人工智能技术在航空领域的应用分析

作者:未知

  摘 要:随着航空事业的不断发展,对航空领域的技术水平要求以及航空器任务性能需求不断提升,人们希望航空领域技术更加智能化,以满足人们多方面的需求。人工智能技术的应用正在帮助人们实现这个梦想。本文结合实例,简要介绍并分析了人工智能在航空领域的应用情况,并对未来人工智能技术的应用进行了展望。
  关键词:航空领域 人工智能 智能化应用
  中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2019)03(c)-0007-03
  人工智能技术在近几年发展迅猛,已成为了火爆全球的热点。人工智能技术能够通过深度学习和大数据分析等方法高效地解决问题,更方便人们的生活,已经在许多领域得到了广泛应用。当然,航空领域也已大量使用了人工智能技术。航空技术作为高精尖技术的代表,涉及大量的数据分析和运算,需要各个系统之间的精密配合,因此也就更需要人工智能技术的辅助。
  1 人工智能在战机上的应用
  现代战争讲究的是各种体系的配合以及多元一体的打击,战机在现代战争中扮演着不可或缺的重要角色。无论任何战争,能否依靠战斗机或歼击机取得制空权都是战争成败的关键。随着人工智能技术的发展,许多国家开始在各种战机中使用人工智能,辅助其更好地掌控战场。
  美国作为全球战斗机技术的引领者,已经广泛地在战机上使用了人工智能。美国空军发言人表示:“美国空军已使用了600多种人工智能技术,以面对各式各样的任务。美空军目前正在加快速度,大规模利用人工智能技术加固网络、改进武器系统和转变B-2轰炸机、F-15战斗机和F-35战斗机等大型作战平台的功能。
  F-35战机上的一个名为自主后勤信息系统的计算机系统(ALIS)就是人工智能的应用。可以说自主后勤信息系统是F-35机队的管理工具和信息骨干,利用人工智能,它能够极大的加快大数据整合,准确的掌握飞机的使用情况。该系统通过整合分析数据来对飞机进行检测和评估,及时发现飞机出现的问题并通知维修部门,使得资源管理更加优化,飞机检修时间降低,飞机出勤率得到提高。
  F-35战机的发动机——普惠F-135发动机的健康管理系统就融入了自主后勤信息系统。通过使用ALIS计算机,可以向维修人员传送回发动机的运行状况,方便发动机的检修。从此F-35发动机的后勤检修就告别了依靠手动检修的时代,降低了美军在检修方面的花费。除此之外,自主后勤信息系统还可以帮助飞行员组织情报和做出决策。它可将获取的信息通过一块屏幕呈现给飞行员,无需大量的人为干预,可以缓解飞行员的认知负荷。
  在未来的战机中,人工智能技术将得到更加广泛的应用。未来战机将人工智能技术用于控制附近的机载武器和无人机僚机。F-35战机将采用分布式孔径系统,结合360度的传感器组件与飞机上的光电目标定位系统,使得战斗机飞行员能够在座舱里控制一小群在附近飞行的无人机,指派无人机执行检测、侦查和目标定位任务。因此,战机飞行员就可以在执行任务时使用更多的武器、物资、传感器和目标定位技术,大大增加作战效能、任务范围和灵活性。并且,无人机也可以在战斗机之前飞入有著严密防空网的空域去摸清敌人的防空系统,这样能够大大减少飞行员遭遇的危险。在未来,随着人工智能技术和计算机技术的进步,战机飞行员甚至可以一个人控制多达100架无人机,大大提高作战的效率和成功率。美第五代战机将获得控制无人机的人工智能。
  2 人工智能在无人机领域的应用
  无人机是近几年来大火的新热点,它凭借体积小,操纵简单,功能强大的优点,获得了民间和军方的一致青睐。如今随着无人机的使用越来越广泛,人们开始在无人机上使用人工智能技术,使其如虎添翼。
  自从20世纪90年代起,无人机技术便开始进入军事领域。无人机在阿富汗战争、叙利亚战争等实战中大放光彩,特别是在搜集情报,监视侦查等方面作用明显。人工智能在无人机领域的发展,使得无人机能够在复杂、对抗的环境中作战。无人机没有生理和心理上的限制,并且机动能力强,可以达到几十个g的过载。未来大量应用高度自主人工智能的无人机,将会自主的完成观察,判断,决策,行动,成为未来空战的主要参与者[1]。
