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空客A350首次实现视觉自动起飞、降落

 2020-06-21 来源:微信 作者:121招飞  [投稿排行榜]
2020-06-21 09:21:29

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    2020年6月17日,空客CTO宣布:空中客车成功实现了世界上首次民航客机采用基于计算机视觉引导的自动滑行、起飞、降落试飞。


    至此,基于视觉的自动驾驶技术已有重大突破。在没有任何路基及传统机载导航设备的飞机,仅通过视觉自驾,便可实现飞机的全程自主飞行任务。

    也就是说,民用飞机靠“自己的眼睛”,已初步可以在无人干预下,自己飞了!随着民用飞机自驾技术的成熟,很有可能自驾飞的比人还要好。



    空客A350在近日实现基于视觉的自动降落

    根据空客介绍,一架改装的A350在毫无飞行员手动干涉的情况下,全程完成自主滑行、自动起飞、自动航线飞行、自动降落,全程完全不依赖地面导航着陆系统。该验证机项目名为ATTOL(全称Autonomous Taxi, Take-Off &Landing,即为自主滑行、起飞和着陆)。

    这项新型自驾技术在2018年6月启动。2020年1月,首次成功实现视觉引导自动起飞,经过逐步试飞,本月成功完成全程视觉引导自动起降。


    空客在今年1月份实现自主起飞

    试飞工程师特意提醒飞行员不要动操作杆

    而就在一年前,德国团队刚刚实现了钻石DA-42飞机的基于视觉自驾的自主降落。钻石DA-42这款机型,很多中国飞行员都很熟悉,甚至是在航校阶段,双发阶段的训练机型。看到曾经飞的这款机型自动起降的画面,是否慨叹比你飞的还要稳,接地还要轻呢?


    DA42飞机自动降落视频

    在我们的日常生活中,基于视觉的自动驾驶技术随处可见。比如这一技术被广泛应用在汽车自动驾驶上。汽车通过摄像头的视觉影像信息,结合汽车雷达等设备,可实现自主的变道、巡航、刹车、紧急避让等操作。

    最近全网很火的沃尔沃自动避让技术便是民用领域应用最好的现实意义:通过先进的视觉技术,减少人为差错,降低驾驶安全风险,保护乘员安全。而特斯拉汽车的无人驾驶也在逐渐被当局和大众所接受。

    但在飞机上,这项视觉技术却并不常见。比如飞机巡航时,更多的是通过路基、星基等导航设备信号和飞机机载接收机来进行自动驾驶。

    目前民用航空领域常用的飞机自动驾驶和盲降技术是:仪表着陆系统(Instrument Landing System, ILS) 又译为仪器降落系统。盲降系统,是应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。

    它的作用是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引,建立一条由跑道指向空中的虚拟路径,飞机通过机载接收设备,确定自身与该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度,最终实现安全着陆。


    “盲降”一词即使对经常坐飞机的人来说也有些陌生,它是普通旅客接触不到的航空专有名词,并非字面意思“闭着眼睛降”或“盲目降落”。盲降是仪表着陆系统ILS的俗称。

    国内飞行学员在航校阶段,要考取仪表等级。这个仪表等级的飞行训练,应用的也是ILS系统。也就是说,在仅依靠舱内仪表、完全不参照舱外环境的基础上,仪表盲降飞行是每一个在航校阶段的飞行学员必经的一项驾驶技能考核。

    因为仪表着陆系统能在低天气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下引导飞机进近着陆,所以人们就把仪表着陆系统称为盲降,即飞行员在肉眼无法看清机场跑道的情况下操控航班降落。


    实施盲降的需要的条件:
    1机场:拥有进近灯光、跑道标志、仪表着陆系统等设备。对周边净空条件、电磁环境等也有要求。防止无线电或化学烟雾干扰仪表系统。
    2飞机:拥有仪表故障警告系统、双套ILS接收机、复飞姿态指引设备、自动油门系统、排雨设备等。
    3飞行员:经过地面训练、考核后才拥有相关资质。每年复训,每年检查。

