周贵荣：人工智能解决航空器深度自动化驾驶应用

2019年1月5日，由中国日报网和网易新闻共同主办的“2019影响力峰会——预见未来”在北京举办。

C919飞机型号副总设计师周贵荣在“预见科技未来”环节，发表了《大型客机航空电子系统及未来智能技术发展》的演讲。周贵荣为大家介绍了关于民用航空方面的技术，尤其是飞机背后的航空电子技术。

周贵荣表示，航空电子系统技术一直在发展和改进提升，在减小机组负担、提高自动化程度、增加容量、提高安全性、提高运行效率、提高维护性能有了很大的发展。

在谈到未来航空智能技术发展趋势上，周贵荣提出了一个值得关注的问题。他表示未来航空智能化应用上最大的一个需要突破的关键是智能化的确定性问题。

“就是它背后是怎么想的，如果智能化最后得出的结论，是我们不可预知的，那对于高安全领域的应用就会有非常高的风险，未来在智能化确定性和安全性问题解决以后，航空的自动化驾驶完全可以实现。”周贵荣表示。

以下为C919飞机型号副总设计师周贵荣演讲全文：

周贵荣：尊敬的各位嘉宾、各位朋友们，早上好，非常高兴今天能有机会参加网易组织的这次盛会，前面听了各位嘉宾的演讲和交流很有收获，刚才财经界人士的高层对话以及两位院士的演讲都非常吸引人，后面还有新文化、新人类、新知识方面的演讲交流，我感觉今天组织这样的跨界交流对大家开拓视野、碰撞出智慧火花是个非常好的机会和益处。

我今天要介绍的内容主要是有关航空方面的技术，平时大家常常乘坐飞机，今天我介绍的是一些我们作为乘客不太接触到的（飞机）背后的技术。主要是大型民用客机航空电子系统以及未来的发展趋势，主要是三个方面：

一、对于空域的理解，我用了一个词“天高任鸟飞”，听完以后大家可能就会知道天空中航路资源，它就像无线电频谱资源及其它资源一样，尽管好象看不见、摸不着，但实际上资源非常珍贵和紧张，并且要实现有效的管控，背后需要有大量的复杂技术支持。

二、介绍一下目前飞机上飞行员所使用和面对的背后的技术，主要介绍航空电子相关的重要功能及新技术发展。

三、未来的发展趋势，从行业相关专业的角度，提出我们对于未来发展趋势的预测和分析，达到今天跨界交流碰撞的目的。

这里有两张图，左边一张图是我国中东部地区的航路图，这张图是非常高层的但我们看到已非常复杂了，真正往下细分还有密密麻麻的航路管理、导航台频率、航线、航路点等大量的信息，非常复杂、精度要求非常高。我们传统上以为在空中可以随便飞，其实有非常严格和精确的交通管理体系和规则要求。

飞机在天上飞，需要地面有大量无线电通信导航系统、空中交通管理资源的支持，我们坐上飞机，感觉飞机起飞、航行、降落，各方面平稳有序，没有任何意外的情况发生，其实背后与我们民航行业大量的体系流程支持、严谨工作和严密管理是分不开，航空安全是个极有挑战性的领域。

右边的一张图是机场附近的航图，我们看到局部图上也同样分布有非常密集的航线、导航台、仪表着陆设备、等待区等不同的标识。还会有很多禁止飞行的区域，空域中有严格的区域划分，飞机在整个飞行过程中有程序要求不能随便飞行。

刚才是从上往下看（水平面）的航路图，如果从水平方向看，也有严格的高度分层，从2000英尺到48900英尺高度，规划了40多层，也就是说飞机必须在这些规定的高度层里飞行，同时飞机在飞行过程中要靠自己的传感器来知道并控制自己在相应的高度层和航路里飞行，如果一旦产生偏离超过误差要求而跑到别的航路或高度层就会产生事故，这个过程中有一整套严密的系统（包括地面和空中的体系）来保证。

从8900米到12500米国际民航组织专门划分出了一个RVSM区域，也就是说我们原来划分的高度层容量已经不够了，不能满足交通运输要求，所以专门拿出来一个高度区域内“缩小高度间隔”，把600米减到300米，把高度间隔进一步降低，而要实现这个目标必须由系统、传感器、控制精度等进一步提高才能满足安全性的要求。

