高技术中心专家讲座,樊邦奎在介绍无人机控制系统发展历程时

2019年3月22日,高技术中心组织召开了本年度第一期“高技术中心专家讲座”,讲座由高技术中心刘敏主任主持,中心全体人员参加。本次讲座主题为“未来智能航空运输系统”,由北京航空航天大学电子信息工程学院张学军教授主讲。

2002年2月,NASA起草了一份新的航空蓝图(NASA AERONAUTICS
BLUEPRINT)勾勒了未来一段时间(2002-2025年)NASA航空发展方向。NASA在这一航空蓝图中概括了美国航空工业面临的四大挑战:运力、噪声/污染排放、安全、不断萎缩的知识人才,并概述了有助于解决目前航空工业存在的问题和创建具有高性能和潜在能力的航空新纪元的先进技术。这些先进技术主要集中在四个方面:·先进的新概念航空航天系统·性能显著改善的革命性飞行器·航空安全保障·确保航空领域的高水平人才资源1.
先进的新概念航空航天系统NASA认为美国现有的民用航空系统的能力无法满足需求,严重阻碍了民用航空的发展,主要表现在航线交通拥挤、受恶劣天气影响大、航班延时、导航能力差等。在这一蓝皮书中,NASA提出了解决这些问题的技术途径:
高精度气象预测发展先进的传感器技术,提高数据处理和信息传输能力;充分认识和掌握飞机尾涡流动机理,开发精确预测气象和有效控制尾涡的技术。
空中交通管理最优化技术建立国家统一管理政策,去消部门、机构之间的限制,采用分布式空中–地面交通管制,确保安全而有效的飞行航线,采用精确的天气预测数据和飞机定位系统;交互式监视系统和飞行目标调整措施;系统级空中交通量优化技术。
高吞吐量飞机场管理技术开发飞机抵达和离场以及机场停留的一体化数字管理技术,确保飞机无间隔起飞和着陆,有效使用和灵活调整停机坪空间;建立全天候情况了解和响应机制,开发合成视觉系统;开发新机场设计技术和使用模式,建设智能型跑道和滑行道,确保同时着陆和起飞;建立智能型无控制塔机场,自主式排序和调度。
通信、导航和监视系统网络化发展机载网络技术;提高网络通信安全性;开发遥控监视飞行器技术;采用卫星通信和监视,实现全球通信和监视能力,实时显示天气状况和其他危害性情况的座舱显示技术;开发数字化宽带通信设施。2.
性能显著改善的革命性飞行器NASA认为,”革命性飞行器”主要以降低噪声、减少飞机排放物、改善飞机安全性、增强飞机能力为目标,开发一体化机体-推进系统、智能推进装置、智能传感器、主动流动控制及噪声控制,以及先进的飞行器概念,以确保未来的飞机具有高速-远程-长航时能力、无噪声无污染飞行能力、短距起飞和着陆能力和智能飞行控制能力。并提出了实现这些能力的技术途径,即发展轻重量、高强度材料;开发主动流动控制技术以改善气动效率;设计燃油效率高、低排放的动力装置,例如分布式发动机、电子发动机、先进的燃料电池和高效率电机;发展具有”神经系统”和自适应结构的变形飞机。3.
航空安全保障在航空安全方面,NASA认为最大挑战是保护公众、乘客和机组人员不受伤害,且不会处于危险之中,保护飞机不受威胁,避免将航空系统用作恶意企图。其解决方案是在最小成本下最大程度地加强团队航空系统的安全性。一方面加固飞机及其部件系统、全程监控空中飞行、空管系统的监视和干预(包括机载飞行控制能力和地面控制的超控)、应用信息技术增强安全保障系统(包括登机前对乘客的安检及身份确认)。另一方面,开发设计事故和损伤容错能力强的飞机、开发精确飞行轨迹管理系统等。4.
确保航空领域的高水平人才资源NASA在2002年向国会提交一份题为”美国航空研究与技术面临的危机”报告中指出,国防部和NASA在航空研究与技术方面的投资10多年来持续下降,致使数万高技术人才离开航空行业。而且,自1990年以来,从事航空航天工程的人才水平相对降低,具有学士学历的人才仅有57%,具有硕士学历的人才不足39%。此外据美国航空航天工业未来委员会发布的一份报告透露,1996~2001年,由于航空运输领域(包括航空旅客服务、航空货运服务、航空快件服务和机场服务)的从业人员大幅增长,美国航空航天工业与民航业总的从业人员增长了13.82万人,达到了200万人。然而,”9.11″恐怖事件的发生使航空运输领域的从业人员大幅下降,据统计,不到两年的时间已削减9%的劳动力,致使美国的经济受到严重影响。并且,行业人员呈老龄化趋势,更多的年青人弃选航空工程领域作为职业,加上高技术人才的流失,将导致未来10年内航空工业人才的严重匮乏。为此,NASA在新的航空蓝图中将增加知识人才列为重要任务。NASA提出从三个方面解决这一问题,一是普及教育,在小学、中学设立科学和工程课程,增加学生对航空工程的兴趣;二是吸收更多的航空专业人才;三是加强对行业人员的培训,成立特种机构尽可能协调劳动部、商业、教育和其它机构的计划来满足航空工业对人才的培训需求,创建虚拟实验研究室、开发知识学习软件,与政府、大学和其他工业界建立长期的合作。(作者:中国航空工业发展研究中心技术所
张晋平)

