飛機的「黑色十分鐘」能被人工智能消滅嗎？—— 華爲雲 ModelArts 在空管領域的實踐應用丨HDC.Cloud 2021

近年來，「AI的應用和落地」逐漸成了具化的關鍵詞，它和不少事物不少行業結合在一塊兒，造成了奇妙的「化學反應」。例如，在平常生活中，AI能夠推送咱們喜歡的新聞或視頻，能夠在拍照的時候識別場景提高照片的美感…….

今天要說的，是跟不少人的生活密切相關但同時也很「神祕」的職業：機場塔臺空中交通管制。空中交通管制的目的是防止航空器與障礙物相撞，維持空中交通的秩序。傳統的空中交通管制是有一幫「空中交警」去指揮，然而，這羣「交警」指揮飛機容不得半點差錯，時常要面臨說錯一句話就會引起不安全事件甚至是飛行事故。他們若是喝酒、熬夜、生氣…是不能上崗的。這項高度依賴人工的職業，是否能依靠先進的技術讓其更智能化呢？

上海麥圖信息科技有限公司，藉助華爲雲ModelArts一站式AI開發平臺，開發出智能塔臺中的航空器識別AI模型，應用於跑道防侵入和機坪防衝突等運行安全守護場景，並將於2021年4月24日-26日在深圳舉辦的華爲開發者大會2021（Cloud）（簡稱HDC.Cloud 2021）上與開發者們見面。

AI 給了我一雙「慧眼」

在機場的每一架飛機起飛或者着陸，從飛機推離停機位到離開機場空域，或相反的降落過程當中，背後都須要依靠多名管制員之間的接力和協做。飛機起降的間隔很是短暫且風險大，有着「黑色十分鐘」之說。管制員也被稱爲是飛行員背後的「眼睛」，對於他們的要求是很是嚴苛的，須要超長時間集中注意力，尤爲在航班密集的時候，管制員須要在極短的時間內對複雜的狀況，作出正確判斷，這也讓管制員們擔負着極大的壓力。對於普通乘客來講，這可能只是一次普通的空中之旅，但對於管制員來講，每一次飛機起停都伴隨着重大責任。

中國已成爲全球最大單一航空市場，後疫情時代，中國也將會是全球最安穩的航空市場。然而隨着飛機起降架次的增多、機場擴建改造再加上惡劣天氣的影響，跑道侵入或機坪衝突事件還是民航領域航空器地面安全運行的頭等問題，機坪和跑道安全事故在民用航空事故中佔有很大的比例。對於大型機場的塔臺而言，單點視野物理受限，數字化程度提高的同時，客觀上形成屏幕變多、信息量變大等挑戰，對管制員提出了更高的要求，同時也讓管制員承擔了愈來愈重的崗位負荷，人的主觀能動性當然很強，但長時間專一會產生疲勞，難以維持面面俱到。

聚焦在智能航空領域、專一於人工智能技術和應用研發的上海麥圖信息科技有限公司提出了「人力有時而窮，可引AI而用之」的理念針對民航管制運行的特色，總結出了安全運行的四大要素「聽、看、防、練」，但願在雲上可彈性擴展的算力和AI賦能加持下，可以把管制員們從傳統信息獲取手段形成的高負荷狀態中解脫出來，並在關鍵場景中可以直接給出超前、明確的提醒，從而減小失誤出錯的機率。

爲了達成上述目標，麥圖公司依託華爲雲EI的技術支持，研發了DSASR語音識別引擎和AIGIS空間定位引擎，讓機器具有了可以聽得懂管制指令、看得見航空器動態、理解運行規則的本領，可以在「聽看防+練」3+1模式的智能塔臺系列產品中，對多個具體場景進行賦能，從態勢感知、軌跡預判、規則分析和培訓演練等多個環節，爲機坪/塔臺管制運行安全和崗位培訓等業務領域提供強大助力。

