5G+AR技術(shù)在民航領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用的研究和探索

鄭 磊

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司 上海市分公司，上海 200082）

0 引 言

以新一代信息技術(shù)融合應(yīng)用為主要特征的智慧民航建設(shè)正全方位重塑民航業(yè)的形態(tài)、模式和格局，已成為全球航空業(yè)新一輪發(fā)展的主導趨勢。民航領(lǐng)域在“十三五”期間取得了規(guī)模和質(zhì)量雙提升，深化改革卓有成效，服務(wù)人民美好生活需要和支撐國家戰(zhàn)略的能力顯著增強，但仍面臨科技自主創(chuàng)新能力相對滯后、運營治理和監(jiān)管手段和工具先進性有待提高等問題，迫切需要通過數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)的協(xié)同融合應(yīng)用，實現(xiàn)民航領(lǐng)域航空安全水平再上新臺階、綜合保障能力實現(xiàn)新提升以及航空服務(wù)能力達到新水平。通過研究和探索5G、邊緣計算、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）等技術(shù)的融合應(yīng)用，以滿足民航領(lǐng)域在機務(wù)維修、航班保障以及旅客服務(wù)等場景下，數(shù)字化和智慧化能力提升以及運營管理質(zhì)量效率優(yōu)化的訴求[1]。

1 研究背景分析

1.1 政策分析

從國際發(fā)展情況看，為積極應(yīng)對未來超大規(guī)模航空市場發(fā)展需求和環(huán)境約束挑戰(zhàn)，多個國際組織和國家制定了多項航空運輸系統(tǒng)規(guī)劃，旨在構(gòu)建更安全、更有效率、更加靈活、更可持續(xù)的新一代航空運輸系統(tǒng)[2]。國際民航組織制定了全球空中航行計劃，發(fā)布并持續(xù)更新航空系統(tǒng)組塊升級計劃。國際航空運輸協(xié)會持續(xù)致力于利用新技術(shù)改進航空服務(wù)，并聯(lián)合國際機場協(xié)會推出了“新技術(shù)催生旅行新體驗”項目。美國實施新一代航空運輸系統(tǒng)，提出了航空戰(zhàn)略實施計劃。歐盟及其相關(guān)機構(gòu)提出了歐洲空管總體規(guī)劃、2050+機場計劃、歐洲航空愿景（Flightpath 2050）、歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）人工智能發(fā)展路線圖等發(fā)展戰(zhàn)略。日本、新加坡等國家也在積極行動，加快民航業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

從國內(nèi)發(fā)展情況看，黨的十九大作出了建設(shè)交通強國、數(shù)字中國的戰(zhàn)略部署，同時國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十四五”規(guī)劃綱要專篇布局數(shù)字中國建設(shè)，明確提出了建設(shè)智慧民航任務(wù)。民航局印發(fā)了《推動新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)五年行動方案》《四型機場建設(shè)行動綱要（2020—2035年）》《中國民航新一代航空寬帶通信技術(shù)路線圖》《機場無人駕駛設(shè)備應(yīng)用路線圖（2021—2025年）》等，由政策引領(lǐng)數(shù)字化機務(wù)運營監(jiān)管、全流程自助、無紙化出行以及差異化安檢積極推進。智慧民航建設(shè)內(nèi)涵不斷豐富，格局不斷拓展，成效不斷擴大，以智慧民航建設(shè)推動民航高質(zhì)量發(fā)展的氛圍已經(jīng)形成[3]。

1.2 相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況

1.2.1 5G技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展

當前，以5G、人工智能等為代表的新一代信息通信技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展階段。多種創(chuàng)新技術(shù)的融合應(yīng)用，加速推進了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。我國5G產(chǎn)業(yè)無論是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、技術(shù)研究還是在相關(guān)應(yīng)用場景的探索方面都處于全球領(lǐng)先地位，已完成超過160萬個5G基站建設(shè)，在全國所有地市、縣城、城區(qū)和92%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)實現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，打造了貫穿系統(tǒng)、芯片、模組以及終端等在內(nèi)的完整5G產(chǎn)業(yè)鏈，進一步夯實了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。5G典型應(yīng)用場景已經(jīng)覆蓋了國民經(jīng)濟97個大類中的40個，并在醫(yī)療、礦山、港口等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用。2022年6月9日，在匈牙利召開的第3代合作項目無線接入網(wǎng)絡(luò)（The 3rd Generation Partnership Project Wireless Access Network，3GPP RAN）第96次會議上，宣布5G R17標準凍結(jié)，標志著5G的第3個版本標準正式完成。5G商用性能的提升、新特性的引入和新方向探索，使網(wǎng)絡(luò)性能、業(yè)務(wù)支持和終端接入方面得到了進一步優(yōu)化和增強，為5G應(yīng)用于更多場景提供了更加強大的支撐[4]。

