新工科背景下智能空地融合載具管控實驗中心的建立與實踐

蔣珍菊，唐潔，劉克劍，何錫輝，李秋實

（西華大學，四川 成都 610039）

0 引言

交通是興國之要、強國之基。建設交通強國，是滿足人民日益增長的美好生活需要的必然要求，是全面建設社會主義現代化國家的內在要求，是順應世界交通發展大勢的客觀需要[1]。本文在新工科背景下構建智能空地融合載具實驗中心，打破傳統地面交通運輸工具及地面交通運輸管理體系的束縛，以人工智能飛速發展為牽引，將交通運輸一級學科與航空宇航科學與技術一級學科進行深度交叉，并融合新能源、新材料等新興領域的前沿技術，建設安全、便捷、高效、綠色、經濟的空地一體交融平臺。建立融合多方資源，打造立體互聯、質量卓越的空地融合載具的實驗中心，引領我國交通領域的原創性技術突破，為我國重大經濟產業領域實現創新引領發展和為高校新工科建設添磚加瓦。

1 智能空地融合載具管控實驗中心建立的必要性

1.1 智能空地融合載具管控實驗中心建立是新工科建設的迫切要求

教育部于2016年提出了“新工科”建設，形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等綱領性文件。我國工程教育發展迎來了新階段，在人才培養中貫穿高等教育新思維和人才培養新方式，在知識結構體系中貫穿新業態、新技術，適應新產業和新經濟發展需求，具有十分重要的戰略和現實意義。

為適應新工科發展，培養引領新技術、新產業的創新型工程科技人才，需要總覽“新的工科專業、工科的新要求”。建設注重學科、專業的實用性、交叉性、融合性與綜合性，強調信息新技術與傳統工業技術的緊密結合。對現有工科人才培養尤其是實踐教學體系進行深入改革，促進學科、專業深度交叉融合，改變傳統的工科專業過窄過細的弊端，提升學生解決復雜工程問題的水平和提高其科技創新能力，需要建立交叉融合的實踐教學平臺[2]。

1.2 智能空地融合載具管控實驗中心建立順應產業鏈發展需求

交通運輸是指使用運載工具將貨物或者旅客送達目的地，包括陸路交通運輸、水路交通運輸、航空交通運輸和管道運輸等，是世界各國的支柱產業，更是我國國民經濟的命脈。國家指出要重點研究低空多用途通用航空飛行器等新型運載工具，重點開發新一代綜合交通管理系統和信息平臺[3]。同時提出“要科學推廣改革試點，擴大低空空域真高至3000米的目標”，極大加快了低空開發步伐[4]。

西華大學于2017年將航空航天學科作為新增長領域，在車輛工程、能源與動力工程等國家級特色專業、交通工程四川省特色專業基礎上，大力引進航空航天領域高端人才，為實現多學科的交叉融合，建設西華特色的空地融合載運工具及其應用提供必要的保障。

1.3 智能空地融合載具實驗中心建立是國內外發展趨勢必然結果

據空中客車公司預測，到2030年全世界的城市人口比例將從現在的50%上升到60%，屆時，城市及城市群之間的交通擁堵問題將愈發嚴重[5]。而互聯網、人工智能和新能源技術等新業態快速發展，催生著新的交通方式變革。

飛行汽車用途非常廣泛，在應對緊急情況方面如警用、消防、邊境巡邏、救援和急件投遞等有著獨特的優勢。飛行汽車的實際應用和商業化發展還面臨著性能、造價等方面的制約，建立智能空地融合載具實驗中心，研究電動化、智能化技術，推動飛行汽車從設想走向實際應用成為必然。空地融合載運工具的技術成熟、走向規模化應用，必須開發空地協同的低空管控系統，這既可以幫助空中載具避開任何空域的障礙，又能遵守管理飛行規則，保證空地交通的安全和高效。而以智慧交通為建設目標，建立人工智能和交通運輸等學科深度融合的實驗中心，是實現低空空域協同管控的必然。