12月6日晚6点30分,中国科学院大学电子学院首场院士大讲堂在雁栖湖校区国际会议中心报告厅举办。

人工智能技术在航空领域得到广泛应用的同时也带来了一些争议,张教授结合近期波音737MAX航空安全热点事件,通过大量生动的图片、视频,深入浅出地介绍了智能飞行器、智能空中交通管理的发展历史与现状,指出人机混合决策是人工智能技术在航空安全领域的发展方向,并对无人机自主控制、无人化自主飞行、亚轨道商业飞行等未来智能航空运输的发展进行了展望。

本次讲座特别邀请到中国人民解放军专业技术少将、中国工程院院士樊邦奎。樊邦奎毕业于北京理工大学信号与信息处理专业,获2011年度科技进步一等奖,2013年被中国共产党中央军事委员会主席习近平签署通令记一等功,2015年当选为中国工程院院士。

樊邦奎的讲座围绕《当无人机遇到人工智能》这一主题,展开对无人机领域前沿科技的介绍。电子学院院长、电子学研究所所长、中科院院士吴一戎主持本次院士大讲堂。可容纳500人的报告厅座无虚席,连后排走廊上都挤满了站着听讲的同学们。

在同学们热烈的掌声和期盼中,樊邦奎围绕无人机的现状与发展趋势、无人机控制系统发展历程、无人机对人工智能的需求以及未来展望四个专题展开讲座。在介绍无人机现状与发展趋势的专题中,樊邦奎通过一个个生动的军事前沿视频,将同学们在新闻媒体中时常听说过的无人机技术展现得淋漓尽致。在介绍无人机发展趋势时,他提出要以信息化为核心,大力推进无人机系统智能化;樊邦奎在介绍无人机控制系统发展历程时,着重强调了自主控制技术的重要性,并将之分为遥控驾驶、实时故障诊断、适应故障和飞行条件等十个等级。针对无人机控制系统的技术瓶颈,樊邦奎指出飞行的自动控制已经解决,但任务自主化的技术难题仍未得到攻克。因此,无人机下一步产业化、全域化发展应用必须依托人工智能技术的进步。他认为,人工智能技术将是无人机下一步发展的颠覆性技术之首;讲座进行到无人机对人工智能需求的专题时,樊邦奎开篇提出:“单机飞行智能是基础,多机协同智能是途径,任务自主智能是目标”的独到见解。期间,各种神秘的无人机技术在樊邦奎深入浅出地讲解中变得通俗易懂、惟妙惟肖。当谈到对无人机未来的展望,樊邦奎告诉同学们,无人机虽然比有人机晚诞生十几年,但其发展速度、普及速度远不及有人机迅速,其技术主要受限于落后的智能控制技术。他前瞻性地提出,无人机在未来将带来机器服务的新方式与智能机器战争的新时代,并将影响精确攻防模式,改变传统作战观念,对战争伦理和人员心理产生变化。同学们对樊邦奎描绘的“家家都有机器人、人人都有无人机”的未来世界充满好奇与期待。樊邦奎高屋建瓴、思维缜密、妙语连珠使得讲座现场掌声异常热烈、笑声此起彼伏。

精彩的讲座引起了现场同学们对无人机和人工智能的深入思考,我们踊跃提问,樊邦奎耐心地给予一一解答。在回答关于当前无人机技术能否安全可靠地服务于国防事业的疑问时,他表示中国的无人机技术已经迈入世界第一梯队,国内无人机领域的专家学者们正在全力以赴地攻克一个个技术瓶颈,把核心技术掌握在自己手中。他对中国无人机技术的可靠性有信心。最后,他热切地期望对无人机感兴趣的同学们能够积极投身到该领域人工智能技术的科研事业中来。会场响起了雷鸣般的掌声,经久不息。

此次院士大讲堂,不仅是一次十分难得的科技前沿讲座,更是一场爱国主义教育。樊邦奎以其深刻的学术见解、崇高的品格修养与道德情操,深深地感染了在座的每一位同学们。他在传播科学的同时,倡导一种锐意进取、科研报国的价值观。同学们通过樊邦奎的讲座开阔了学术视野,同时也认识到中国未来的科技事业赋予当代青年的责任与希冀,并为日后的协同创新、攻坚克难打下了坚实的思想基础。

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