1.2.2 邊緣計算

邊緣計算是一種距離數(shù)據(jù)來源更近的云計算形式，雖然本質(zhì)上是云計算的一種形式，但在計算位置上與傳統(tǒng)云計算有很大不同。傳統(tǒng)云計算的計算位置離云端越近，計算資源和計算能力越強，但通信時延也會隨之增高。而邊緣計算處于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭和云計算之間的位置，既可以為設(shè)備和應(yīng)用保障計算能力，又能夠降低數(shù)據(jù)傳輸時延。移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）是一種由通信運營商主導的典型邊緣計算形式，通過在基站側(cè)部署計算設(shè)備，為用戶提供便捷的計算服務(wù)，并拓展業(yè)務(wù)維度。同時，MEC會在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)提供數(shù)據(jù)計算和邊緣智能服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)對敏捷連接、實時交互、隱私保護等的訴求。利用5G的低時延、高可靠以及高隔離性的傳輸能力，結(jié)合高性能邊緣云資源，實現(xiàn)用戶側(cè)應(yīng)用就近部署，提供數(shù)據(jù)本地分析和處理能力，外加網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）能力的全面開放，共同為垂直行業(yè)的創(chuàng)新提供了無限可能，給企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型注入動力[5]。5G專網(wǎng)與MEC部署架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G專網(wǎng)與MEC部署架構(gòu)

1.2.3 AR技術(shù)

AR技術(shù)是一種將虛擬世界信息和真實世界進行融合的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于多媒體視頻、三維仿真建模、物體實時追蹤與注冊、感知與傳感等領(lǐng)域。AR技術(shù)將計算機生成的文字、圖像、三維模型、音視頻等數(shù)字化的虛擬信息進行仿真處理后，與現(xiàn)實世界中的真實元素信息融合，多種信息互相補充，以“增強”真實世界感知和體驗。隨著AR技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用領(lǐng)域和場景也越來越廣泛，為工業(yè)制造、教育、培訓以及醫(yī)療等行業(yè)帶來了數(shù)字化和智能化的提升。

2 5G+AR技術(shù)在民航領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

新一輪的技術(shù)革命推進了全球民航業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與發(fā)展，從生產(chǎn)運行到服務(wù)營銷，從技術(shù)保障到安全監(jiān)管，都更加強調(diào)以智慧和創(chuàng)新為轉(zhuǎn)型和發(fā)展的主題。文章研究和探索的主要方向為利用創(chuàng)新技術(shù)提升民航運輸企業(yè)在安全保障、效率優(yōu)化和差異化服務(wù)方面的能力。

2.1 機務(wù)維修場景

航空器的檢修維護對標準化流程執(zhí)行和人員技能要求較高。在實際運營管理中，存在專業(yè)人員培訓培養(yǎng)成本高、檢修操作標準化跟蹤難、復雜故障檢修效率低等問題。通過多視角高清音視頻協(xié)作、3D數(shù)據(jù)展示和AI輔助識別等技術(shù)，可以很好地解決專業(yè)人員培訓、實際檢修操作中的痛點。基于5G大帶寬的特性，前端AR設(shè)備可以采用2K甚至更高分辨率的圖像采集模塊?，F(xiàn)場的第一視角畫面及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以通過5G專網(wǎng)高速傳輸至機場區(qū)域的邊緣云節(jié)點，由部署在邊緣云上的AI應(yīng)用提供各類數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，使后臺人員可以實時看到、聽到甚至感受到前端現(xiàn)場的真實作業(yè)狀況，從而更好地指導一線人員處理故障。此外，使用遠程凍屏標注和技術(shù)資料前端投屏等方式，可以進行高效指導和培訓。這樣的方案既能保障民航作業(yè)數(shù)據(jù)安全的高安全性，又能滿足在智能化分析和AI應(yīng)用方面的低時延需求。現(xiàn)階段，民航領(lǐng)域該技術(shù)在標準化操作方面提升了約15%的合格率，節(jié)省近10%的人員培養(yǎng)成本。