由西往东飞和由东往西飞分到了间隔的不同高度层，在飞机的整个飞行过程中，相应的起飞、爬升、高度、航向、航路，到机场进近等，都有一套非常严密的程序控制。

刚才讲到的这些中大部分功能，都是由机上的电子系统和地面结合控制实现的，后面我介绍其中一些关于飞机上相关电子系统实现的知识点。

我们通常把机上航电系统比喻成大脑、五官以及神经网络系统，通过航电把飞机上的电子系统相互关联起来，同时实现和地面系统的通信和交连，以实现飞机的整体功能。飞机也是整个航空运输系统中的一个节点，大量的飞机与地面系统一起组成空中运输系统，以确保其高效运行。

从飞机角度来看，飞机的电子系统及信息传输与运行安全、运营经济性和运营效率都有关系，航路规划和导航系统等对于飞机节油以及运行效率是非常重要的。

另一个是气象条件，我们经常遇到气象原因等导致航班延误，随着系统能力的提升是可以改善的。

另外对于航班的运营，飞机的维护也是非常重要的，航班从早班机开始到晚上结束，机组人员会更换，但飞机会一直运行，如果由于维护影响造成时间上的耽误，对飞机的经济性影响会很大，所以电子系统在自检测和诊断方面会提升飞机的维护性能。

从飞机研制角度，首先是安全性，经济性是航空公司关注的，作为乘客关注舒适性，而环保性是所有人关注的。

实际上，整个航空机载系统行业一直在发展和改进提升，包括增加容量、提高安全性、提高运行效率等技术。

另外还有人机功效的领域是越来越受到关注的，常有这样的情况，飞机设计本身没有问题，但在飞行员使用时往往容易出现误操作而导致隐患或事故，主要原因是人为因素设计问题使得使用上的不方便，让人容易产生误导，所以人机功效的设计提到了重要的高度。通过设计达到安全运营的目的。

还有其它方面，包括显示、通信、导航，综合监视、综合处理、载信息与维护等方面。从系统、分系统到设备因时间关系不一一展开介绍了。其中的一些发展趋势：

飞机通信系统：对地通信由早期的通过超短波话音向数字化为主发展，很多与地面的指挥调度沟通向自动化过渡，传输的数据经飞行员确认后进入飞机的导航系统。

通信链路的趋势，也由传统的短波、超短波向新的卫星通信、空地高速数字无线通信发展，也就是说，飞机作为地面数字无线通信的一个节点直接接入网络。其带来的影响是：

1、乘客到了空中不再存在与地面无法联系的问题；

2、飞机上系统的使用/维护可以与地面的系统形成一体，飞机在空中可以作为地面的节点，对使用维护方式都会产生革命性变化。

机上显示系统：我们关注飞行员看那些信息、是怎么飞的，大致归纳有几个方面：一是飞行员通过仪表知道飞行的高度、速度、姿态、航向，这类“短周期数据”，飞行员需要持续监控并控制保持得非常好，以免影响飞机安全。另外发动机状态指示，通常把发动机比喻为“飞机的心脏”，还有各飞机系统的状态，需确保运行正常，如有异常情况要立刻处理。同时如果有异常情况机上系统会向飞行员告警，并自动提示飞行员哪里出了问题、怎么处置。

另外还有气象探测、防撞（飞机跟飞机之间）、近地告警、合成视景、视景增强系统等相关的新技术和提供的显示。

从下面的几张图中可以看到，包括飞机起降时机场附近的红外图像可以在夜间和低能见度情况下，清晰的看到外界景像；第二个是合成视景图像，可以不依赖外部景像通过导航数据和内部数据库直接生成，使飞行员全面了解地面的情况；第三个是显示给飞行员的地形告警相关的画面，如果有比飞机飞行高度更高的山峰，这些区域就会显示红色，相近高度的范围内会显示黄色，低高度的显示为绿色，这样飞行员在飞行的任何时候都能知道是否安全、那些是危险的区域需要注意回避。最右边一张图是飞机驾驶舱显示器信息显示的典型分布图。

民航客机电子系统已经发生了巨大变化，从早期的分立仪表到现在的综合显示技术发展非常快，最早飞机驾驶舱由五人组成并且工作负担非常重，发展到现在可以由两人驾驶，这些都是通过技术创新和自动化的提升实现的。

还有飞行管理系统，飞行全程中的导航、通过地面导航台对飞机自身定位，航路规划、

中间怎么飞行，都是通过飞管系统实现的。中国建立了自己的北斗卫星导航系统，以往高精度导航仅通过GPS实现，通过国际民航组织把北斗卫星导航加入到航空导航应用中，随着未来卫星导航系统的增加，以后飞机应用的导航精度、完整性等各方面会进一步提升，达到更高水平。

所需导航性能（RNP）技术的发展是高精度导航应用的一个重要里程碑，中国民航的飞机在2006年9月应用RNP技术成功的降落在林芝机场，这需要高精度的导航和控制这么高速度的飞机在复杂环境的山谷中穿行。

