空中交通管制中的人工智能應(yīng)用前景探析

王杰

摘 要：全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的不斷深入，空中交通工具已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中貿(mào)易往來(lái)的一種常態(tài)。隨著空域的開(kāi)放程度增大，空中交通也日益變得繁忙，空中交通管制的重要作用不言而喻。人工智能技術(shù)作為本時(shí)代最具有前景的技術(shù)，對(duì)空中交通管制的技術(shù)推動(dòng)和發(fā)展有著重要的跨時(shí)代意義。本文從空中交通管制的需求出發(fā)，探討人工智能應(yīng)用的前景。

關(guān)鍵詞：空中交通管制;人工智能;應(yīng)用

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展極為迅速，現(xiàn)已經(jīng)被運(yùn)用到了許多領(lǐng)域之中，為社會(huì)的生活和生產(chǎn)做出了重要的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)同樣被應(yīng)用到了急需新技術(shù)的空中交通管制領(lǐng)域之中。近年來(lái)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于空中交通管理的安全性、高效性的提升起到了極大的促進(jìn)作用。未來(lái)伴隨人工智能技術(shù)的應(yīng)用想必會(huì)越來(lái)越寬泛，在此背景下，需要進(jìn)一步了解空中交通管制現(xiàn)階段對(duì)該技術(shù)的需求，了解應(yīng)用層面的局限。

1. 空中交通管制對(duì)人工智能技術(shù)的需求探討

一直以來(lái)，空中交通管制都屬于復(fù)雜的人在回路系統(tǒng)，通過(guò)空地人員協(xié)同配合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)航空運(yùn)行的高效管理。其中飛行員主要依托自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)操控飛機(jī)，而管制員則通過(guò)空中管制自動(dòng)化進(jìn)行信息的收集、匯總以及指令的決策等。在這種人在回路中，對(duì)自動(dòng)化管理等級(jí)需求經(jīng)歷了以下三個(gè)過(guò)程：

在最初的空中管制人在回路中，對(duì)于自動(dòng)化的需求較低，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也更側(cè)重于以機(jī)器為輔助作用，在功能設(shè)置上，對(duì)初級(jí)自動(dòng)化操作的目標(biāo)要求僅包括為自動(dòng)處理飛行情報(bào)、融合以及處理雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)短期的沖突進(jìn)行預(yù)警等。

隨著初級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，在不斷的實(shí)踐過(guò)程中，空中交通管制自動(dòng)化又產(chǎn)生了新的需求，即需要空中管制自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要提示必要的決策支持手段，主要針對(duì)空中交通管理、空域管理等任務(wù)，目前這種等級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)仍舊處于發(fā)展中，有些功能已經(jīng)得到很好的實(shí)現(xiàn)，但有些功能還需要更深入的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐。

空中交通管制系統(tǒng)中，智能化、自動(dòng)化的程度越高，管制員的負(fù)荷相對(duì)較輕，效能更高，同時(shí)也能夠更有效的避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。隨著人工智能的發(fā)展，現(xiàn)階段，空中交通管制對(duì)于人工智能技術(shù)的需求包括有：一體化自動(dòng)監(jiān)視，無(wú)人管理，機(jī)場(chǎng)、空管、航空公司的多主體運(yùn)行協(xié)調(diào)，以及多元化空域管理等。目前這種“以機(jī)器為主、管制員監(jiān)控”的高級(jí)智能化、自動(dòng)化的空中交通管制系統(tǒng)還處于探索規(guī)劃之中。

面臨著日益增長(zhǎng)的空中流量，現(xiàn)行的空中管制系統(tǒng)正面臨著極大的壓力和負(fù)荷，空中交通管制人員的工作體量也較長(zhǎng)，雖然已經(jīng)極力控制空中交通管理能效，但是仍舊不可避免人工差錯(cuò)現(xiàn)象。面臨著這些現(xiàn)狀，尋找更高效、更智能、更自動(dòng)化的空中交通管制系統(tǒng)以及辦法，是現(xiàn)階段空管服務(wù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

2. 空中交通管制中人工智能技術(shù)應(yīng)用

2.1 以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)

人工智能的本質(zhì)是對(duì)人的思維過(guò)程進(jìn)行模擬。深度學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)的重要代表，同時(shí)也推動(dòng)了人工智能的飛速發(fā)展。深度學(xué)習(xí)能夠更加智能、自動(dòng)地提取復(fù)雜特征，在語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、語(yǔ)言模型和機(jī)器翻譯 等領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了巨大的技術(shù)突破。2016年，阿爾法狗戰(zhàn)勝了人類(lèi)圍棋冠軍而被社會(huì)熟知。阿爾法狗是人工智能在新時(shí)期的重要產(chǎn)物，它主要使用了有策略網(wǎng)絡(luò)以及估值網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。這些技術(shù)的核心在于對(duì)深度學(xué)習(xí)的監(jiān)督和強(qiáng)化。

2.2 在空中交通管制中的應(yīng)用

當(dāng)前階段，人工智能在空中交通管制中仍主要起到輔助決策的作用。主要應(yīng)用在以下兩個(gè)方面：

第一個(gè)方面是飛行流量管理，隨著空中流量的不斷增加，空域內(nèi)的航線越來(lái)越多，空域大部分狀態(tài)都處于繁忙狀態(tài)。為了確?？沼騼?nèi)流量的有序、安全，飛行流量管理顯得十分重要。人工智能的應(yīng)用可以處理來(lái)自多個(gè)維度的復(fù)雜信息，并且能夠?qū)ζ錃v史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，以確保飛行流量計(jì)算的可靠性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。與此同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛機(jī)四維軌跡信息進(jìn)行捕捉和計(jì)算，確定飛機(jī)的降落地點(diǎn)與降落時(shí)間，得知可能潛在的飛機(jī)流量沖突，進(jìn)行分析后，對(duì)空域內(nèi)的飛行流量進(jìn)行正確、安全的排序，確保飛行流量的有序性和安全性。