「咱們想經過無線電語音去了解飛機的動向，經過視頻去捕捉飛機的動態，再結合運行規則來提早發現事故徵候。具體落實到產品中就是由DSASR推理出指令意圖並標記出預測路徑後，再由AIGIS把飛機從視頻中識別出來以後，計算它的位置和速度，計算兩個或多個飛機之間的運動軌跡是否會有時空近似交疊、是否有違反運動規則或涉及航行通告禁區等，再根據其餘的關聯數據進行認證，確保飛機之間不會發生碰撞、不會誤入禁區，一旦有疑似症候，也能夠提早預知並向當班管制員提出警示。」麥圖項目總監徐擎陽對筆者說。

華爲雲ModelArts平臺賦能模型開發

理想有多美好，現實就有多骨感。衆所周知，人工智能包括了訓練和推理兩個階段，只有先訓練出人工智能模型才能進行推理。麥圖面臨的挑戰是，項目開發團隊基本是專一在軟件應用開發和數據分析層面的，對於計算機視覺技術方面的研究並不深。2018年，項目團隊也開始嘗試過不少場景，「當時是兩個問題制約了咱們，一是視頻的清晰度不夠，當時高清視頻攝像機尚未普及。二是沒有好的AI開發平臺，算力和工具都不夠。到了今年，4K攝像機也開始普及了，訓練工具ModelArts也有了，這個事情就能夠作了。」

徐擎陽說，華爲雲ModelArts提供了全流程的AI開發與管理平臺，在很大程度上下降了麥圖科技進入視頻AI領域的門檻，「若是沒有ModelArts，在準備訓練前，須要本身買設備，去開源社區裏面找這方面的技術，學習構建和配置環境；在訓練的過程當中，要涉及到設備維護、性能調優，以及標定工具的開發等等。這個過程是會很是漫長和繁雜的，咱們在管制語音識別的產品AI核心開發過程當中已經體會過一遍，過程很是痛苦，代價很是大。」

對於麥圖來講，ModelArts帶來的效率提高的價值顯而易見：「初版模型開發，從標定到訓練，到最後給客戶作演示，只花了三天時間。若是用傳統的方法作，可能連服務器的快遞都寄不到。」

徐擎陽介紹說，在這個系統中，「光電盯防子系統」是一個重要的實時核心，它須要具有較完整的「基於視頻流的航空器目標識別和跟蹤」能力。經過將機場平面各個關鍵點採集到的實時視頻流送入基於華爲雲ModelArts一站式AI開發與管理平臺開發的「航空器識別模型」進行處理，識別出畫面中飛行器對象的像素座標等一次參數後，對其進行空間位置換算，以及包括速度、運行方向等在內的二次參數的計算，並在系統運行數據中找到相匹配的航班信息對目標進行信息標記，以AR信息加強的形式呈如今監視器上，讓管制員以「擡頭顯示」的形式在單一屏幕中直觀瞭解到足夠全面的動態信息。同時該系統會在後臺對全部目標的軌跡和矢量動態數據進行監控和推算，讓計算機可以代替或輔助管制人員在全局範圍對每個航班、每個道口進行實時盯防，提早預知潛在運行風險，從而下降事故發生的機率。

此模型單幀主要目標識別準確率能夠逼近96%，多幀識別中主要目標識別結果可在99%以上。目前，麥圖正在嘗試Mask-RCNN模型，將座標輸出精度提高至像素級，實現更精確的航空器識別和位置計算。

做爲華爲ICT基礎設施業務面向全球開發者的年度盛會，華爲開發者大會2021（Cloud）將於2021年4月24日56-26日在深圳舉行。本屆大會以#每個開發者都了不得#爲主題，將匯聚業界大咖、華爲科學家、頂級技術專家、天才少年和衆多開發者，共同探討和分享雲、計算、人工智能等最新ICT技術在行業的深度創新和應用。智能時代，每個開發者都在創造勇往直前的奔騰時代。世界有你，了不得！

瞭解大會詳細信息，請點擊：https://developer.huaweicloud...