航空公司运行控制系统如何实现人工智能?

航旅新零售 航旅新零售 李好义 2020-10-29 10:33:39

智能化的运行控制系统将助力航空公司在未来发展中占有领先地位。

人工智能AI(Artificial Intelligent)分为两个部分:人工和智能。人工智能是研究使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考和规划等)的学科。人工智能技术已经成为我们生活中非常重要的一部分:人工智能决定了我们的搜索结果,将我们的声音转化为计算机指令,甚至可以帮助我们对复杂的问题进行分类。在接下来的几年里,我们将用人工智能驾驶汽车,回应顾客的询问,以及处理其他无数事情。2016年3月,人工智能又达到了一座里程碑——谷歌的AlphaGo击败了围棋九段李世石。这也使更多人看到人工智能技术可以应用在各个领域,用以提高效率,降低人力成本。

航空公司的运行控制系统是保障航班生产安全、提高航班运行效率、保证航班运行顺畅的重要系统。随着航空公司运行规模的不断扩大,公司机队不断增长,运行环境变化复杂,原有的运行控制系统将逐渐不能满足航班公司发展的需要,在运行控制系统中引入人工智能因素是必然的趋势。通过人工智能技术可以使运行控制系统提高效率,节省人力成本的同时,可以减少运行保障过程中差错,进一步提高航空公司的安全运行水平,减少运行决策时间,在众多可选方案中迅速确定最适宜的方案。以下是笔者在航班公司运行控制系统中引入人工智能技术的几个思考。

一、 运行控制系统在航空公司的作用

运行控制系统在航空公司主要发挥着以下方面的作用:航班计划管理—航班中长期计划管理和短期计划管理,按照航班时刻表形成中长期航班计划,对近期计划进行检查核对后对外发布执行。航班签派放行—根据民航规章、行业规则、公司手册要求等对航班运行过程中所涉及的人、机、料、法、环进行规则检查和风险评估与控制,使航班符合运行过程中的各种规章、手册要求,同时确保航班运行过程中可能遇到的风险处于可以接受水平,最终确认航班运行的安全。航班动态的监控—获取航班运行过程中飞机的4D轨迹信息(时间、高度、经度、纬度)、航班运行所涉及机场信息、航行通告、天气数据、飞机运行状态信息、旅客信息等对航班进行监视和控制,及时发现航班运行不正常状况和可能存在的引起航班运行不正常的因素。航班不正常管理和应急管理—在航班运行过程中遇到天气、流量控制、机场保障、飞机故障等多种影响航班不能按照计划有序执行的情况下,对航班运行过程中出现的不正常情况进行及时处理,消除或降低不正常对航班的影响,尽可能将航班恢复到航班运行计划中。在无法将航班恢复到航班计划状态时,对后续计划进行及时调整,根据当前各项因素迅速生成或做出新的航班计划,让旅客得以正常出行。

二、在航空公司运行控制系统实现人工智能

1. 制定标准化航班运行保障流程

每一个航空公司的航班运行保障过程必须符合民航规章、公司手册、签派员的操作流程,航空公司的运行控制系统中实现人工智能同样也必须符合民航规章、公司手册、签派员操作流程。因此在航空公司运行控制系统实现人工智能技术时,就必须建立完整的标准航班保障流程。此航班保障流程必须在深入分析规章手册的基础上,涵盖每一个运行保障过程中的细节。

在建立标准的运行保障流程时,应结合航空公司的运行特点,不同的航空公司因为运行区域不同,运行范围不同,公司发展策略不同,在航班运行保障过程中都有各自的特点。为满足公司运行需要就应将各种运行特点全部细化为标准工作流程。例如运行过程中使用HUD运行,则应在航班放行过程中做好机载HUD设备评估步骤,机组HUD资质审核工作,对应在相应具有HUD运行标准的机场发送FPL报文时可以进行HUD运行标准的标注。同理在机载HUD设备办理MEL保留或机组近期经历无法达到HUD运行要求、机场不具有HUD运行标准时,运行控制系统在放行航班时应能使用常规ILS等着陆标准,并以显著、不可忽略的提醒或确认方式提示告知放行签派员。

