元宇宙对航空业的影响

　　

　　过去十来年，人们见证了移动互联网为航空业发展带来的变迁与进步，元宇宙作为人类未来数字化生产活动的场景，将同移动互联网一样，在航空娱乐、制造、培训以及治理等广泛领域加以应用，从而提升行业效率，重塑业务形态。

　　一、什么是元宇宙（Metaverse）

　　元宇宙最早出自于科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中，该词“Metaverse”由前缀“meta”（意为超越、元）和词根“verse”（源于universe（宇宙）组成，意指在一个脱离于物理世界却始终在线的平行数字世界（metaverse）中，人们能够在其中以虚拟人物角色（avatar）自由生活。

　　当前，人们对元宇宙存在诸多不同的理解。维基百科将元宇宙描述为“基于未来互联网，通过AR（虚拟增强）的物理现实，具有链接感知和共享特征的3D虚拟空间”；清华学者沈阳认为元宇宙是基于扩展现实技术提供沉浸式体验、以及数字孪生技术生成现实世界的镜像，整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态；罗兰贝格咨询公司认为元宇宙应具备真实感、创造性、永续性、经济体、连通性等六大特征，通过参与者创造、信息与数据的永存、不停止运行、如同真实世界一样，通过提供沉浸感以及实时体验加以满足真实存在感的基本要求；Beamable公司创始人Jon Radoff则提出了元宇宙的“体验、发现、创造者经济、空间计算、去中心化、人机交互、基础设施”等七层价值链结构。上海交大沈伟认为，元宇宙是一种对虚拟现实、增强现实、区块链、云计算、数字孪生、数字货币、人工智能、大数据等技术及概念的整合，是一种超级多媒体。中南财经政法大学盘和林认为，元宇宙不是新技术突破，是对过去数字技术发展的总结，并以融合方式打造数字经济的长期愿景。

　　就上述观点总结如下：1、元宇宙本身不是一种技术，而只是多项技术（如VR、AR、MR等）的叠加与应用。2、元宇宙能够将现实世界中的场景完整而精确地镜像化至虚拟世界中，从而实现虚实相融。3、人们利用可穿戴设备，从而沉浸于元宇宙场景并参与活动。4、交互技术的快速发展，为元宇宙用户提供了从物理到生理，从现实到虚拟的无缝连接。

　　元宇宙不仅可以提供更智能化的仿真演示和分析手段，还可以通过体系仿真、协同设计、数字孪生、高效管理等手段打造出面向未来的集高效、敏捷、集约、安全于一体的“数字航空”，从而使传统逻辑语境下的航空运营及监管模式面临一定的冲击与改变。

　　二、元宇宙与航空业

　　进一步探讨元宇宙的航空价值，在可见的未来，元宇宙将逐步应用于航空娱乐、航空制造、航空培训以及安全治理等领域中。

　　（一）机上娱乐

　　IFE(In-Flight Entertainment)--机上娱乐，是指在航空旅行中，在机舱内为旅客提供任何可能的娱乐实现手段，又可称作飞行娱乐。

　　IFE的概念首次出现于1921年，至60年代，电影胶片的发展使得机上的放映变得更加轻松。2007年，小型屏幕被镶嵌在座椅靠背的背后，形成了我们最常见到的IFE形式。现今，机上WiFi的普及使IFE进入了流媒体时代，而元宇宙又为IFE带来了更多的想象空间。

　　德国VR机上娱乐公司Inflight VR近日宣布与中国春秋航空达成合作协议，开始为上海至白山航班的旅客提供基于Pico VR头显的沉浸式娱乐服务，成为航空业IFE发展的一个重要里程碑。

　　如图：PicoVR头显的沉浸式娱乐服务

　　对于航空业来说，机上娱乐一直是留住客户的重要手段之一，通过将机上IFE体系进一步延伸到高度拟真浸入感的元宇宙架构中，无疑使消费者能够以更低的成本获取更为丰富的机上体验，同时从商业宣传、产品布局、技术延伸和运营利润等诸方面都将带来较好的反馈及预期。对于乘客来讲，他们可能会愿意用VR来消磨飞行时间。而对于航空公司来讲，布局VR服务一方面可以提升客服体验，另一方面也有望带来额外的收入。因此，不断追求更加新奇、精彩、夸张、自由的数字航空新体验成为未来一种可行的IFE新方式。

