5G+AR技術在民航領域創新應用的研究和探索

鄭 磊

（中國聯合網絡通信有限公司 上海市分公司，上海 200082）

0 引 言

以新一代信息技術融合應用為主要特征的智慧民航建設正全方位重塑民航業的形態、模式和格局，已成為全球航空業新一輪發展的主導趨勢。民航領域在“十三五”期間取得了規模和質量雙提升，深化改革卓有成效，服務人民美好生活需要和支撐國家戰略的能力顯著增強，但仍面臨科技自主創新能力相對滯后、運營治理和監管手段和工具先進性有待提高等問題，迫切需要通過數字化創新技術的協同融合應用，實現民航領域航空安全水平再上新臺階、綜合保障能力實現新提升以及航空服務能力達到新水平。通過研究和探索5G、邊緣計算、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、增強現實（Augmented Reality，AR）等技術的融合應用，以滿足民航領域在機務維修、航班保障以及旅客服務等場景下，數字化和智慧化能力提升以及運營管理質量效率優化的訴求[1]。

1 研究背景分析

1.1 政策分析

從國際發展情況看，為積極應對未來超大規模航空市場發展需求和環境約束挑戰，多個國際組織和國家制定了多項航空運輸系統規劃，旨在構建更安全、更有效率、更加靈活、更可持續的新一代航空運輸系統[2]。國際民航組織制定了全球空中航行計劃，發布并持續更新航空系統組塊升級計劃。國際航空運輸協會持續致力于利用新技術改進航空服務，并聯合國際機場協會推出了“新技術催生旅行新體驗”項目。美國實施新一代航空運輸系統，提出了航空戰略實施計劃。歐盟及其相關機構提出了歐洲空管總體規劃、2050+機場計劃、歐洲航空愿景（Flightpath 2050）、歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）人工智能發展路線圖等發展戰略。日本、新加坡等國家也在積極行動，加快民航業的創新發展。

從國內發展情況看，黨的十九大作出了建設交通強國、數字中國的戰略部署，同時國民經濟和社會發展“十四五”規劃綱要專篇布局數字中國建設，明確提出了建設智慧民航任務。民航局印發了《推動新型基礎設施建設五年行動方案》《四型機場建設行動綱要（2020—2035年）》《中國民航新一代航空寬帶通信技術路線圖》《機場無人駕駛設備應用路線圖（2021—2025年）》等，由政策引領數字化機務運營監管、全流程自助、無紙化出行以及差異化安檢積極推進。智慧民航建設內涵不斷豐富，格局不斷拓展，成效不斷擴大，以智慧民航建設推動民航高質量發展的氛圍已經形成[3]。

1.2 相關技術發展情況

1.2.1 5G技術及其產業發展

當前，以5G、人工智能等為代表的新一代信息通信技術正處于蓬勃發展階段。多種創新技術的融合應用，加速推進了新一輪科技革命和產業變革。我國5G產業無論是在網絡規模、技術研究還是在相關應用場景的探索方面都處于全球領先地位，已完成超過160萬個5G基站建設，在全國所有地市、縣城、城區和92%的鄉鎮鎮區實現了5G網絡覆蓋，打造了貫穿系統、芯片、模組以及終端等在內的完整5G產業鏈，進一步夯實了產業基礎。5G典型應用場景已經覆蓋了國民經濟97個大類中的40個，并在醫療、礦山、港口等領域實現了規模應用。2022年6月9日，在匈牙利召開的第3代合作項目無線接入網絡（The 3rd Generation Partnership Project Wireless Access Network，3GPP RAN）第96次會議上，宣布5G R17標準凍結，標志著5G的第3個版本標準正式完成。5G商用性能的提升、新特性的引入和新方向探索，使網絡性能、業務支持和終端接入方面得到了進一步優化和增強，為5G應用于更多場景提供了更加強大的支撐[4]。

1.2.2 邊緣計算

邊緣計算是一種距離數據來源更近的云計算形式，雖然本質上是云計算的一種形式，但在計算位置上與傳統云計算有很大不同。傳統云計算的計算位置離云端越近，計算資源和計算能力越強，但通信時延也會隨之增高。而邊緣計算處于數據產生的源頭和云計算之間的位置，既可以為設備和應用保障計算能力，又能夠降低數據傳輸時延。移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）是一種由通信運營商主導的典型邊緣計算形式，通過在基站側部署計算設備，為用戶提供便捷的計算服務，并拓展業務維度。同時，MEC會在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側提供數據計算和邊緣智能服務，實現業務對敏捷連接、實時交互、隱私保護等的訴求。利用5G的低時延、高可靠以及高隔離性的傳輸能力，結合高性能邊緣云資源，實現用戶側應用就近部署，提供數據本地分析和處理能力，外加網絡和互聯網技術（Internet Technology，IT）能力的全面開放，共同為垂直行業的創新提供了無限可能，給企業數字化轉型注入動力[5]。5G專網與MEC部署架構如圖1所示。

圖1 5G專網與MEC部署架構

1.2.3 AR技術

AR技術是一種將虛擬世界信息和真實世界進行融合的技術，廣泛應用于多媒體視頻、三維仿真建模、物體實時追蹤與注冊、感知與傳感等領域。AR技術將計算機生成的文字、圖像、三維模型、音視頻等數字化的虛擬信息進行仿真處理后，與現實世界中的真實元素信息融合，多種信息互相補充，以“增強”真實世界感知和體驗。隨著AR技術越來越成熟，應用領域和場景也越來越廣泛，為工業制造、教育、培訓以及醫療等行業帶來了數字化和智能化的提升。