第二個(gè)方面對(duì)飛行沖突的解脫管理，人工智能技術(shù)的應(yīng)用促使空中交通管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一定的智能化特征，在深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)空域內(nèi)飛行流量的沖突，能夠自動(dòng)生成相對(duì)應(yīng)的解脫方案。這個(gè)解脫方案對(duì)于管制員的最終決策起到了很有效的輔助作用，能夠有效的提升沖突解脫效率。在這一推理過(guò)程中， 為了保證系統(tǒng)推理的有效性，系統(tǒng)需要根據(jù)大量的規(guī)則來(lái)進(jìn)行方案的推 理選擇。而這些規(guī)則，則要被統(tǒng)一存入知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)中。這樣，管制人員只要在平時(shí)做好知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的更新和維護(hù)，就能夠保證系統(tǒng)推理的有效 性，從而根據(jù)系統(tǒng)提供的方案，來(lái)進(jìn)行飛行沖突航班的排序

3. 空中交通管制中的人工智能技術(shù)應(yīng)用前景

3.1 輔助決策方面

隨著機(jī)器人深度學(xué)習(xí)技術(shù)的進(jìn)展，未來(lái)人工智能技術(shù)在空中交通管制中的應(yīng)用，仍舊會(huì)大部分集中在輔助決策方面，但在具體的應(yīng)用上應(yīng)該會(huì)避開(kāi)現(xiàn)有的問(wèn)題，出現(xiàn)更加優(yōu)化的系統(tǒng)。

譬如在智能化沖突管理方面，未來(lái)可以通過(guò)智能化手段實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)的感知以及規(guī)避能力，能夠使得無(wú)人駕駛航空器能夠與人工駕駛形成一致的水平，并且可以再空域內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和人工駕駛飛行器的安全并存。

3.2 空管指揮安全監(jiān)控

現(xiàn)階段，空中交通管制交流是十分依賴(lài)管制員的。據(jù)調(diào)查，近年來(lái)民航出現(xiàn)的不安全事件中，通話差錯(cuò)這一原因占有較高的比例。通話差錯(cuò)主要包括通信錯(cuò)誤、地空通話錯(cuò)誤、無(wú)線電通話不準(zhǔn)確等形式，由于現(xiàn)有的空管系統(tǒng)無(wú)法接入陸空通話數(shù)據(jù)，不能及時(shí)獲得管制指令信息，因此不能檢測(cè)空管通話差錯(cuò)。

這種現(xiàn)象是未來(lái)空中交通管制多必須要避免和徹底解決的，基于人工智能技術(shù)的空管語(yǔ)音識(shí)別以及指令解析將會(huì)有希望很好的解決這一問(wèn)題。利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，以識(shí)別空管語(yǔ)音、理解空管指令為基礎(chǔ)，深度挖掘空管態(tài)勢(shì)管理，智能檢測(cè)指令的安全等級(jí)、一直程度，并及時(shí)對(duì)管制員提示處置，將會(huì)大幅度的降低此類(lèi)不安全事件的發(fā)生。

3.3 智能指揮機(jī)器人

深度學(xué)習(xí)將會(huì)使機(jī)器人具備感知、思維以及行動(dòng)能力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，未來(lái)應(yīng)用于空中交通管制的智能指揮機(jī)器人也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。智能指揮機(jī)器人將會(huì)是智能化空中管制系統(tǒng)的綜合體，能過(guò)及時(shí)、準(zhǔn)確的收集空中交通的數(shù)據(jù)，并且具備有分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力，與此同時(shí)，其所具備的視覺(jué)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別也能夠賦予機(jī)器人更多的能力，包括發(fā)布空管指令、應(yīng)答飛行員甚至能夠代替管制員進(jìn)行控制交通管制，達(dá)到高級(jí)空中管制自動(dòng)化。

4. 結(jié)束語(yǔ)

人工智能技術(shù)發(fā)展十分廣闊，也必然會(huì)在空中管制領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)造出更強(qiáng)的新技術(shù)、新系統(tǒng)，以推進(jìn)空中交通管理水平的提升。但在發(fā)展過(guò)程中，我們始終必須要明確人工智能技術(shù)的作用不是取代真實(shí)的人工，而只是作為一種備用選擇，去彌補(bǔ)人類(lèi)工作極限和盲區(qū)，以獲得更加高效的管理能效。當(dāng)然，人工智能技術(shù)也必然是未來(lái)空中控制的必然發(fā)展，廣大管制員必須要迎接這些挑戰(zhàn)，不斷的提升自己的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，才能夠更好的適應(yīng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，與空管行業(yè)達(dá)成共同發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]王思達(dá). 人工智能在空中交通管制的應(yīng)用展望[J/OL]. 中國(guó)科技信息，2019（19）：54+56[2019-10-30].

[2]呂罡. 人工智能技術(shù)在空中交通管理中的應(yīng)用[J]. 科技風(fēng)，2015（03）：123.

[3]于立茜. 空中交通管制監(jiān)視新技術(shù)及應(yīng)用之研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（18）：273.