　　如图：春秋航空的机上旅客通过穿戴式设备体验沉浸式娱乐服务

　　与传统3D娱乐技术相比，元宇宙将以更加真实、更加浸入、更为互动的方式为客户提供一个虚拟世界，通过元宇宙，乘客可以丰富自身飞行体验，可以放松身心进行冥想，可以攀登珠穆朗玛峰，可以在太平洋与鲸鱼同游，或在私人电影院欣赏大片。因此，不断完善的元宇宙为客户提供了另一种娱乐形态--即在另一个世界中真实地扮演一个人。

　　(二)航空制造。

　　航空智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于航空设计、生产、管理、服务等制造活动的各环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。航空智能制造的本质是企业面向产品全生命期，建立、运行具备人工智能特征（局部或整体）的智能制造系统，以满足客户需求的一种新模式。

　　虽然航空制造与元宇宙在应用场景上有很大不同，但在技术层面又有许多互通之处，如在算力、通信、AR/VR、人机接口等方面二者均涵盖了已用、未用以及有待探索的技术。这为航空制造业借力元宇宙，通过发挥技术和数字孪生优势并加速产品的研发提供了可能。

　　首先，以可视化解决方案为例，伴随飞机通信、集成和数据系统的不断升级，飞机舱内布线的复杂性也随之增加。在日常的维修过程中，专业人员必须要搞清楚线路的走向、安装、链接等环节，否则细微的差错也会带来极大的隐患和风险。而AR/VR在此过程中就可以成为建模、模拟和制造的绝佳媒介，由于大多数VR平台需要头显及许多其他特殊设备，而AR则只需依靠智能手机或平板电脑，以更形象的运行方式为制造检测带来了可视化解决方案。

　　如图：AR能够在智能手机或平板电脑上运行，为物理世界中的虚拟对象提供高精度参考

　　其次，数字技术的发展始终与生产制造息息相关，从电子计算机诞生伊始，即很快被应用于生产和经济管理体系。在此过程中，人们亦常常关注于数字技术的进步与未来航空制造间的紧密关联，早在2014年发表在《Aviation Week》期刊中的一篇文章中，作者Warwick就描绘出了2035年新飞机出厂时的场景：“客户从厂家接收全新飞机的同时，还会收到一套与之高度吻合的数字飞机模型，在该模型中涵盖了飞机设计、研发、测试和生产环节中的数据，并将同时贯穿于该飞机的全生命周期。而数字模型的作用就是贴近真实、反映制造缺陷，通过与真实飞机的数据对比，及时识别异常情况、预测维修需求及剩余寿命等”。显然，航空业既可以将成熟的航空技术衍生应用到元宇宙，也可以将元宇宙中成熟的技术引入到航空产品开发中，两者的融合将会进一步促进航空技术的快速发展与广泛应用。

　　最后，随着元宇宙概念催生大量VR/AR技术落地，用户可以通过穿戴VR头盔等设备进入虚拟现实场景中，实现沉浸式体验。当这一技术应用于工业场景时，现代工业制造过程有望打破时空限制，实现虚拟环节下的生产协作。首先在飞机设计阶段，数字技术的作用主要体现在总体布局分析、人机工效分析和装配维修性仿真还原等环节。其次在工程研制阶段，设计师可以利用VR技术，通过沉浸式体验对飞机设计进行再修改和再设计，从而实现工艺的最优化。最后在装配阶段，通过飞机装配的数字化模拟，将设计的零部件以三维模型的形式加以展现，利用虚拟环境的仿真装配，实现对飞机零部件的精准组装，从而从源头有效避免了研发制造过程中存在的缺陷及失误。

　　(三)、航空培训

　　元宇宙与航空技术的结合不仅能够实现传统意义上仿真系统的参数分析、故障还原等功能，还能够实现人机互动、互联应用、场景预设及沉浸式体验等功能。因而就未来航空专业人才（飞行运行、适航维修、客舱安全、空管指挥、机场运营、签派放行等）培训发展方向而言，“元宇宙”是一种必然趋势。

　　1、人机互动。以飞行员训练为例，科技虽不断在进步，但仍无法完全替代飞行员在驾驶舱中的主导性角色，飞机的自动化程度越高，对飞行员的技能要求也就越高。而确保飞行员技能的唯一途径就是训练，唯有经过反复培训、认真体会、循序渐进、量变最终才能转换为技能的质变。

