機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在民航安全管理中的應(yīng)用探析

闕佳鴻

摘 要：文章介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)的算法分類和應(yīng)用場(chǎng)景，指出了我國(guó)民用航空安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及存在的問題。并且在此基礎(chǔ)上探討了機(jī)器學(xué)習(xí)的主要技術(shù)在民航安全系統(tǒng)中的應(yīng)用。為民航安全系統(tǒng)信息化建設(shè)進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展提供了包括使用模式識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)管制、計(jì)算機(jī)視覺實(shí)現(xiàn)場(chǎng)面安全、氣象數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、管制員疲勞監(jiān)控和設(shè)備維修數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)在內(nèi)的諸多有價(jià)值的研究方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)；模式識(shí)別；計(jì)算機(jī)視覺；機(jī)場(chǎng)管制；民航安全

引言

安全管理是我們民用航空管理中的一個(gè)非常重要的問題，一直以來都受到整個(gè)行業(yè)的高度重視。機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能技術(shù)的分支，已經(jīng)在短短的幾年時(shí)間內(nèi)滲透到我們身邊的各行各業(yè)，為之提供了大量的便利并極大的節(jié)省了人力及物力資源。由此我們推測(cè)，將機(jī)器學(xué)習(xí)及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到民航安全管理體系中，也將起到卓越的成效。本文便是對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)在民航安全管理的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探索和分析。

1 機(jī)器學(xué)習(xí)介紹

1.1 定義

利用計(jì)算機(jī)對(duì)給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并從中獲取規(guī)律是機(jī)器學(xué)習(xí)的首要研究目標(biāo)，這些數(shù)據(jù)我們稱作觀測(cè)樣本，所學(xué)習(xí)到的規(guī)律我們稱之為模型。通過這些規(guī)律模型，可以對(duì)未來將要出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖1即機(jī)器學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)單示例。機(jī)器學(xué)習(xí)的第一步即是選擇一個(gè)規(guī)律模型，定義為決策函數(shù)f（x，？茲），該函數(shù)中的參數(shù)？茲并不確定。第二步則是通過機(jī)器學(xué)習(xí)的算法尋找出一個(gè)最適合的參數(shù)？茲？鄢，這個(gè)過程叫做訓(xùn)練過程。經(jīng)過以上兩個(gè)步驟，我們就可以使用f（x，？茲）模型對(duì)輸入的x進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

我們所描述的機(jī)器學(xué)習(xí)，不僅僅是針對(duì)一些已經(jīng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理的信息，還應(yīng)當(dāng)包含圖像、音頻在內(nèi)的數(shù)字化數(shù)據(jù)。從范圍上講，它類似于模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘，正是由于機(jī)器學(xué)習(xí)與這些不同領(lǐng)域的結(jié)合，從而形成了它在計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、語音識(shí)別這些交叉學(xué)科中的研究?jī)?yōu)勢(shì)。

2 民航安全管理

2.1 安全管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

民用航空中比較傳統(tǒng)的思想認(rèn)為沒有危險(xiǎn)就表示安全，然而現(xiàn)代的安全管理思想并不這樣認(rèn)為?，F(xiàn)代的安全管理思想把安全當(dāng)做一種狀態(tài)，同時(shí)也是識(shí)別危險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)過程。由此可見，我們的安全管理系統(tǒng)（safety management system簡(jiǎn)稱：SMS）必須是一個(gè)完整的、正規(guī)的、自頂向下的和有條不紊的綜合安全管理系統(tǒng)。

2.2 我國(guó)的民航安全管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

分階段發(fā)展的策略是在改革開放以來我國(guó)的民航業(yè)實(shí)施的總方針[1]，并且已取得顯著成效：第一階段，通過逐漸放松進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)機(jī)，讓民航走上企業(yè)化發(fā)展的道路；第二階段，在民航業(yè)內(nèi)部實(shí)施全面的制度改革，為進(jìn)入市場(chǎng)化進(jìn)行機(jī)制創(chuàng)造條件，同時(shí)大步跨入市場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)時(shí)期；第三階段，抓緊時(shí)機(jī)進(jìn)行民航的行業(yè)重組，這一項(xiàng)改革已經(jīng)取得了重大突破。雖然分階段的策略成績(jī)斐然，然而就目前來看，我國(guó)民航業(yè)的安全管理信息化進(jìn)程依舊相對(duì)落后。