    从盲降所需条件可以看出,对于ILS来说,除了飞机上需要有应答设备和自动驾驶设备外,机场及周边仍需安装用于导航和指引下降的无线电发射设备,这也是一笔不小的开支。在国内,不是所有机场都安装有盲降系统,而且即便机场装备盲降设备,可能要经过数年的调试及测试,精度维护成本也极高。

    我国有盲降能力的机场:三类盲降:北京首都国际机场、上海浦东国际机场等;二类盲降:成都双流国际机场、广州白云国际机场等。


    也就是说基于视觉的飞机自驾起降和如今广泛应用的盲降ILS以及自动驾驶有着巨大的不同。

    盲降ILS技术则就是为了低能见度天气、目视无法清晰辨认跑道的气象条件下诞生的。ILS技术依赖地面设备,在低能见度天气时,地面导航台与机载设施建立相关后,系统可由自动驾驶仪完成对准跑道及后续着陆等行为。有别于天气正常时的“目视进场”及“视觉自驾”,此方式可理解为“不依赖眼睛”即称“盲降”。

    显而易见,基于视觉的自驾起降不过于依赖路基及机载设备,甚至无需机场架设导航设备,这降低了对设备安装投入和精度维护的依赖,但是因为是视觉导航,或许必须在能见度较好的气象条件或机场引导目视灯光条件下才能完成,运行场景似乎要受到限制。


    空客表示,基于视觉的新型自主飞控技术的目标主要是:

    1、降低油耗,自驾技术将更能对复杂航路天气环境及驾驶进行科学有效的油耗管理(就像有人开车费油,有人就省油一样,不同飞行员的驾驶习惯和技术限制下,飞机油耗也有多有少)
    2、为了缓解飞行员短缺问题(emm...潜台词的意思就是:你缺飞行员?那我研发我的飞机不再需要飞行员!);
    3、缩减航企运营成本。基本场景机型:eVTOL、货运无人机和商用飞机。(我国的货运民用无人机一直走在世界前列,顺丰、京东等货运企业都在研发将通用飞机改造为大型无人机。而若应用在民用领域,确实也将极大降低运营成本,毕竟培养飞行员对于航企来说一直都是大头。)

    Wayfinder项目主管Arne Stoschek表示,该项目最大的挑战是如何训练系统应对未知的状况,他认为,突发情况应变能力也是自动系统(automated)和自主系统(autonomous)的最大区别。


    在国内航空公司中,自动驾驶在只有I类盲降的跑道上落地被飞机生产厂家试飞员多次试飞并通过了适航审定。也就是说,对目前的民用航空飞机驾驶中,只要公司肯,作为飞行员完全是可以在获得批准的运行规范标准下,进行自动落地的。

    不过,很多航空公司的决策层对自动驾驶技术持有很深的偏见,甚至提出了更为严苛的运行要求:禁止自动驾驶在仅有I类ILS设备的机场落地。究其原因有很多,场地差异、对新技术的抵触和怀疑、曾经自动落地出现事故症候、自驾不如人工等,便一刀切地禁止自驾运行。

    尽管自驾技术将会势不可挡地降低飞行员的操纵能力和驾驶技术,但却在一些极端情况下,例如低能见度、疲劳、机组失能、复杂机场等的运行上,有效提高CRM能力,更大范围内提高飞行安全。

    无论决策层愿不愿意接受,自驾技术正在飞行起降、汽车驾驶等诸多领域上,全面开花。随着自驾多种新型技术的完善和成熟应用,无人自动驾驶将逐渐被大众接受。实际上,相比于汽车无人驾驶,飞机的自动驾驶在技术层面要更简单。


    在民用航空领域,我们是否能在某一天,看到驾驶员按下启动按钮,设置好航线计划,全程不需操纵飞机即可完成整个飞行任务。到那个时候,飞行员的角色更偏向是飞机状态的监控者。

    如果想象空间再大一点:在遥远的未来,大众是否会摆脱飞行安全的忧虑,完全实现真正的无人驾驶,飞行员职业就此完全淘汰?

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