标准的航班运行保障流程在制定时,一定要人性化。航班运行保障过程中涉及到的流程很多,但并不是每一个航班都涉及到全部的工作流程。航空公司的运行控制系统在人工智能过程中人的参与是必不可少的,在某个航班不涉及的部分工作流程中就可以将此部分完全由系统评估过滤掉,减轻对签派员的干扰。这就需要将系统流程模块化,每个流程中选取显著的关键特征,将此关键特征做为某个航班保障是否需要此流程模块的判断依据。航空公司在运行洲际航线时,一定会使用二次放行、ETOPS运行或极地运行,对于大多数航班公司来说,洲际航线在公司航班总量当中只占极少一部分。那么在航班放行工作流程当中二次放行、ETOPS运行和极地运行就可以设计成单独的模块,在航班放行过程中由系统判断国际航班、航程距离、航线涉及情报区等特征判断是否需要运行二次放行、ETOPS运行和极地运行等流程模块。

2. 运行信息数据化

航空公司的运行控制系统中涉及机场信息、跑道信息、飞机数据、航线数据、航行通告、机组信息、气象信息等各种各样的运行信息。在传统运行控制系统中,各类运行来源于不同分系统,运行控制系统对信息处理的定义为收集和整理信息,运行人员在航班运行过程中需要不断去收集汇总信息,信息以文字、简字简码、数值等多种形式存在,信息的处理主要是由运行人员人工解读。

人工智能运行控制系统的更大作用在于计算机程序识别和判断各类信息,并给出方向性的引导。计算机程序人工智能的实现程度取决于信息处理水平的高低。相对于识别和判断文本型的数据信息,计算机程序对数值型、布尔型、枚举型等简单数据类型的识别和判断更加准确和快速。在规范程度方面,数值型、布尔型、枚举型数据也更加规范和便于后期大数据分析的整理和统计。因此将运行信息数据化是实现运行控制系统人工智能的基础,也是运行控制系统从传统化向人工智能化迈进的必不可少的步骤。

在运行信息数据化的工作中需要将运行信息分解为多个字段,以便于足够清晰地识别整条运行信息,在智能化程序中充分发挥此运行信息的全部作用。例如一条机场天气报文(METAR ZBAA 290530Z 04003MPS 350V090 CAVOK 30/09 Q1009 NOSIG=)在目前的运行控制系统中一条气象报文只是以几个信息字段存在,用以识别报文所处机场、报文类型、报文时间。用于为涉及机场收集报文信息,具体细节由运行人员进行解析和识读。在智能运行控制系统中则应将此报文分解为多个信息字段数据,由系统使用分解后的数据参与到航班放行与监控的计算当中。


附表1:报文分解举例

3. 结合已有系统成果保障航班运行

航空公司目前的运行控制系统多是由多个系统组成,每个系统实现着航班计划管理、航班放行、航班监控、航班调整等不同的作用,建立人工智能的运行控制系统可以利用现有系统的成果。2015年民航局为帮助航空公司进行有效的风险管控,完善风险防范机制,发挥运行控制在航空公司风险管控中的核心作用,颁布了咨询通告《航空承运人运行控制风险管控系统实施指南》AC-FS-121-2015-125。目前各航空公司均已按照民航局咨询通告要求建立了运行风险管控系统。对每个航班进行了风险分析。人工智能的运行控制系统可以以风险管控系统中风险评估结果为参考,对于气象、航路、机场、飞机、机组等方面对影响航班运行安全的危险源采用与运行风险管控系统统一的分解标准。这样既可以减少系统建设的成本和工作量,同时又便于降低后续系统整合的难度。在人工智能的运行控制系统建设过程中,可以从风险评估结果中风险系数较低的航班开始执行、验证人工智能运行控制系统成熟程度,逐步过渡到全部航班。

4. 将运行人员的思维转变为逻辑判断

人工智能AI是让计算机能够按照人的策略进行选择并执行。其中人的策略应该明确地被表述出来,做为特征被计算机识别。在我们常用的智能软件中都存在着强烈的智能策略。例如在百度地图的导航功能中,距离最近、时间最少、费用最低等都是做为智能策略被计算机识别加以计算。那么在人工智能运行控制系统中,运行人员在日常航班放行过程中选择备降场、识读天气报文、判断机场运行标准的方法就应做为人工智能运行控制系统的智能策略被计算机识读,并做为计算的标准。

