人工智能技術在航空領域的應用分析
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摘 要：隨著航空事業的不斷發展，對航空領域的技術水平要求以及航空器任務性能需求不斷提升，人們希望航空領域技術更加智能化，以滿足人們多方面的需求。人工智能技術的應用正在幫助人們實現這個夢想。本文結合實例，簡要介紹并分析了人工智能在航空領域的應用情況，并對未來人工智能技術的應用進行了展望。
關鍵詞：航空領域 人工智能 智能化應用
中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0007-03
人工智能技術在近幾年發展迅猛，已成為了火爆全球的熱點。人工智能技術能夠通過深度學習和大數據分析等方法高效地解決問題，更方便人們的生活，已經在許多領域得到了廣泛應用。當然，航空領域也已大量使用了人工智能技術。航空技術作為高精尖技術的代表，涉及大量的數據分析和運算，需要各個系統之間的精密配合，因此也就更需要人工智能技術的輔助。
1 人工智能在戰機上的應用
現代戰爭講究的是各種體系的配合以及多元一體的打擊，戰機在現代戰爭中扮演著不可或缺的重要角色。無論任何戰爭，能否依靠戰斗機或殲擊機取得制空權都是戰爭成敗的關鍵。隨著人工智能技術的發展，許多國家開始在各種戰機中使用人工智能，輔助其更好地掌控戰場。
美國作為全球戰斗機技術的引領者，已經廣泛地在戰機上使用了人工智能。美國空軍發言人表示：“美國空軍已使用了600多種人工智能技術，以面對各式各樣的任務。美空軍目前正在加快速度，大規模利用人工智能技術加固網絡、改進武器系統和轉變B-2轟炸機、F-15戰斗機和F-35戰斗機等大型作戰平臺的功能。
F-35戰機上的一個名為自主后勤信息系統的計算機系統（ALIS）就是人工智能的應用。可以說自主后勤信息系統是F-35機隊的管理工具和信息骨干，利用人工智能，它能夠極大的加快大數據整合，準確的掌握飛機的使用情況。該系統通過整合分析數據來對飛機進行檢測和評估，及時發現飛機出現的問題并通知維修部門，使得資源管理更加優化，飛機檢修時間降低，飛機出勤率得到提高。
F-35戰機的發動機——普惠F-135發動機的健康管理系統就融入了自主后勤信息系統。通過使用ALIS計算機，可以向維修人員傳送回發動機的運行狀況，方便發動機的檢修。從此F-35發動機的后勤檢修就告別了依靠手動檢修的時代，降低了美軍在檢修方面的花費。除此之外，自主后勤信息系統還可以幫助飛行員組織情報和做出決策。它可將獲取的信息通過一塊屏幕呈現給飛行員，無需大量的人為干預，可以緩解飛行員的認知負荷。
在未來的戰機中，人工智能技術將得到更加廣泛的應用。未來戰機將人工智能技術用于控制附近的機載武器和無人機僚機。F-35戰機將采用分布式孔徑系統，結合360度的傳感器組件與飛機上的光電目標定位系統，使得戰斗機飛行員能夠在座艙里控制一小群在附近飛行的無人機，指派無人機執行檢測、偵查和目標定位任務。因此，戰機飛行員就可以在執行任務時使用更多的武器、物資、傳感器和目標定位技術，大大增加作戰效能、任務范圍和靈活性。并且，無人機也可以在戰斗機之前飛入有著嚴密防空網的空域去摸清敵人的防空系統，這樣能夠大大減少飛行員遭遇的危險。在未來，隨著人工智能技術和計算機技術的進步，戰機飛行員甚至可以一個人控制多達100架無人機，大大提高作戰的效率和成功率。美第五代戰機將獲得控制無人機的人工智能。
2 人工智能在無人機領域的應用
無人機是近幾年來大火的新熱點，它憑借體積小，操縱簡單，功能強大的優點，獲得了民間和軍方的一致青睞。如今隨著無人機的使用越來越廣泛，人們開始在無人機上使用人工智能技術，使其如虎添翼。
