民航客機無人駕駛系統 在商業飛行中的作用和意義
相對於尚處實驗階段的汽車無人駕駛技術,航空器無人駕駛技術已被廣泛應用于軍事領域。而隨著計算機網路技術、遠程遙感遙測控制技術、微波通信技術的發展進步,民航運輸機無人駕駛技術投入實際使用也已指日可待。
在軍事領域,無人駕駛系統的使用對各國軍兵種的戰略戰術已經產生了顛覆性的作用,而在民航領域,無人駕駛系統則將極大的改變航空公司的商業運行模式、人力資源利用模式和安全管理模式。
一、自動駕駛技術和無人駕駛技術已非常成熟且安全
由於飛行環境相對簡單,因此由機器控制的自動駕駛技術,其實很早就已被應用于飛行領域。1912年,美國SPERRY公司就已經推出了世界上第一套飛機自動駕駛系統。該系統可通過陀螺儀、氣壓高度計測定航向、姿態和飛行高度,然後根據這些數據通過液壓系統控制飛機的升降舵與方向舵。
1947年,美國C-54運輸機就具備了從起飛—著陸遠程跨洋航線的自動駕駛能力。而今天,以ILS(儀錶著陸)系統為代表的自動駕駛技術,已經可以讓飛機在極為複雜的機場環境下自動安全著陸。
今天,通過遠程人工操控的無人攻擊機、戰鬥機、偵察機、電子對抗機甚至運輸機正在被越來越多的應用于軍事領域。
與傳統有人駕駛飛機的飛行員在機艙內直接操控飛機不同,無人機駕駛員可以坐在距離其所駕駛的無人機幾千甚至幾萬公里外的地面操控中心駕駛台中遠程對飛機實施操控,由於操控人員自身不在飛機上,其在駕駛時的心理壓力遠要小於其在駕駛有人飛機時的水平,駕駛時相對更為冷靜和理智,同時,還可以通過安裝在飛機上的多個攝像頭切換飛行視角,操控視界相比傳統有人飛機要大的多,因此,總體的飛行作戰效能也遠高於傳統有人軍用機。
二、民航無人駕駛系統的混合運行模式
在軍用無人機上的所取得無人駕駛技術成功經驗,可以被非常便捷的移植到民用機上。從現有的技術角度來看,今天民用無人機的設計與製造已經沒有任何難度可言。
據了解: 一些民機公司已在民機無人駕駛系統上立項,且項目進展神速。可以預見的是,多則5年少則2年,無人駕駛民用航空器即可面世,而這種航空器,則能依託特殊的駕駛運行模式,極大的提升當前民航運輸業的運行效率和安全水平。
依託網路通信和計算機技術,遠程控制+飛機AI自動控制+網路大數據信息交互的混合運行模式,將是目前比較實用且技術難度極小的一種駕駛系統運行模式。
基於技術難度和成本角度考慮,民機無人駕駛系統在早期將以遠程飛行控制作為無人駕駛技術的主力技術。
即採用飛行員不在飛機上的駕駛模式。初期產品還可能在飛機上保留單人機組駕駛艙,以確保遠程控制系統失效時,可確保人工及時介入。但在這種無人駕駛運輸機上的飛行員其實主要工作已經不再是控制飛機,而主要是監控和觀察飛行狀態,並在極端情況下保障飛行安全。
與傳統民用運輸機不同的是,裝載無人駕駛系統的民機,其機身的發動機、液壓電傳操控系統以及其他各個系統均會被加裝多個數據感測器和高清網路攝像頭以及AI人工智慧輔助決策系統,以幫助無人機駕駛員更好的遠程操控飛機。
與軍用無人機駕駛系統類似,在操控這種無人機時,飛行機組將通過航空公司的遠程飛行操控平台對飛機進行遠程操控。在未來,航空公司將把其全部飛行員都集中在某個地面控制中心之內,集中操控飛行在世界各地上空的幾千架飛機。
與軍用無人機一個機組專門負責一架無人機的駕駛模式不同,民機無人駕駛系統則講採用具有專業分工的流水線分段操控模式。
舉例而言:某日,某航空公司從虹橋機場起飛的A320型飛機會有60班,依託無人駕駛系統,航空公司會根據航班起飛時刻,只安排1-2組飛行員遠程操控這些相同的機型起飛;而當具體的某架A330飛機爬升到巡航高度後,該飛機的控制權就會被另一個專門負責上海空域巡航的遠程機組所接管,當飛機飛行到另一空域時,則再由該空域的遠程機組接管控制,此後飛機的下降高度、進近、降落和場內滑行、靠橋每個運行階段都會由專門的機組進行遠程控制。