2 5G+AR技術在民航領域的創新應用

新一輪的技術革命推進了全球民航業的數字化轉型與發展，從生產運行到服務營銷，從技術保障到安全監管，都更加強調以智慧和創新為轉型和發展的主題。文章研究和探索的主要方向為利用創新技術提升民航運輸企業在安全保障、效率優化和差異化服務方面的能力。

2.1 機務維修場景

航空器的檢修維護對標準化流程執行和人員技能要求較高。在實際運營管理中，存在專業人員培訓培養成本高、檢修操作標準化跟蹤難、復雜故障檢修效率低等問題。通過多視角高清音視頻協作、3D數據展示和AI輔助識別等技術，可以很好地解決專業人員培訓、實際檢修操作中的痛點。基于5G大帶寬的特性，前端AR設備可以采用2K甚至更高分辨率的圖像采集模塊。現場的第一視角畫面及業務數據可以通過5G專網高速傳輸至機場區域的邊緣云節點，由部署在邊緣云上的AI應用提供各類數據的分析結果，使后臺人員可以實時看到、聽到甚至感受到前端現場的真實作業狀況，從而更好地指導一線人員處理故障。此外，使用遠程凍屏標注和技術資料前端投屏等方式，可以進行高效指導和培訓。這樣的方案既能保障民航作業數據安全的高安全性，又能滿足在智能化分析和AI應用方面的低時延需求。現階段，民航領域該技術在標準化操作方面提升了約15%的合格率，節省近10%的人員培養成本。

2.2 貨物監裝監卸場景

民航客機和貨機貨物的監裝監卸執行過程中，由于工作環境比較復雜，在貨物監裝監卸的驗收核準環節，當前的對講機+紙質簽收單方式局限性很大，受天氣和現場作業環境的影響較為明顯，使得實現電子化驗收流程成為該場景下的迫切需求。在安全與效率方面，要根據航班乘客數量與位置計算運載貨物的重量、位置、配置重心，并檢查貨柜的位置是否和要求一致、貨柜的地錨是否鎖緊、地板是否有雜物等作業細節。傳統方式是通過人力堆疊的方式實現貨物裝卸，成本高、效率低且監裝監卸效率還會影響航班效率，最終影響航司收益。通過5G賦能的AR遠程協作應用能實現線上線下一體，直接同步監督現場作業人員的工作。現場操作人員通過可穿戴設備與后臺協作，實現后臺監管人員同時進行多個航班的監裝監卸工作和電子化的驗收。在保證安全可靠的前提下，監管人員無須轉場，提高了人員利用率和作業效率。現階段，民航領域借助5G+AR遠程協作應用，能夠提升4.2%的貨物監裝監卸作業效率，相當于平均每個月能夠提升一個班次的航班運力，為民航企業運營帶來了可觀的經濟效益。

2.3 特殊旅客服務場景

5G+AR遠程協作應用在滿足航空公司生產保障等部門的需求之外，還能為航空公司提供差異化的客戶服務。以無成人陪伴兒童乘機為例，實際場景中主要需求點是家長希望能夠通過信息化手段實時跟蹤和查看孩子的狀態，同時航空公司需要通過技術手段確定特殊旅客陪護人員的服務細節，以便考核和留證。5G+AR遠程協作服務的應用能夠滿足上述兩方的需求。通過5G專用網絡傳輸業務數據既能滿足高清視頻數據交互對帶寬吞吐量和速率的要求，又可以很好地保障數據安全，避免個人信息泄露。應用模式的創新不僅可以提升遠程協作平臺的價值利用率，還可以給航司為旅客個性化服務方面提供更多的可選擇性。

3 未來應用發展展望

隨著創新技術的進一步發展和完善以及多元技術的融合協同進一步提升，在民航領域內5G、AR、虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術、人工智能等技術的應用場景得到了進一步擴充和深化。例如：借助5G+GVI無人機實時傳輸并分析大量高清圖片，實現對飛行器機身表面檢查，減少了檢測機體表面和結構損傷所需的時間和勞動力，消除了高空檢查時技術人員的安全隱患，提高了繞機檢查效率及檢查標準；5G+VR機務培訓通過建立A320、B747等飛機機型外觀的3D模型和起落架輪艙、貨艙等內部可視部位的3D模型，結合缺陷案例，實現了繞機檢查培訓和考核；5G+AI智能孔探錄像識別，通過發動機孔探錄像智能識別系統、人工智能算法，分析學習已有孔探數據和飛機機輪輪胎檢查AMM標準，從而自動識別視頻中部件存在的損傷，準確定位孔探錄像中渦輪葉片燒蝕缺陷，提升了孔探錄像審核效率，減少了漏判，降低了機隊運行成本，提高了安全性。通過更多場景下的創新技術應用，能夠為中國民航業的智慧化發展賦能。

4 結 論

文章探索和研究了面向民航領域個別數字化轉型和創新應用場景。伴隨著科技創新變革和新應用模式的不斷成熟，相信將來智慧民航領域必將實現以數字化和智慧化驅動的全面高質量發展，進一步以立足區域、引領全國、輻射全球的宏觀愿景謀民航未來的發展，將民航未來發展融入國家“交通強國”發展戰略，形成中國民航領先世界的航空數字化標準，從而在民航應用領域樹立我國自己的鮮明旗幟。