中国民航大学教授 冯霞（张哈斯巴根/摄）

 

走向航空未来：智慧机场发展研究与思考

中国民航大学教授 冯霞：非常高兴有机会跟大家分享，我今天是第一位来自行业院校的嘉宾，所以很荣幸能在此分享我们院校的一些思考。我主要从四个方面向大家汇报。首先是航空未来发展的愿景。

当前，全球优先事项正在不断演变，物联网、人工智能等颠覆性新技术持续发展变化，未来几十年，旅行以及人们的出行方式都将发生巨大变革。机场作为航空旅行的起点和终点，既是航空业变革的重要推动力，自身也将经历深刻转型。行业普遍认为，到2050年，实现近零排放、人工智能等颠覆性技术的创新与应用、多式联运概念的落地、劳动力结构的演变以及乘客体验的变革，这五大趋势将深刻影响航空的未来愿景。

美国NASA在描述2050年航空业自治化转型时指出，旅客将能灵活选择出行时间与地点，门到门的出行时间大幅缩短，空域中的航空器数量将达到今天的数千倍，新型航空应用大幅增加，各类航空旅行高度安全，整体实现碳中和。实际上，我们已经看到航空业正朝这个方向发展。

从未来机场来看，它将呈现这样的业态：安检将更多转变为传感通道，从物理领域转向数字领域，通过对旅客进行大数据分析来识别潜在危险。系统将从关注旅客是否具备攻击能力，转向研判其是否具有攻击意图。届时，数字身份和永久旅行令牌将广泛应用，旅客可以自行决定透露哪些身份信息，隐私数据仅能由政府通过自动协作系统使用。旅行手续将分散办理，人员、行李和货物均配备专门标签，实现全旅程、跨交通方式的实时自动信息跟踪。行李无需与旅客同步，所有海关查验手续可在出行前完成。机场将成为大型的飞行停车与乘车中心，提供包括公务机、高端旅行产品及空中出租车在内的广泛交通选择。

未来旅客出行时，更多会从家或酒店直接通过APP自动预订全旅程服务，车辆将旅客直接送至专属微型航站楼，借助数字身份与生物特征识别技术完成登机前流程，许多服务将由机器人提供。2050年的个性化出行体验将表现为无感安检，旅客无需经历身体接触，采用数字身份与永久旅行令牌。旅行步骤被分段处理，机场运行将越来越准时。空中出租车将成为更高效的机场往返交通工具，行业包括机场和航司将动态生成场景依赖的个性化产品。旅客可以随时随地以最短等待时间出行，如同今天在地面使用滴滴打车一样便捷，同时隐私将得到有效保护。这是我们关于航空未来愿景的展望。

接下来，我们分享一下要实现这样的愿景，最大的技术驱动力是什么？自治运行（也有称为自主运行或智慧运行）是实现航空未来愿景的必由之路。

这里所说的“自治”，主要指借助机器智能管理庞大复杂的航空系统，通过全系统运营规划、高带宽传感、实时规划、实时配置和实时控制，实现对变化的实时响应，从而达成航空未来愿景。

航空自治系统的概念非常广泛。一方面，包括自动驾驶车辆、无人机和飞机；另一方面，也包括在少人或无人干预下，自动执行复杂空中交通管制任务或机场飞行区运行管控应用的智能系统。因此，自治系统在航空领域是一个涵盖广泛的概念。

机场场面自治运行是航空自治系统的重要组成部分，其关键特点在于，它一方面连接着超高密度、超大流量的空域系统，另一方面连接着地面运输系统，是ATM网络中最关键且易拥堵的节点。对场面自治运行的研究可直接借鉴自动驾驶领域的研究基础，其成果也为更广泛的ATM系统实现自治运行奠定基础。

机场场面自治运行的核心概念包括：各类无人驾驶航空器与车辆混合运行、多传感器数据实时交互、场面运行的航空器与车辆既各自独立又相互协同，飞机的接入、接桥、推出等流程自动完成。车辆间的避让准则与移动优先级将综合考虑近离港航班计划，系统实时处理数据，实现最优地面轨迹，支持协同连续运行，有效避免跑道入侵和碰撞。人类更多承担监督、诊断与控制场面协同运行的角色，并具备随时接管智能系统的能力。

美国NASA在描述场面自治运行时提供了一张示意图，展示了系统自动给出最优资源配置与地面轨迹，廊桥对接、飞机入位及车辆运动均由自动驾驶车辆完成，车辆互联、自治、零排放，作业过程自动连续。这正是场面自治运行的体现。

从今天各位嘉宾的报告中，我们也看到了这一趋势。在此背景下，机场信息系统正朝着云化、老化及人机融合的方向发展，正如很多嘉宾提到的云计算、人工智能应用及人机协同决策。为实现自治运行，我们认为数字孪生是一项非常重要的智能技术。未来机场的新架构、新流程、新规则、新组件和新算法，必须借助数字孪生技术在数字世界中进行推演和进化。这也是我们科研的重点方向。