　　作为元宇宙技术之一，VR具有打破现实与虚拟界限的应用功能。脸书CEO扎克伯格曾用一段影片为全世界展示了如何利用元宇宙技术来进行教学--学员只要戴上智能眼镜，眼前就能够投射出太阳系的八大行星，它们仿佛近在咫尺，学员可以用手势调出它们的详细信息，或者将图像进一步放大进行细致观察。原来纸质教材中静态的内容，将会升级成为3D图片、动画、音视频等形式，从视、听、触摸的角度强化学员对知识的认知。

　　可以设想下未来对于飞行初学者的训练场景--“从训练的第一天起，可能就要同VR头显形影不离，学员通过在虚拟的环境中熟悉飞机驾驶舱布局、了解飞机各系统构造、掌握各种不正常情况下的故障显示，然后操纵飞机并体验起飞和降落，进而再逐渐过渡到驾驶真实飞机完成实际操作”。就各种繁琐复杂的SOP程序而言，元宇宙可以有效拓展不同专业学员的知识面，提高其在“系统认知、故障识别、变化感应以及理解力”等方面的技能，确保其在初级学习阶段就能够掌握在传统训练环境下需要花费大量时间及精力才能积累的知识和经验。

　　如图：麻省理工学院学员在混合现实环境中驾驶喷气式飞机进行飞行训练。

　　2、降低成本。传统飞行运行、适航维修、客舱安全等环节培训成本高、周期长等弊端，以A320模拟机为例，按照CCAR-141部、121部以及142部等训练大纲开展培训的一台飞行模拟机的市场售价约需近1亿元人民币，除日常维修保养外，飞行员每小时训练费用约需3500-4000元人民币（对某些小众公务机机型而言小时训练费用还要高昂）。和通过昂贵的飞行模拟机（FTD/FFS）开展飞行培训有所不同的是，利用VR技术，可以缩短培训周期，降低学习成本，使得人们利用穿戴设备，足不出户就可以实现训练、教学及体验活动。VR训练系统的成本仅仅体现在前期的设计开发环节，一旦VR技术运用于培训后，其成本几乎为零。因而同传统训练模式相比，元宇宙不仅强化了个体技能、还缩短了学员的训练周期，为训练机构及个人节省出大量资金。

　　3、沉浸式体验。航空培训是数字技术自诞生以来就被充分应用的领域，疫情之下，隔离使得互动式远程在线课堂成为航空企业培训的新形态。然而，现有的在线互动交互始终无法解决全身心浸入问题，尤其是对于教学环境而言，对学员注意力和教学效果的影响更为相关，课堂上的双向互动和教员的注意力分配同样对于培训效果非常重要，而元宇宙通过浸入式的教学体验使上述问题得以迎刃而解。

　　CRM作为非技术能力应用提升的培训需求，人们可以通过VR技术建立虚拟训练仿真系统，利用逼真的CRM协同场景，帮助不同专业学员制定多角色多工种协同运营的场景，以更加沉浸直观的方式培训学员，提升CRM协同能力。元宇宙还可以同行业或公司的不安全事件与事故、个人EBT数据等相结合，利用声、光、热、震等效果组建起场景预设，就类似“黑天鹅”事件的多系统故障场景开展个性化训练。2020年，日本全日空航空公司(ANA)全面引进了采用3D模拟工作环境的VR安全培训系统，旨在帮助员工识别和预测潜在的风险源，以提升飞行运行质量。

　　（四）、航空治理

　　现代生活的多样性极大提升了航空治理的复杂度，赋予了航空治理更多的空间和内涵，也催生出更多数字应用场景。

　　1、数字还原。基于数字孪生，元宇宙可以实现更多在物理世界中无法展现的优势，为航空事故调查还原出更多事发场景。人们由此可重现在物理空间所难以体验到的一些极端场景---比如人们可以还原并身临其境般体会到MH17航班在俄乌边境被导弹击落瞬间所遭受的惨烈、可以体验到在飞机起火后机组及旅客是如何快速撤离的流程、可以感受到中国“英雄机长”是如何在飞机风挡玻璃脱落情况下而力挽狂澜操纵飞机安全返航的壮举、可以感知在高空状态下当飞机发生机舱烟雾、失压及缺氧状态时机舱内人的无助与彷徨，甚至还可以开发多种虚拟场景来探索MH370航班失踪之谜等，不仅有助于科学严谨、及时准确地还原出事故经过，还有助于查清事故原因、性质及责任，并总结经验教训，从而提升航空业安全治理的能力。