RNP技术的应用，使飞机在空中沿着类似虚拟的管道飞行，尽管没有地面上一样的道路约束，但飞机必须要控制在划定的区域内飞行，确保不能超出允许的范围。

综合监视系统，机上通过防撞系统（TCAS），飞机飞行时能看到旁边别的飞机是怎么飞的，在哪个地方，向自己来还是往其它方向，当可能出现碰撞时它会提醒飞行员应该如何操作、如何回避。

气象雷达探测，左边的气象雷达画面可以看到可能的强雷雨等红色区域（飞行时要回避的），飞行员通过这些显示的画面可以回避危险区域选择更安全的路径飞行。

“风切变”是影响航空安全的另一个重要因素，在飞机进近阶段，如果遇到强向下气流而没有及时发现并采取措施，就有可能导致飞机触地，现在飞机上装了反应型风切变和预测型风切变的探测功能，可以让飞行员提前采取措施，从而确保飞行安全。

随着飞机信息化水平的提升，飞机与地面系统的交互能力进一步加强，提高了系统的自动化程度，但同时需要高安全的网络安保措施进行保障。

后面谈一下对未来趋势发展的理解和体会。

首先是从系统发展的角度，自动化、集成化是发展的基本趋势，未来会从飞机系统、地面系统自身的集成提升，向整个运输系统相互间的集成化和自动化发展。在各自系统的集成达到一定程度以后，未来的发展是各个系统之间的自动交互与集成，包括航空运输系统中相关的空管、机场、航空公司、维修、燃油分配、票务等。

现在的出行与以前相比已有了很大的提升，已经很方便了，要改签，打个电话就行。到了未来，如果有变动提出来，后面可以有相关的一体化的全部解决方案。用户体验、运行的效率、运行的安全性都会有更大的提升。我相信未来的发展趋势会更便利。

随着将来空地互联能力的提升，飞机的网络化和智能化也会进一步提高，人机交互的新技术应用和使用便利性也会不断提升。

另外，未来会更关注全生命周期的成本，使用成本会占据很高的比重，所以关注重点不仅仅是产品的销售价格，使用维护会占到67%到72%的周期成本，从实际使用出发来进行系统的设计，包括传感技术、空地互联、大系统集成融合、健康管理和预测等方面会有进一步的发展。

为满足航空高安全性要求而发展起来的技术，随着技术成熟度的提升和成本的降低，对于相关有高可靠性、质量要求领域的应用，具有推广价值。

具有高完整性的高性能计算对于关键功能的智能化和性能的提升将会发挥重要作用，要确保飞机的安全性要求，在余度架构、容错机制和环境感知能力方面还会进一步发展。

从系统研发和技术发展的角度，标准化体系的完善对行业发展会起到积极的推动作用，新技术在成熟以后沉淀为标准固化下来，这样能有利于提升整体行业的水平，加快知识共享。

另外，模块化的形成可以减少研发成本、提高成熟度便于研发成功后的共享，便于站在巨人的肩膀上发展创新，形成高效的知识分享体系，减少同质化技术的重复投入，使更多的工程研发人员投入到创造性劳动中。

另一方面是工具技术的发展和创新，改变和减少依赖人工做事的方式，投入更多的人力研发和创造工具，让工具去做事，使未来的产品达到更高的质量一致性，未来工具领域的发展是非常重要的方向，工具也由最初的主要生产产品，发展到大量的设计分析过程工具，未来还会有更多的工具在创新过程中应用。向由人负责创新和研发工具，由工具完成各种工作的局面。

还有一个方向是大数据、数字双胞胎技术，国际上目前GE公司在航空发动机领域的研究取得了很多成果，也就是说一个实际交付产品背后会有一个相应配套的数据模型，实际物理产品的行为和健康状况，相应的模型可以预测模拟出来，这需要大量的高精度模型和试验积累支撑，应用效益是非常大的。未来人工智能的发展具有非常广阔的前景，目前的许多任务未来都可以由人工智能来承担，在航空领域智能化的发展会优先从故障检测、维护、告警提示等领域应用发展起来，随着技术的发展，会从局部参与到全面参与。

航线上常规的自动驾驶技术已在商业上成熟应用，未来在航空关键高安全领域的应用，主要是需要突破智能化中的确定性问题，确保应用的安全性在可控的范围内并且是可预知的，在此基础上，航空的高安全智能驾驶是可以实现的。

目前C919有三架机已经完成了首飞，去年12月28日在浦东国际机场已成功完成了103架机的首飞，后续还会有三架机陆续首飞和进入飞行试验，借此机会向各界对我们工作的关心和支持表示感谢！