自從20世紀90年代起，無人機技術便開始進入軍事領域。無人機在阿富汗戰爭、敘利亞戰爭等實戰中大放光彩，特別是在搜集情報，監視偵查等方面作用明顯。人工智能在無人機領域的發展，使得無人機能夠在復雜、對抗的環境中作戰。無人機沒有生理和心理上的限制，并且機動能力強，可以達到幾十個g的過載。未來大量應用高度自主人工智能的無人機，將會自主的完成觀察，判斷，決策，行動，成為未來空戰的主要參與者[1]。
民用領域，人工智能無人機同樣扮演著重要的角色。它可以幫人們進行地理測繪、物流運輸、電力巡線、農業除蟲等工作。在物流運輸方面，人工智能無人機可以幫物流人員解決配送的“最后一公里”問題?？爝f員可以將貨物裝進無人機的貨柜，并在手機上輸入收貨地址，確認無誤后無人機將會起飛飛往指定位置的快遞柜，隨后無人機再自主回到物流中心。這樣的配送流程簡單快捷，可以降低人工成本，能輕松實現一人控制數十個無人機配送數十件快件，大大提高了配送的效率。
同樣的，人工智能無人機也可應用到外賣行業。外賣配送和快件配送基本上沒有差別，但外賣配送需要準確的將外賣送到買家手中，而不是單純放到貨柜里。這就需要人工智能無人機增加人臉識別技術。當買家下單后，無人機就可帶著外賣來到指定位置，通過人臉識別技術識別出買家，這樣就可以提高外賣配送的速度，使買家快速品嘗到美味。
利用人工智能無人機特有的優勢，可在地理測繪和設施巡檢等方面發揮無可替代的作用。在地理測繪時，無人機比有人機對環境的污染更少，并且起降方便，能夠實時傳回數據和圖像。它體積小、靈活機動的特點也能使它更好地承擔起這份工作。同樣的依靠人工智能無人機的巡視，可以使原先長距離且復雜的巡視工作變得簡單。無人機巡檢是代替人工巡檢的一個重要方式，尤其是在山區或河流等處，地形復雜，人類難以到達，無人機就可派上大用場。例如架在山間的輸電塔，每一座鐵塔之間有幾百米的距離，且山區起伏的地勢可以讓一個人走幾百米的路途，耗費數十分鐘甚至數個小時。這樣不僅效率低下，并且可能檢查得不夠全面，造成安全隱患。這就需要人工智能無人機，通過合理的路線規劃設定，來依次對每一個巡查點進行巡查，并利用人工智能技術進行智能檢測分析，排查出隱患，大大降低了維修成本。 人工智能無人機還可應用在演藝領域，帶給我們視覺上的盛宴。利用人工智能技術，無人機可以編隊組合進行飛行表演、攝影攝像等。2018年央視春晚，在珠海分會場的港珠澳大橋上，無人機燈光秀吸引了億萬觀眾的眼球。無人機群通過人工智能技術，獲得屬于自己的三維坐標，每一架無人機的飛行軌跡、速度、燈光亮度和閃爍頻率都經過精密的計算，自動排列組合，變幻出一個一個炫酷的圖形，有條不紊，整齊劃一，令人驚嘆不已。
3 人工智能在航空制造和測試上的應用
人工智能在飛機制造上的應用，目的是減少制造時間，降低成本，提高飛機質量。美國空軍萊特宇航實驗室就研究了一個“智能式”的加工工作平臺和機器人，使各種各樣的制造作業自動化進行。同樣的美國霍尼韋爾公司和馬丁瑪麗埃塔公司也都有相應的研究成果。前者研制了一種視覺和力操縱實時結合在一起的技術，而后者研制了一個基于知識庫的規劃器，這個規劃器為制造系統創造了聯機編程功能[2]。
航空測試技術在近幾年發展迅速，它是一個綜合性的技術門類。在航空技術日新月異的今天，許多技術的成熟都依靠著航空測試技術的發展，航空測試技術被廣泛應用到航空方面的社會生產和科學研究中。
2016年，榮獲了中國智能科學界最高獎的“先知”平臺，使人工智能系統的搭建難度大大降低，幫助不同企業在零基礎的情況下擁有人工智能技術，為人工智能技術在航空測試上的垂直應用奠定了堅實的基礎?！跋戎逼脚_提供了一套完整的機器學習系統，有多個模塊組成，把整個機器學習的過程作為一個整體來看待，做到了各模塊的深度融合。同時“先知”提供了一個數據箱，里面也擁有著各種邏輯算法。這使得使用者不僅保證了自己的數據不被泄露，還避免了使用者直接去處理各種各樣的數據文件[3]。
4 人工智能在航空其它領域的應用
4.1 在空中交通管理中的應用
人工智能技術在空中管理中的應用，主要依靠人工智能輔助性數據和決策性系統實現?？罩薪煌ü芾硎歉鶕庀髼l件、航路結構、航空區域容量等限制條件進行航空資源的合理統籌規劃，促使航空資源的合理配置，使航班運營更流暢更有效率。