　　2、智慧出行。航空智慧出行是以缩短旅客综合出行时间、促进物流提质增效降本为目标，以全流程便捷出行、全方位“航空+”服务和综合性航空物流服务为重点，所构建出之便捷舒心的旅客服务生态和高效快捷的物流服务体系。

　　在数字孪生的基础上，元宇宙强调了多元主体的互动，使得原有的虚拟平台不仅提供可视化能力，更实现了虚拟和现实的连接与协同。基于数字孪生与GPS定位、智能传感、智能摄像等技术，机场以及空中交通管制可以实现航站楼服务智能化、飞行保障无人化、旅客联程货物联运的数字化、空中飞机流量的直观化。此外还可通过机场、空管信息模型建立起机场、航线三维空间模型，实现规划、建设、运行管理的全方位空地立体可视化管理，从而提升航空出行的全局化、精细化、智慧化运行水平、推进更多“全流程数字追踪及预测”服务，助力更多航空“无纸化”、“无证化”、“便捷高效”的智慧出行方式落地。

　　3、智慧监管。在政府智慧服务以及行业资质审定（如IOSA审计）等方面，元宇宙支持更多航空服务场景。比如数字人的引入将实现航空智能前台、智能顾问、智能流程等服务，从而通过优化将政务人员从大量重复性的航空业务中解放出来，而AR智能眼镜、无人机+地面全景相机远程监测使得在线实时航空安全监管及运行合格审定成为可能，现场一线航空监管人员通过AR智能眼镜、VR摄像头采集声音、影像及数据，实时回传精准的现场航空运营情况，实现远程航空运行审定及持续监督。从而有助于推进以一体化数字为目标、以数据驱动和融合创新为工具、以公共服务和高效运转为重点的航空智慧监管体系建设。

　　在可见的未来，利用更多的传感器和体感设备让远程操作者更安全和更真切地感知所在环境和信息，从而进一步提升航空安全治理能力将是必然趋势。而拥有更好的元宇宙治理体系的国家，也具备了更强大的航空治理态势和感知能力，而更为通畅的航空治理数据链、远程操控技术以及AI，势必又会促进更强的航空治理优势。

　　4、优化治理。在传统的航空治理体系中，由于受制于高昂的社会成本、有限的治理资源和长期形成的参与惯性，容易导致出现以下航空治理缺陷：一是公众参与度较低，使得行业治理往往成为少数人而非多数人的行为。二是行业治理政策往往只能先期开展小范围试点及在推行后进行评估，无法做到早期的系统性社会实验，使得治理精度不高。而元宇宙可以通过全景式的信息展现，帮助每一个关心航空业治理的个体搭建知识体系和参与环节，开展虚拟治理实验，从而迅速完成早期公共政策评估及航空治理缺陷预测。

　　多样化的场景凸显数字孪生的重要性，庞大的算力需求成为航空业发展的底层动力。管理半径的增加既考验着技术发展水平，也考验着行业管理者的智慧，因而如何协调跨专业、跨区域、跨部门的管理半径，共享航空数据将变得愈为关键。

　　三、面临的挑战

　　元宇宙具有众多航空应用前景和优势的同时，也隐含着一定的缺陷。

　　（一）、属性层面

　　首先，由于元宇宙是利用数字技术对真实航空世界的模拟和再造，使得在元宇宙中所有生成知识是已知的，因而从构成结构而言，元宇宙将可能导致航空知识的停滞。由于本质上人类在元宇宙内无法产生新的航空知识，意味着就航空娱乐、制造、培训以及安全治理等领域而言，大量的时间投入将会浪费在对已知航空数字世界的重复挖掘中，从而可能导致难以形成创新性的结果。

　　其次，除了知识的封闭外，元宇宙本质上是一个确定的、虚拟的航空数字世界，而航空物理世界则是一个包括着物体、空间、时间、事件等多维度的概率场。由于航空数字化程序无法生成一个真正的随机数，因而在元宇宙中的概率场只能是依赖于伪随机数产生一定的伪概率，这就从源头决定了在元宇宙中对航空业相关领域及技术性的探索将难以突破人们在物理航空世界中所开展的类似尝试与创新。

