧民航任务。民航局印发了《推动新型基础设施建设五年行动方案》《四型机场建设行动纲要（2020—2035年）》《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》《机场无人驾驶设备应用路线图（2021—2025年）》等，由政策引领数字化机务运营监管、全流程自助、无纸化出行以及差异化安检积极推进。智慧民航建设内涵不断丰富，格局不断拓展，成效不断扩大，以智慧民航建设推动民航高质量发展的氛围已经形成[3]。

1.2 相关技术发展情况

1.2.1 5G技术及其产业发展

当前，以5G、人工智能等为代表的新一代信息通信技术正处于蓬勃发展阶段。多种创新技术的融合应用，加速推进了新一轮科技革命和产业变革。我国5G产业无论是在网络规模、技术研究还是在相关应用场景的探索方面都处于全球领先地位，已完成超过160万个5G基站建设，在全国所有地市、县城、城区和92%的乡镇镇区实现了5G网络覆盖，打造了贯穿系统、芯片、模组以及终端等在内的完整5G产业链，进一步夯实了产业基础。5G典型应用场景已经覆盖了国民经济97个大类中的40个，并在医疗、矿山、港口等领域实现了规模应用。2022年6月9日，在匈牙利召开的第3代合作项目无线接入网络（The 3rd Generation Partnership Project Wireless Access Network，3GPP RAN）第96次会议上，宣布5G R17标准冻结，标志着5G的第3个版本标准正式完成。5G商用性能的提升、新特性的引入和新方向探索，使网络性能、业务支持和终端接入方面得到了进一步优化和增强，为5G应用于更多场景提供了更加强大的支撑[4]。

1.2.2 边缘计算

边缘计算是一种距离数据来源更近的云计算形式，虽然本质上是云计算的一种形式，但在计算位置上与传统云计算有很大不同。传统云计算的计算位置离云端越近，计算资源和计算能力越强，但通信时延也会随之增高。而边缘计算处于数据产生的源头和云计算之间的位置，既可以为设备和应用保障计算能力，又能够降低数据传输时延。移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）是一种由通信运营商主导的典型边缘计算形式，通过在基站侧部署计算设备，为用户提供便捷的计算服务，并拓展业务维度。同时，MEC会在靠近物或数据源头的网络边缘侧提供数据计算和边缘智能服务，实现业务对敏捷连接、实时交互、隐私保护等的诉求。利用5G的低时延、高可靠以及高隔离性的传输能力，结合高性能边缘云资源，实现用户侧应用就近部署，提供数据本地分析和处理能力，外加网络和互联网技术（Internet Technology，IT）能力的全面开放，共同为垂直行业的创新提供了无限可能，给企业数字化转型注入动力[5]。5G专网与MEC部署架构如图1所示。

图1 5G专网与MEC部署架构

1.2.3 AR技术

AR技术是一种将虚拟世界信息和真实世界进行融合的技术，广泛应用于多媒体视频、三维仿真建模、物体实时追踪与注册、感知与传感等领域。AR技术将计算机生成的文字、图像、三维模型、音视频等数字化的虚拟信息进行仿真处理后，与现实世界中的真实元素信息融合，多种信息互相补充，以“增强”真实世界感知和体验。随着AR技术越来越成熟，应用领域和场景也越来越广泛，为工业制造、教育、培训以及医疗等行业带来了数字化和智能化的提升。

2 5G+AR技术在民航领域的创新应用

新一轮的技术革命推进了全球民航业的数字化转型与发展，从生产运行到服务营销，从技术保障到安全监管，都更加强调以智慧和创新为转型和发展的主题。文章研究和探索的主要方向为利用创新技术提升民航运输企业在安全保障、效率优化和差异化服务方面的能力。