未来机场系统的新特征将呈现人、机、物融合的泛在计算状态，更多通过软件定义方法和高可信智能，实现物理世界与数字世界全系统一体化的资源优化配置。

了解了未来机场自治运行的愿景后，我们来看看世界各国政府、机场及产品商在做什么？

智慧机场的发展动态。首先，我们讲自治运行不光是机场，还包括空管。英国政府启动了名为“蓝鸟计划”的AI管制员项目，旨在打造能实际掌控空域扇区的全球AI系统，包括构建空域数字孪生，开发能执行空管任务的AI智能体。

在自主飞行方面，美国的NASA他们是启动了一个先进的空中交通系统这样的一个计划。同时测试新型飞行汽车的安全性，包括波音和空客这样的公司也高度重视全自主飞机的研发，空客公司其实在20年前曾经验证了一个自主滑行起飞和着陆的项目，它是一次非常成功的，涵盖了从推出机位到再次着陆，实现门到门全自动飞行概念的一个验证。

关于机场的自治运行，荷兰的史基浦集团它走得非常靠前，推出了自主公测行动计划，要到2050年实现全自主运营和可持续的机场，所有的车辆相互连接，自动驾驶、无排放，所有地勤相关流都是自动化，它这里边最重要的技术基础，一个是自动驾驶的地勤作业车辆，智能的交通管理系统和数据驱动和预测分析。

在自治运行这样的一个愿景下，荷兰政府也资助史基浦机场一个光明天空项目，这里边重点研究的就是多类型的作业车辆车队的协同管理管控以及可靠的自动化行李处理，还有行李的优先等级识别和风险。当然各种车辆的供应商也在积极地研发一些自动驾驶的地勤设备，包括刚刚有嘉宾也讲过货运的牵引车，还有飞机牵引车等等，世界各地在做一些测试。

我也给大家分享一下现在在做的一些测试，比如说史基浦机场，他们测的是机组的接驳车，主要是一个概念验证，验证了在机坪环境中自动驾驶接驳车的技术可行性和人员接受性以及跟运营的整合。樟宜机场行李牵引车的测试是分两个阶段的，2A阶段它主要是测试车辆在不同环境下的运行表现。最新启动的2B阶段，它已经开始测试车队的通行能力，实现集中的调度和监控，确保宽体机过站的保障效率。

迪拜的机场它走得就更靠前一点，它已经纳入了空测的日常运营，他的行李牵引车其实已经得到了当地的民航管理机构的监管批准，我们国家也有，但是美兰机场不在空测。内蒙古机场他们是廊桥的集中监控是实现了多个机场、多桥集控、集中联控，包括包头、通辽、呼伦贝尔和乌兰浩特机场。在一个中央控制室就可以同时控制多家机场的廊桥的自动对接。

现在看到的案例都是一些零散的部署，规模化的AI部署还面临多重挑战。

一个就是AI自身技术它的黑盒性，它的泛化性不足，我们的行业是一个安全要求特别高的行业，我们怎么放心把一些安全关键的决策交给一个黑盒的。我们不了解可解释性的AI。

另外还有网络安全的挑战，也有嘉宾讲过了，还有我们更多的不信任一个机器开的车，信任人驾驶的车，最重要的是一个监管的挑战，给行业监管带来了包括AI的安全性，AI的可信任性、AI的能力等等的挑战。

AI在航空航天的应用的监管其实是不断发展的领域，这里面美国的FAA也推出了人工智能安全保障路线图，强调要实现AI的安全行业的合作和渐进式实施的必要性。欧洲安全局也推出了人工智能路线图，把AI的应用分为三个阶段，第一个阶段是机器辅助人，第二个阶段人机协作实际上就是单一飞行员，第三个阶段是完全自主，但是现在的实施计划是落后于它的规划的。

另外关于机场场面自治运行，特别是自动驾驶车辆在场面的运行， FAA也是在积极地引导，通过机场认证推动试点，关注安全逐步演进这样的一些方式来推进。

最后时间非常短，我也想跟大家介绍一下我们民航大学在做的一些事情，因为我们知道机场的未来在哪里，我们也知道我们的使命，所以我们组建了民航的重点实验室，一个叫民航智慧机场理论和系统重点实验室，关注的是机场的智慧涌现。

另外一个就是我们也看到了AI在行业应用的一些问题，我们关注可信的AI行业应用和民航自主运行，以及民航AI系统的算法可信、架构先进、系统可靠，还有信创安全这样的一些问题，我们也成立了天津市的重点实验室。在民航大学有很多优秀的老师、研究生和博士生都在从事着相关的研究。

在这里，我也真诚邀请大家，我们也愿意为在座的企业奉献我们自己的智慧和能力，谢谢大家。