而當遇到風切變、雷暴、高高原機場著陸、二類盲降、單發失效、鳥撞等特殊情況時,被納入信息網路且周身裝有大量信息感測器的無人民航機的操控權則將會在第一時間自動被切換給專門的特情機組來進行遠程操控,而在高空巡航、場內滑行等運行階段,飛機的控制權責會由機上AI人工智慧自動操控系統和航空公司的運行控制中心大數據網路計算機來共同控制。
三、民機無人駕駛系統在提升飛行效率和降低人力資源成本方面的作用與意義
由於採用了流水線分段操控的模式,航空公司在為飛機配備飛行員時就完全沒有必要每架飛機都配備一套甚至兩套(遠程跨洋航班)機組人員。
舉例來說:按某航空公司有200架A330飛機,分散於全世界50個機場為例,即便是在某個極端高峰時段,需要同時起飛50架飛機,那麼其所需要的飛行員數量最多也只需要100人。而在此前機組人數則要最少也要400人,而這還未計算遠程跨洋航線的雙機組備份人員的數量。
此外,由於飛機的操控是分階段進行的,如前面所述的高空巡航等階段,就完全是交給飛機的自動駕駛系統或地面遠程計算機來完成的,而無需人為控制,直到機上感測器感應到突然情況時,系統才會告警並切換到遠程人工控制模式。
因此,在實際人員數量上,飛行員的數量其實要相對更少而飛行員的疲勞度也將大幅度降低。
另一方面,這種只需要操控某個飛行階段而無需操控飛行全程的運行模式也大大降低了飛行員的准入門檻,操控飛機的人員無需像今天的飛行員那樣要全面學習各種複雜的飛行技術,而只需要掌握某一特定類型的飛行操控技術,即可滿足實際駕駛需求。
這樣,培養一名飛行員的時間將大幅度縮短,培養費用也將隨之降低。同時,飛行員的運行分工也將變得更為細緻,未來,也許飛行員將不再被稱為飛行員而被分別冠以飛機起飛操作員、降落操作員、巡航控制員以及各種飛行特情處置員的稱謂。而當前困擾無數航空公司的「飛行員荒」問題,也就將迎刃而解。
四、民機無人駕駛系統在提升航空安全方面的作用與意義
專業的飛行分工不但能夠有效提升飛行效率、降低人力資源成本,還將有效提升飛行安全裕度。
以專門負責某高高原機場降落的降落操作員組為例,由於他每天會大量的重複操控同一機型在同一機場的降落程序,那麼他就會對該機型以及該機場的各種飛行情況了如指掌,而操控水平也會因操控次數在短時間大量重複而快速提升。
與其類似的是,風切變特情處置員、雷暴處置員由於一直在某個機場或空域進行飛行操控,也會對該機型和當地空域的天氣狀況爛熟於心,這樣,飛機操控者再處置那些以前看起來非常危險的特情時,都將變得輕而易舉,而流水線化的飛機操控模式,則將有效降低飛行人為差錯的出現,顯著提升航空安全水平。
五、民機無人駕駛系統在空域資源利用和航班密度提升方面的作用與意義
利用大數據、雲計算和飛行數據實時監控系統以及AI人工智慧技術,同一航空公司或不同航空公司的飛機還可以通過「航空器聯網」系統組成「機聯網」,完成許多有人駕駛不能完成的任務。
例如,在某一個空域,多架飛機可以在某個飛行高度層排列成比當前飛行間距小的多的密集編隊,同時保持最佳經濟航速巡航,統一對空域氣流、天氣、鳥群進行偵測和處理,而不再擔心控制危險接近與流量控制的問題。而在這種飛行模式下,空域利用效率、飛行油料成本控制水平和航班時刻量都會因此而發生革命性的提升。
事實上,移植于軍機的民機無人駕駛系統已毫無技術難度可言,但它的真正投入實用則更需要各國民航管理部門、飛機製造商以及航空公司的通力配合,一旦在法律上民機無人駕駛系統得以通過,那麼世界民航業則將再次發生革命性的變革。
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