2.1 机务维修场景

航空器的检修维护对标准化流程执行和人员技能要求较高。在实际运营管理中，存在专业人员培训培养成本高、检修操作标准化跟踪难、复杂故障检修效率低等问题。通过多视角高清音视频协作、3D数据展示和AI辅助识别等技术，可以很好地解决专业人员培训、实际检修操作中的痛点。基于5G大带宽的特性，前端AR设备可以采用2K甚至更高分辨率的图像采集模块。现场的第一视角画面及业务数据可以通过5G专网高速传输至机场区域的边缘云节点，由部署在边缘云上的AI应用提供各类数据的分析结果，使后台人员可以实时看到、听到甚至感受到前端现场的真实作业状况，从而更好地指导一线人员处理故障。此外，使用远程冻屏标注和技术资料前端投屏等方式，可以进行高效指导和培训。这样的方案既能保障民航作业数据安全的高安全性，又能满足在智能化分析和AI应用方面的低时延需求。现阶段，民航领域该技术在标准化操作方面提升了约15%的合格率，节省近10%的人员培养成本。

2.2 货物监装监卸场景

民航客机和货机货物的监装监卸执行过程中，由于工作环境比较复杂，在货物监装监卸的验收核准环节，当前的对讲机+纸质签收单方式局限性很大，受天气和现场作业环境的影响较为明显，使得实现电子化验收流程成为该场景下的迫切需求。在安全与效率方面，要根据航班乘客数量与位置计算运载货物的重量、位置、配置重心，并检查货柜的位置是否和要求一致、货柜的地锚是否锁紧、地板是否有杂物等作业细节。传统方式是通过人力堆叠的方式实现货物装卸，成本高、效率低且监装监卸效率还会影响航班效率，最终影响航司收益。通过5G赋能的AR远程协作应用能实现线上线下一体，直接同步监督现场作业人员的工作。现场操作人员通过可穿戴设备与后台协作，实现后台监管人员同时进行多个航班的监装监卸工作和电子化的验收。在保证安全可靠的前提下，监管人员无须转场，提高了人员利用率和作业效率。现阶段，民航领域借助5G+AR远程协作应用，能够提升4.2%的货物监装监卸作业效率，相当于平均每个月能够提升一个班次的航班运力，为民航企业运营带来了可观的经济效益。

2.3 特殊旅客服务场景

5G+AR远程协作应用在满足航空公司生产保障等部门的需求之外，还能为航空公司提供差异化的客户服务。以无成人陪伴儿童乘机为例，实际场景中主要需求点是家长希望能够通过信息化手段实时跟踪和查看孩子的状态，同时航空公司需要通过技术手段确定特殊旅客陪护人员的服务细节，以便考核和留证。5G+AR远程协作服务的应用能够满足上述两方的需求。通过5G专用网络传输业务数据既能满足高清视频数据交互对带宽吞吐量和速率的要求，又可以很好地保障数据安全，避免个人信息泄露。应用模式的创新不仅可以提升远程协作平台的价值利用率，还可以给航司为旅客个性化服务方面提供更多的可选择性。

3 未来应用发展展望

随着创新技术的进一步发展和完善以及多元技术的融合协同进一步提升，在民航领域内5G、AR、虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术、人工智能等技术的应用场景得到了进一步扩充和深化。例如：借助5G+GVI无人机实时传输并分析大量高清图片，实现对飞行器机身表面检查，减少了检测机体表面和结构损伤所需的时间和劳动力，消除了高空检查时技术人员的安全隐患，提高了绕机检查效率及检查标准；5G+VR机务培训通过建立A320、B747等飞机机型外观的3D模型和起落架轮舱、货舱等内部可视部位的3D模型，结合缺陷案例，实现了绕机检查培训和考核；5G+AI智能孔探录像识别，通过发动机孔探录像智能识别系统、人工智能算法，分析学习已有孔探数据和飞机机轮轮胎检查AMM标准，从而自动识别视频中部件存在的损伤，准确定位孔探录像中涡轮叶片烧蚀缺陷，提升了孔探录像审核效率，减少了漏判，降低了机队运行成本，提高了安全性。通过更多场景下的创新技术应用，能够为中国民航业的智慧化发展赋能。

4 结 论

文章探索和研究了面向民航领域个别数字化转型和创新应用场景。伴随着科技创新变革和新应用模式的不断成熟，相信将来智慧民航领域必将实现以数字化和智慧化驱动的全面高质量发展，进一步以立足区域、引领全国、辐射全球的宏观愿景谋民航未来的发展，将民航未来发展融入国家“交通强国”发展战略，形成中国民航领先世界的航空数字化标准，从而在民航应用领域树立我国自己的鲜明旗帜。