　　（二）、应用层面

　　首先，“元宇宙”仍然充满着不确定性，也缺乏相应的产品支持。虽然区块链、5G通信、人工智能、3D引擎、VR/AR/MR、人机接口等底层支撑技术已取得较大进步，但目前头显、眼镜、手柄等穿戴设备不够便携，操作比较复杂，软件的功能设计和实际应用门槛矛盾突出，距离流畅的“沉浸感、低延迟、无眩晕”等体验还有很大差距。因此要建立完整的“元宇宙”航空生态系统，航空业仍需大量的基础性研究和应用场景为支撑。

　　其次，在政府监管方面，“元宇宙”对现有航空监管模式、航空培训体系等也带来了新挑战，将可能产生诸如“航空平台管控、航空数据监管、航空政策立法”等一系列新问题。从行业治理角度看，“元宇宙”将深刻影响现有航空监管和运营方式，并通过虚与实的航空管理模式，从虚拟维度对航空实体运营产生一定冲击。因而行业需要从全局性出发，针对“航空平台垄断、航空监管审查、航空数据安全、个人航空隐私”等一系列法律问题来开展相应的航空立法及前瞻性工作。

　　再次，在培训规范方面，要防范“元宇宙”营造的沉浸式航空体验成为“沉沦式、成瘾式”游戏生活的借口，从而导致航空培训质量低下。因此，基于“元宇宙”的航空培训必须要遵循一定的航空价值规范，在“元宇宙”中所构建的航空虚拟培训身份、航空培训场景、航空培训程序等也必须要纳入到相关规范与标准中来。

　　（三）、技术层面

　　就航空业而言，元宇宙的发展还面临着其它技术性难题：一是现阶段的航空网络支撑能力不足以满足实时航空数据传播传输需求；二是航空智能终端及接入设备无法实现便携无感，技术的成熟度有待提升；三是航空AI技术的发展与AR/VR/XR的技术推进还并不同步；四是5G技术还无法大范围适宜航空应用模式和创新性场景；五是大数据、云服务、算法算力、区块链、AI等迫切需要协同发展等。

　　四、小结

　　元宇宙不是将人与航空现实空间隔离开来，而是要打破虚实，实现人的行动在航空虚实空间的任意切换。作为技术叠加支持下所创造的一个航空虚拟世界，通过从航空数字孪生、航空虚拟原生到航空虚实共生，最后实现航空虚实联动的建构过程，元宇宙将使得人们能够拥有与他们线下生活相一致的航空线上经历，并找到相应的航空虚拟及现实意义：首先，元宇宙使得人们对以往稀缺的航空体验变得更为丰富；其次元宇宙使计算机设备越来越接近人类的肉体，以VR/AR为代表的设备相较于现有的PC、手机、游戏主机等带给用户更具沉浸式的航空体验，因而也被称为“元宇宙入口”，使人类更趋向为半机械化人；最后，元宇宙使人们能够容易地进入和操纵3D航空虚拟空间、通过“空间映射、物体识别、语音和手势识别和体验”等来增强对现实航空世界的认知和体验。

　　当前，由于元宇宙还处于初始阶段，无论是相应的航空平台建设、还是针对软硬件的航空模式开发等都体现出这一阶段的特征，这也是当下各种有关元宇宙的不同行业研究报告所关注的类似焦点。对于元宇宙的航空建构过程，一些主流观点认为至少需要从“航空数字孪生-航空虚拟原生-航空虚实共生-航空虚实联动”四个步骤入手。这四个步骤也清晰地描绘出未来元宇宙的航空路径选择即：“构建早期航空平台-完成双向航空数据交换-形成虚实航空对应结构”。

　　因而就航空业而言，业界普遍认为元宇宙的真正落地可能还需要一定的时间，在它真正成熟前，还需要经历从底层各项技术的突破至硬件及平台的建构完善过程后，才会迎来市场和需求的真正爆发。而彼时，元宇宙将如同一个3D的巨型互联网，通过同航空的融合为人们带来丰富的场景体验。因而航空运营人、飞行学校、训练中心、飞机制造商及政府监管方都需着眼于未来发展，思考元宇宙为行业所带来的机遇、风险、挑战以及与此相关的战略性长远规划。