人工智能系統引入后，可以自主預測天氣、航班流量、限流建議以及發出超容警告，為飛機的起飛、平飛、降落提供了有力的保障，同時也減少了地面工作人員的工作量，提高了效率。對于天氣情況不佳的時期，航路繁忙的時期，人工智能技術通過大量的數據分析，可以對航班進行合理排序，合理安排起飛時間。若航班確實需要延誤，人工智能技術還可以模擬航班延誤的損失情況，對其進行合理化的延誤建議。
憑借人工智能技術，飛機飛行沖突的問題也可得到很好的解決。人工智能系統可以通過搜集分析數據，進行沖突預測。通過對沖突概率的計算，為飛機選擇合適的航路和合適的高度。最后方案的選擇，需要依靠人工智能系統中的最短路徑算法和偏好路由算法，進行計算并對方案進行推理選擇。這就需要計算機系統自主收集推理信息，建立飛行沖突處置預案庫。同時，空中交通管理人員也需要在平時維護好信息庫，并對信息庫及時更新。如果系統學習有偏差，可以通過人工矯正，以保證其能夠正常運行，并對潛在的航空問題及時處理[4]。
4.2 在飛行控制方面的應用
隨著現代航空飛行控制技術的快速發展，人工智能技術在航空飛行控制方面得到了廣泛的應用，兩個技術的深入融合已經成為了一種趨勢。從具體實現形式來說，在飛行控制方面應用人工智能，一方面可以對駕駛員的行為進行判斷甄別，對駕駛員的不正當操作進行糾正；另一方面人工智能系統還可以自主進行決策，在駕駛員駕駛時起到輔助甚至替代作用。
20世紀90年代，為保證飛機在受損情況下安全返航，NASA已經開始研究控制率重構技術。通過對驗證機的多次試驗表明，對于舵面磨損、效能不足等情況，采取人工智能技術能夠得以有效解決，使飛行安全得以保證。
9.11事件以來，許多航空發達國家便開始著手于自動避撞技術的研制。這一技術可以在駕駛員做出危險舉動，對防撞系統不予理睬或意圖進入禁飛區的情況下，及時奪取飛機操控權。如果飛行員的操作使情況過于嚴重，系統將會直接對駕駛員操作權限進行限制，必要時可根據系統判斷對可能發生的撞擊進行規避。
同樣的，2014年，美國空軍研究實驗室、洛克希德·馬丁公司和NASA聯合研究了地面防撞系統，如今已應用到了F-16機隊。該系統可以利用數字式的海拔數據庫，將F-16飛機的飛行軌跡與地面的海拔數據比較，如果距地較近，將會發出警報，使駕駛員意識到危險。若駕駛員未能做出反應，系統將接管飛機駕駛，執行規避程序來保護飛行員和戰機。這項技術使用以來，已經成功化解了兩次F-16的撞地危機，為美國空軍做出了突出貢獻[5]。
5 結語
本文講述了人工智能在航空領域的應用，具體是在戰機、無人機、航空制造和測試、空中交通管理和飛行控制方面的應用。應用了人工智能技術的系統，工作效率得到了質的飛躍，大大增加了工作的可靠性、便利性。人工智能技術在航空領域的應用前景十分廣闊，在未來，隨著人工智能技術的智能化水平和安全性的不斷提升，人工工作負荷將會進一步減輕，人工失誤造成的事故也會進一步減少。人工智能技術通過自主學習和智能化控制，助力了航空事業大發展，在人類航空史上將留下濃墨重彩的一筆。
參考文獻
[1] 車繼波.人工智能在無人作戰飛機上的應用與展望[J].電訊技術，2018，58（7）：859-864.
[2] 周訓文.人工智能及其專家系統在航空航天測控中應用[J].測控技術，1991（3）：10-13.
[3] 趙巖.人工智能技術在航空測試領域的垂直應用[A].2017年（第三屆）中國航空科學技術大會論文集（上冊）[C].中國航空學會，2017.
[4] 吳青.探究人工智能技術在空中交通管理中的應用[J].智庫時代，2018（49）：172-173.
[5] 王偉鋼，丁團結，楚曉東.智能化航空飛行控制技術的發展[J].飛行力學，2017，35（3）：1-5.
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