2 智能空地融合載具管控實驗中心建設內容

2.1 學科交叉創新實踐平臺建設

實驗中心為解決空地一體化載具復合空氣動力學設計和氣動增升設計、油電混合動力系統設計、智能控制技術、短距/垂直起降推進系統、基于5G的空地通信技術及管理等關鍵技術，提出總體設計、氣動、結構、材料等多學科綜合新能源動力技術、智能飛控技術等理論，建立空地一體化、空地混合動力，綜合控制以及智能交通系統。

經過綜合平臺的聯網使智能空地融合載具成為真正融合信息大數據的學科交叉創新實驗中心，學科創新實踐平臺面向全校學生，支持跨學科的大學生“三創”活動和學科競賽，切實服務人才培養，形成了如圖1所示包括載具總體設計、動力系統、綜合控制系統和智能交通管理系統等的中心學科交融體系。

2.2 虛實結合平臺體系建設

中心以現有的虛擬仿真實驗項目為基礎，結合低空空域實現技術的需求，通過虛實結合的教學方式，搭建虛仿實驗和實踐教學有機統一的實踐平臺，實現基于智能空地融合載具的工程研究，培養學生解決復雜工程問題的能力。通過虛仿實驗，解決載具設計高成本問題。通過模擬低空空域條件下的實驗環境，在技術參數中設置不同外部環境的影響，讓每個學生都有反復操作和獨立思考的鍛煉機會，通過對采集的數據分析處理，提出新的模型，反復優化方案，最后轉化為虛實結合的實踐平臺，實現培養學生綜合素質的教育目標。

2.3 師資隊伍建設

中心采取內培外引等措施，配備和培養具有豐富的教育教學改革和高水平科學研究的教師團隊，一方面加大對青年教師的培養，將其深厚的理論知識轉化為實踐成果；另一方面聯合相關行業領域專家，帶著課題進入實踐中心，為學生提供多元化的知識能力培養路徑，促進中心實驗教學水平的提升。

3 智能空地融合載具管控實驗中心管理運行探索

3.1 中心管理實行兩級管理模式

學校提供充分的制度保障，在資源分配上確保實踐平臺人才計劃單列，形成了相對獨立的二級機構。實驗中心設立了由長江學者為引領的國內外知名專家及相關學科領域專業技術帶頭人組成的實驗中心核心團隊，形成了實踐平臺的技術咨詢決策機構。主任負責實踐平臺的總體規劃，各項目組實現各類人才交叉培養項目載體和實現路徑，將高水平復合型人才培養目標貫穿實驗中心運行全周期。

3.2 中心實施開放運行模式

實驗中心以人才培養目標為導向，采取自主研發和產學研用協同作用等方式，引進龍頭企業、研究機構、政府相關部門聯合承擔人才培養和進行智能空地融合載具及管控技術和裝備研發。實驗中心通過政府、科研院所、相關企業和專業實踐基地深度合作，形成面向學生團體的多個開放課題，以“三創”項目為基礎，推廣智能空地融合載具及管控相關新技術、新產品和新裝備。實驗中心以專業實踐、工程實踐和創新實踐能力培養為導向，以學生為中心的探究式學習模式為目標，系統推進實驗內容重構，教學方式和教學手段變革，支撐機械類、交通運輸工程類、動力工程類、電氣工程類、計算機類等專業群課程實驗教學的專業綜合實驗平臺，為培養面向未來智能空地融合載具的設計、制造及具有創新意識和創新精神及和跨界融合的復合型創新型人才提供實現平臺。

4 結語

實踐中心的建立以國家對智能空地交通的戰略需求為目標，以空地融合載具管控實驗中心為核心，分解人才培養單元，通過學科交叉融合，為區域經濟發展提供智力支撐。在實踐平臺中，通過研究成果提出行業技術標準、規范，為學校培養實踐能力強，具有創新意識和精神的人工智能、新能源、新材料、低空空域領域的復合型、創新型新工科人才，促進學校專業和學科建設。實驗中心的建立既是服務國家軍民融合和交通強國戰略的客觀需要，又是推動四川省低空空域協同管理試點、促進通航產業快速發展的重要引擎，還是發展科技、綜合交通的重要舉措，具有十分重要的戰略意義和現實價值。