  民用领域,人工智能无人机同样扮演着重要的角色。它可以帮人们进行地理测绘、物流运输、电力巡线、农业除虫等工作。在物流运输方面,人工智能无人机可以帮物流人员解决配送的“最后一公里”问题。快递员可以将货物装进无人机的货柜,并在手机上输入收货地址,确认无误后无人机将会起飞飞往指定位置的快递柜,随后无人机再自主回到物流中心。这样的配送流程简单快捷,可以降低人工成本,能轻松实现一人控制数十个无人机配送数十件快件,大大提高了配送的效率。
  同样的,人工智能无人机也可应用到外卖行业。外卖配送和快件配送基本上没有差别,但外卖配送需要准确的将外卖送到买家手中,而不是单纯放到货柜里。这就需要人工智能无人机增加人脸识别技术。当买家下单后,无人机就可带着外卖来到指定位置,通过人脸识别技术识别出买家,这样就可以提高外卖配送的速度,使买家快速品尝到美味。
  利用人工智能无人机特有的优势,可在地理测绘和设施巡检等方面发挥无可替代的作用。在地理测绘时,无人机比有人机对环境的污染更少,并且起降方便,能够实时传回数据和图像。它体积小、灵活机动的特点也能使它更好地承担起这份工作。同样的依靠人工智能无人机的巡视,可以使原先长距离且复杂的巡视工作变得简单。无人机巡检是代替人工巡检的一个重要方式,尤其是在山区或河流等处,地形复杂,人类难以到达,无人机就可派上大用场。例如架在山间的输电塔,每一座铁塔之间有几百米的距离,且山区起伏的地势可以让一个人走几百米的路途,耗费数十分钟甚至数个小时。这样不仅效率低下,并且可能检查得不够全面,造成安全隐患。这就需要人工智能无人机,通过合理的路线规划设定,来依次对每一个巡查点进行巡查,并利用人工智能技术进行智能检测分析,排查出隐患,大大降低了维修成本。   人工智能无人机还可应用在演艺领域,带给我们视觉上的盛宴。利用人工智能技术,无人机可以编队组合进行飞行表演、摄影摄像等。2018年央视春晚,在珠海分会场的港珠澳大桥上,无人机灯光秀吸引了亿万观众的眼球。无人机群通过人工智能技术,获得属于自己的三维坐标,每一架无人机的飞行轨迹、速度、灯光亮度和闪烁频率都经过精密的计算,自动排列组合,变幻出一个一个炫酷的图形,有条不紊,整齐划一,令人惊叹不已。
  3 人工智能在航空制造和测试上的应用
  人工智能在飞机制造上的应用,目的是减少制造时间,降低成本,提高飞机质量。美国空军莱特宇航实验室就研究了一个“智能式”的加工工作平台和机器人,使各种各样的制造作业自动化进行。同样的美国霍尼韦尔公司和马丁玛丽埃塔公司也都有相应的研究成果。前者研制了一种视觉和力操纵实时结合在一起的技术,而后者研制了一个基于知识库的规划器,这个规划器为制造系统创造了联机编程功能[2]。
  航空测试技术在近几年发展迅速,它是一个综合性的技术门类。在航空技术日新月异的今天,许多技术的成熟都依靠着航空测试技术的发展,航空测试技术被广泛应用到航空方面的社会生产和科学研究中。
  2016年,荣获了中国智能科学界最高奖的“先知”平台,使人工智能系统的搭建难度大大降低,帮助不同企业在零基础的情况下拥有人工智能技术,为人工智能技术在航空测试上的垂直应用奠定了坚实的基础。“先知”平台提供了一套完整的机器学习系统,有多个模块组成,把整个机器学习的过程作为一个整体来看待,做到了各模块的深度融合。同时“先知”提供了一个数据箱,里面也拥有着各种逻辑算法。这使得使用者不仅保证了自己的数据不被泄露,还避免了使用者直接去处理各种各样的数据文件[3]。
  4 人工智能在航空其它领域的应用
  4.1 在空中交通管理中的应用
  人工智能技术在空中管理中的应用,主要依靠人工智能辅助性数据和决策性系统实现。空中交通管理是根据气象条件、航路结构、航空区域容量等限制条件进行航空资源的合理统筹规划,促使航空资源的合理配置,使航班运营更流畅更有效率。