3 機(jī)器學(xué)習(xí)在安全管理體系中的應(yīng)用

3.1 模式識(shí)別與機(jī)場(chǎng)管制

模式識(shí)別是工業(yè)業(yè)界提出的概念，而機(jī)器學(xué)習(xí)主要來自于計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)領(lǐng)域，在本質(zhì)上二者沒有區(qū)別。機(jī)場(chǎng)管制也稱航空管制，航空流控 航路流控 等，指的是由于起降航班班次集中，飛機(jī)按關(guān)門先后順序排隊(duì)起飛，或者由于天氣、軍事、目的地機(jī)場(chǎng)問題等原因，塔臺(tái)對(duì)飛機(jī)起飛時(shí)間進(jìn)行管制。機(jī)場(chǎng)管制的目的是保證航空安全，以及保障飛機(jī)的飛行秩序。

通過機(jī)器學(xué)習(xí)的模式識(shí)別技術(shù)，安全管理系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)場(chǎng)終端區(qū)域的所有飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析處理一次雷達(dá)、二次雷達(dá)及自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）等監(jiān)視設(shè)備傳回的包括飛行器高度、位置、運(yùn)行狀態(tài)以及氣象信息在內(nèi)的各種大規(guī)模數(shù)據(jù)，并在異常情況出現(xiàn)時(shí)，或者在異常情況即將出現(xiàn)之前（取決于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)功能），向塔臺(tái)管制員提供預(yù)警服務(wù)，避免各種特情的發(fā)生。

3.2 計(jì)算機(jī)視覺與機(jī)場(chǎng)安全

人臉識(shí)別[2]是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的研究方向。傳統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)非常廣泛，但是從性能的角度來看，依然存在諸多問題，最重要的是，從安全的角度考慮亦存在諸多漏洞?，F(xiàn)在已經(jīng)證明出現(xiàn)的針對(duì)傳統(tǒng)人臉識(shí)別的黑客技術(shù)，已經(jīng)屢見不鮮。而通過機(jī)器學(xué)習(xí)改進(jìn)后的人臉識(shí)別技術(shù)[3]，不僅可以解決安全問題，并且十分有利于人臉識(shí)別精度的改善和人臉識(shí)別速度的提高。將優(yōu)化后的人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)場(chǎng)的安檢流程中，可以大大提高安檢人員的工作效率，同樣降低人工工作的強(qiáng)度。

同樣的，計(jì)算機(jī)視覺及圖像處理技術(shù)還可應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面安全管理。比如，隨著通用航空的發(fā)展，無人機(jī)的數(shù)量快速增加，由于其制造成本低操作簡(jiǎn)單等特性，越來越多的單位和個(gè)人開始使用無人機(jī)從事私人的業(yè)務(wù)。這些沒有規(guī)范管理的無人機(jī)，在缺乏地空空域管理的情況下，很容易就能夠飛行進(jìn)入機(jī)場(chǎng)的管制區(qū)，形成巨大的安全隱患。利用計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行遠(yuǎn)距離攝像實(shí)時(shí)監(jiān)控，有望很好的解決這個(gè)安全問題。

3.3 其他應(yīng)用領(lǐng)域

除此之外，機(jī)器學(xué)習(xí)的各種算法模型，包括貝葉斯模型（Bayesian）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Networks）、深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）、組合方法（Ensemble Methods）、回歸（Regression）等等，均可根據(jù)各自的特性，應(yīng)用于民航安全系統(tǒng)：數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)特性可以應(yīng)用于航空氣象數(shù)據(jù)的分析與預(yù)測(cè)中，用以提前為管制人員提供盡可能準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；語音識(shí)別及文本分析特性，可以應(yīng)用于管制員與飛行員的陸空通話過程中，不僅可以監(jiān)控陸空通話的內(nèi)容，同時(shí)可以對(duì)參與人員的疲勞程度進(jìn)行研判；大規(guī)模數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以應(yīng)用于飛行器設(shè)備及地面設(shè)備的維修與保障中。

4 結(jié)束語

近年來，以機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)推動(dòng)的人工智能已經(jīng)滲透到幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。而機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用場(chǎng)景，也就是它的應(yīng)用領(lǐng)域，也恰好與我們信息化安全建設(shè)的方方面面都有諸多重合。對(duì)于我們民航，確切的說，對(duì)于我們民航的安全管理系統(tǒng)，盡早引入并應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，將會(huì)極大的改善系統(tǒng)的工作效率并提高安全保障的成效。

參考文獻(xiàn)

[1]李洋.我國(guó)民航安全管理系統(tǒng)研究[D].中國(guó)海洋大學(xué)，2013.

[2]趙天聞.基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的人臉識(shí)別研究[D].上海交通大學(xué)，2008.

[3]沈萍.基于PCA及機(jī)器學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2016（6）.