以在为航班是否选择起飞备降场为例。运行人员在航班放行过程中选择起飞备降场首先判断起飞机场的天气是否满足起飞机场的着陆标准,如果起飞机场天气不满足着陆标准,则需要选择起飞备降场;起飞备降场的要求是满足距离和天气达到备降标准。在智能运行控制系统中则可以将已经分解成数据的天气与同样分解为数据的机场运行标准逐项做为对比计算,在对比计算过程中加以判断逻辑,如果天气满足标准则不需要选择起飞备降场,继续执行航班放行过程中的后续流程,否则进行选择起飞备降场的标准化流程。在选择起飞备降场的标准化流程中,以飞机一发失效后静风一小时巡航距离为基准,对比起飞机场与相邻机场的航路距离来划定起飞机场选择范围。再次使用选定范围内机场天气与机场运行标准对比。如果多个符合起飞备降标准的机场,可以使用该机场量化的公司保障效果信息、机场使用频率等综合计算,最终选择一个起飞备降机场。

三、 人工智能应用带来的问题

1. 运行人员能力的弱化

目前运行人员面对复杂的运行环境需要牢记规章手册的规定,不断锻炼识读天气报文和航行通告的能力,飞机发生故障后,运行人员需要翻阅飞机的MEL/CDL手册,进行性能分析和结合运行限制评估航班运行。航空公司的运行控制系统人工智能化后,运行控制系统将承担大量原运行人员承担的工作量。在系统可靠稳定的情况下,运行人员直接查阅系统的计算结果或者系统根据计算结果触发的告警运行航班。运行人员的技能在长时间不使用的情况下会逐渐弱化。

虽然系统开发人员采用设置备份服务器、加强排查系统BUG、在系统升级前建立标准测试程序等方式来减少系统宕机情况发生。但因系统宕机情况而影响航空公司运行的情况还是时有发生。近年来,几乎所有大型航空公司都曾遇到过计算机网络故障。在美国联合航空将其IT系统与大陆航空并到一起之后,曾出现过几次系统宕机问题,最近的一次发生在2015年。美国航空在2015年也遇到过系统崩溃问题。2016年7月,美国西南航空耗时数天,才从一起因为路由器故障导致的系统崩溃事件中缓过气来。2016年8月8日, 美国达美航空其IT系统因断电而瘫痪,达美被迫取消或推迟数百趟航班。2017年5月正值英国公共假期出行高峰期,英国航空公司(British Airways)的IT系统发生严重故障,多班航班受影响延误,取消了从伦敦希思罗机场和伦敦盖特威克机场起飞的大批航班。大面积航班延误超过48小时。航空公司因为对业务切换接管的实时性要求太高,在核心系统的容灾及业务可用建设领域并没有找到很好的解决方案。

现阶段航空公司运行控制系统发生宕机后,只能恢复到运行人员人工进行航班计划管理、放行航班等操作。运行人员工作能力将不能满足航空公司高速运行的要求,最终影响公司的整体运行。

2. 运行责任的归属

CCAR121-R5《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》第121.531条国内、国际定期载客运行的运行控制责任明确规定:(a)合格证持有人应当对运行控制负责。(b)机长和飞行签派员应当对飞行的计划、延迟和签派或者放行是否遵守涉及民航管理的规章和合格证持有人的运行规范共同负责。

航空公司的运行控制系统人工智能化后,航班运行中的大部分工作主要由系统承担,但航班运行控制的责任不可以落在系统上。因此依据现行规章,运行控制系统对航班进行智能计算、处理后,需要生成航班运行报告文件,在航班运行报告中详细记录所用系统数据,最终由运行人员检查确认后,履行运行控制职责后进行航班运行。

3. 运行人员训练模式的改变

现阶段航空公司的运行人员主要以签派员为主,在《民用航空飞行签派员执照管理规则》中对签派员的训练要求主要集中在航空规章及相关文件、气象学、导航、航空器 、通信、空中交通管制 、紧急非正常程序 、签派实践应用、签派资源管理等领域的技术类培训。缺少对系统使用、计算机系统应用等方面的技能类培训。

运行控制系统人工智能化后,运行控制系统作为一个整体系统融合了各个领域的专业知识,同时又具有计算机系统独有的特点,因此需要运行人员对计算机知识有一定的了解。解决这一问题有效方式是更改运行人员的培训模式。将运行人员的培训由一个个专项训练更改为综合训练,在综合训练中融合各个专项训练的知识点,按照系统工作流程模块化训练,将系统应用技能整合在其中。

结语

智能系统是未来计算机系统发展方向,运行控制在航空公司的整个运行中处于核心地位,是航空公司运行的神经中枢,建设人工智能的运行控制系统对于航空公司的运行有十分重要的意义。伴随着中国民航航班量的高速增长,智能化的运行控制系统将进一步提升实际运行中管理能力和对安全的控制能力,助力航空公司在未来发展中占有领先地位。

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