  人工智能系统引入后,可以自主预测天气、航班流量、限流建议以及发出超容警告,为飞机的起飞、平飞、降落提供了有力的保障,同时也减少了地面工作人员的工作量,提高了效率。对于天气情况不佳的时期,航路繁忙的时期,人工智能技术通过大量的数据分析,可以对航班进行合理排序,合理安排起飞时间。若航班确实需要延误,人工智能技术还可以模拟航班延误的损失情况,对其进行合理化的延误建议。
  凭借人工智能技术,飞机飞行冲突的问题也可得到很好的解决。人工智能系统可以通过搜集分析数据,进行冲突预测。通过对冲突概率的计算,为飞机选择合适的航路和合适的高度。最后方案的选择,需要依靠人工智能系统中的最短路径算法和偏好路由算法,进行计算并对方案进行推理选择。这就需要计算机系统自主收集推理信息,建立飞行冲突处置预案库。同时,空中交通管理人员也需要在平时维护好信息库,并对信息库及时更新。如果系统学习有偏差,可以通过人工矫正,以保证其能够正常运行,并对潜在的航空问题及时处理[4]。
  4.2 在飞行控制方面的应用
  随着现代航空飞行控制技术的快速发展,人工智能技术在航空飞行控制方面得到了广泛的应用,两个技术的深入融合已经成为了一种趋势。从具体实现形式来说,在飞行控制方面应用人工智能,一方面可以对驾驶员的行为进行判断甄别,对驾驶员的不正当操作进行纠正;另一方面人工智能系统还可以自主进行决策,在驾驶员驾驶时起到辅助甚至替代作用。
  20世纪90年代,为保证飞机在受损情况下安全返航,NASA已经开始研究控制率重构技术。通过对验证机的多次试验表明,对于舵面磨损、效能不足等情况,采取人工智能技术能够得以有效解决,使飞行安全得以保证。
  9.11事件以来,许多航空发达国家便开始着手于自动避撞技术的研制。这一技术可以在驾驶员做出危险举动,对防撞系统不予理睬或意图进入禁飞区的情况下,及时夺取飞机操控权。如果飞行员的操作使情况过于严重,系统将会直接对驾驶员操作权限进行限制,必要时可根据系统判断对可能发生的撞击进行规避。
  同样的,2014年,美国空军研究实验室、洛克希德·马丁公司和NASA联合研究了地面防撞系统,如今已应用到了F-16机队。该系统可以利用数字式的海拔数据库,将F-16飞机的飞行轨迹与地面的海拔数据比较,如果距地较近,将会发出警报,使驾驶员意识到危险。若驾驶员未能做出反应,系统将接管飞机驾驶,执行规避程序来保护飞行员和战机。这项技术使用以来,已经成功化解了两次F-16的撞地危机,为美国空军做出了突出贡献[5]。
  5 结语
  本文讲述了人工智能在航空领域的应用,具体是在战机、无人机、航空制造和测试、空中交通管理和飞行控制方面的应用。应用了人工智能技术的系统,工作效率得到了质的飞跃,大大增加了工作的可靠性、便利性。人工智能技术在航空领域的应用前景十分广阔,在未来,随着人工智能技术的智能化水平和安全性的不断提升,人工工作负荷将会进一步减轻,人工失误造成的事故也会进一步减少。人工智能技术通过自主学习和智能化控制,助力了航空事业大发展,在人类航空史上将留下浓墨重彩的一笔。
  参考文献
  [1] 车继波.人工智能在无人作战飞机上的应用与展望[J].電讯技术,2018,58(7):859-864.
  [2] 周训文.人工智能及其专家系统在航空航天测控中应用[J].测控技术,1991(3):10-13.
  [3] 赵岩.人工智能技术在航空测试领域的垂直应用[A].2017年(第三届)中国航空科学技术大会论文集(上册)[C].中国航空学会,2017.
  [4] 吴青.探究人工智能技术在空中交通管理中的应用[J].智库时代,2018(49):172-173.
  [5] 王伟钢,丁团结,楚晓东.智能化航空飞行控制技术的发展[J].飞行力学,2017,35(3):1-5.
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