2.2 貨物監(jiān)裝監(jiān)卸場景

民航客機和貨機貨物的監(jiān)裝監(jiān)卸執(zhí)行過程中，由于工作環(huán)境比較復雜，在貨物監(jiān)裝監(jiān)卸的驗收核準環(huán)節(jié)，當前的對講機+紙質(zhì)簽收單方式局限性很大，受天氣和現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的影響較為明顯，使得實現(xiàn)電子化驗收流程成為該場景下的迫切需求。在安全與效率方面，要根據(jù)航班乘客數(shù)量與位置計算運載貨物的重量、位置、配置重心，并檢查貨柜的位置是否和要求一致、貨柜的地錨是否鎖緊、地板是否有雜物等作業(yè)細節(jié)。傳統(tǒng)方式是通過人力堆疊的方式實現(xiàn)貨物裝卸，成本高、效率低且監(jiān)裝監(jiān)卸效率還會影響航班效率，最終影響航司收益。通過5G賦能的AR遠程協(xié)作應(yīng)用能實現(xiàn)線上線下一體，直接同步監(jiān)督現(xiàn)場作業(yè)人員的工作。現(xiàn)場操作人員通過可穿戴設(shè)備與后臺協(xié)作，實現(xiàn)后臺監(jiān)管人員同時進行多個航班的監(jiān)裝監(jiān)卸工作和電子化的驗收。在保證安全可靠的前提下，監(jiān)管人員無須轉(zhuǎn)場，提高了人員利用率和作業(yè)效率?，F(xiàn)階段，民航領(lǐng)域借助5G+AR遠程協(xié)作應(yīng)用，能夠提升4.2%的貨物監(jiān)裝監(jiān)卸作業(yè)效率，相當于平均每個月能夠提升一個班次的航班運力，為民航企業(yè)運營帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

2.3 特殊旅客服務(wù)場景

5G+AR遠程協(xié)作應(yīng)用在滿足航空公司生產(chǎn)保障等部門的需求之外，還能為航空公司提供差異化的客戶服務(wù)。以無成人陪伴兒童乘機為例，實際場景中主要需求點是家長希望能夠通過信息化手段實時跟蹤和查看孩子的狀態(tài)，同時航空公司需要通過技術(shù)手段確定特殊旅客陪護人員的服務(wù)細節(jié)，以便考核和留證。5G+AR遠程協(xié)作服務(wù)的應(yīng)用能夠滿足上述兩方的需求。通過5G專用網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)既能滿足高清視頻數(shù)據(jù)交互對帶寬吞吐量和速率的要求，又可以很好地保障數(shù)據(jù)安全，避免個人信息泄露。應(yīng)用模式的創(chuàng)新不僅可以提升遠程協(xié)作平臺的價值利用率，還可以給航司為旅客個性化服務(wù)方面提供更多的可選擇性。

3 未來應(yīng)用發(fā)展展望

隨著創(chuàng)新技術(shù)的進一步發(fā)展和完善以及多元技術(shù)的融合協(xié)同進一步提升，在民航領(lǐng)域內(nèi)5G、AR、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用場景得到了進一步擴充和深化。例如：借助5G+GVI無人機實時傳輸并分析大量高清圖片，實現(xiàn)對飛行器機身表面檢查，減少了檢測機體表面和結(jié)構(gòu)損傷所需的時間和勞動力，消除了高空檢查時技術(shù)人員的安全隱患，提高了繞機檢查效率及檢查標準；5G+VR機務(wù)培訓通過建立A320、B747等飛機機型外觀的3D模型和起落架輪艙、貨艙等內(nèi)部可視部位的3D模型，結(jié)合缺陷案例，實現(xiàn)了繞機檢查培訓和考核；5G+AI智能孔探錄像識別，通過發(fā)動機孔探錄像智能識別系統(tǒng)、人工智能算法，分析學習已有孔探數(shù)據(jù)和飛機機輪輪胎檢查AMM標準，從而自動識別視頻中部件存在的損傷，準確定位孔探錄像中渦輪葉片燒蝕缺陷，提升了孔探錄像審核效率，減少了漏判，降低了機隊運行成本，提高了安全性。通過更多場景下的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，能夠為中國民航業(yè)的智慧化發(fā)展賦能。

4 結(jié) 論

文章探索和研究了面向民航領(lǐng)域個別數(shù)字化轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新應(yīng)用場景。伴隨著科技創(chuàng)新變革和新應(yīng)用模式的不斷成熟，相信將來智慧民航領(lǐng)域必將實現(xiàn)以數(shù)字化和智慧化驅(qū)動的全面高質(zhì)量發(fā)展，進一步以立足區(qū)域、引領(lǐng)全國、輻射全球的宏觀愿景謀民航未來的發(fā)展，將民航未來發(fā)展融入國家“交通強國”發(fā)展戰(zhàn)略，形成中國民航領(lǐng)先世界的航空數(shù)字化標準，從而在民航應(yīng)用領(lǐng)域樹立我國自己的鮮明旗幟。