摘要：借助華為雲ModelArts一站式AI開發平台，開發出智能塔台中的航空器識别AI模型，應用于跑道防侵入和機坪防沖突等運作安全守護場景。
近年來，“AI的應用和落地”逐漸成了具化的關鍵詞，它和很多事物很多行業結合在一起，形成了奇妙的“化學反應”。例如，在日常生活中，AI可以推送我們喜歡的新聞或視訊；可以在拍照的時候識别場景提升照片的美感…….
今天要說的，可能是從很多人都密切相關但大多很陌生的一個“神秘”的職業說起：機場塔台空中交通管制。空中交通管制的目的是防止航空器與航空器相撞，防止航空器與障礙物相撞，維持并加速空中交通的有秩序的活動。傳統的空中交通管制是有一幫“空中交警”指揮填上的飛機。然而，這群“交警”指揮飛機容不得半點差錯，時常要面臨說錯一句話就會引發不安全事件甚至是飛行事故；他們喝酒熬夜生氣不能上崗……如果有科技能夠幫助他們，那豈不是很好？
上海麥圖資訊科技有限公司，借助華為雲ModelArts一站式AI開發平台，開發出智能塔台中的航空器識别AI模型，應用于跑道防侵入和機坪防沖突等運作安全守護場景，并将于2021年4月24日-26日在深圳舉辦的華為開發者大會2021（Cloud）（簡稱HDC.Cloud 2021）上與開發者們見面。
AI 給了我一雙“慧眼”
在機場的每一架飛機起飛或者着陸，從飛機推離停機位到離開機場空域，或相反的降落過程中，背後都需要依靠多名管制員之間的接力和協作。飛機起降的間隔非常短暫且風險大，有着“黑色十分鐘”之說。管制員也被稱為是飛行員背後的“眼睛”，對于他們的要求是非常嚴苛的，需要超長時間集中注意力，尤其在航班密集的時候，管制員需要在極短的時間内對複雜的情況，做出正确判斷，這也讓管制員們擔負着極大的壓力。對于普通乘客來說，這可能隻是一次普通的空中之旅，但對于管制員來說，每一次飛機起停都伴随着重大責任。
中國已成為全球最大單一航空市場，後疫情時代，中國也将會是全球最安穩的航空市場。然而随着飛機起降架次的增多、機場擴建改造再加上惡劣天氣的影響，跑道侵入或機坪沖突事件仍是民航領域航空器地面安全運作的頭等問題，機坪和跑道安全事故在民用航空事故中占有很大的比例。對于大型機場的塔台而言，單點視野實體受限，數字化程度提升的同時，客觀上造成螢幕變多、資訊量變大等挑戰，對管制員提出了更高的要求，同時也讓管制員承擔了越來越重的崗位負荷，人的主觀能動性固然很強，但長實踐專注會産生疲勞，難以維持面面俱到。
聚焦在智能航空領域、專注于人工智能技術和應用研發的上海麥圖資訊科技有限公司提出了“人力有時而窮，可引AI而用之”的理念針對民航管制運作的特點，總結出了安全運作的四大要素，分别是：聽、看、防、練，希望在雲上可彈性擴充的算力和AI賦能加持下，能夠把管制員們從傳統資訊擷取手段造成的高負荷狀态中解脫出來，并在關鍵場景中能夠直接給出超前、明确的提醒，進而減少失誤出錯的機率。
為了達成上述目标，麥圖公司依托華為雲EI的技術支援，研發了DSASR語音識别引擎和AIGIS空間定位引擎，讓機器具備了能夠聽的懂管制指令、看得見航空器動态、了解運作規則的本領，能夠在“聽看防+練”3+1模式的智能塔台系列産品中，對多個具體場景進行賦能，從态勢感覺、軌迹預判、規則分析和教育訓練演練等多個環節，為機坪/塔台管制運作安全和崗位教育訓練等業務領域提供強大助力。
“我們想通過無線電語音去了解飛機的動向，通過視訊去捕捉飛機的動态，再結合運作規則來提前發現事故征候。具體落實到産品中就是由DSASR推理出指令意圖并标記出預測路徑後，再由AIGIS把飛機從視訊中識别出來之後，計算它的位置和速度，計算兩個或多個飛機之間的運動軌迹是否會有時空近似交疊、是否有違反運規則或涉及航行通告禁區等，再根據其他的關聯資料進行認證，確定飛機之間不會發生碰撞、不會誤入禁區，一旦有疑似症候，也可以提前預知并向當班管制員提出警示。”麥圖項目總監徐擎陽對筆者說。
華為雲ModelArts平台賦能模型開發
理想有多美好，現實就有多骨感。衆所周知，人工智能包括了訓練和推理兩個階段，隻有先訓練出人工智能模型才能進行推理。麥圖面臨的挑戰是，項目開發團隊基本是專注在軟體應用開發和資料分析層面的，對于計算機視覺技術方面的研究并不深。2018年，項目團隊也開始嘗試過很多場景，“當時是兩個問題制約了我們，一是視訊的清晰度不夠，當時高清視訊錄影機還沒有普及。二是沒有好的AI開發平台，算力和工具都不夠。到了今年，4K錄影機也開始普及了，訓練工具ModelArts也有了，這個事情就可以做了。”
徐擎陽說，華為雲ModelArts提供了全流程的AI開發與管理平台，在很大程度上降低了麥圖科技進入視訊AI領域的門檻，“如果沒有ModelArts，在準備訓練前，需要自己買裝置，去開源社群裡面找這方面的技術，學習建構和配置環境；在訓練的過程中，要涉及到裝置維護、性能調優，以及标定工具的開發等等。這個過程是會非常漫長和繁雜的，我們在管制語音識别的産品AI核心開發過程中已經體會過一遍，過程非常痛苦，代價非常大。”
對于麥圖來說，ModelArts帶來的效率提升的價值顯而易見：“第一版模型開發，從标定到訓練，到最後給客戶做示範，隻花了三天時間。如果用傳統的方法做，可能連伺服器的快遞都寄不到。”
徐擎陽介紹說，在這個系統中，“光電盯防子系統”是一個重要的實時核心，它需要具備較完整的“基于視訊流的航空器目辨別别和跟蹤”能力。通過将機場平面各個關鍵點采集到的實時視訊流送入基于華為雲ModelArts一站式AI開發與管理平台開發的“航空器識别模型”進行處理，識别出畫面中飛行器對象的像素坐标等一次參數後，對其進行空間位置換算，以及包括速度、運作方向等在内的二次參數的計算，并在系統運作資料中找到相比對的航班資訊對目标進行資訊标記，以AR資訊增強的形式呈現在螢幕上，讓管制員以“擡頭顯示”的形式在單一螢幕中直覺了解到足夠全面的動态資訊。同時該系統會在背景對所有目标的軌迹和矢量動态資料進行監控和推算，讓計算機能夠代替或輔助管制人員在全局範圍對每一個航班、每一個道口進行實時盯防，提前預知潛在運作風險，進而降低事故發生的機率。
此模型單幀主要目辨別别準确率可以逼近96%，多幀識别中主要目辨別别結果可在99%以上。目前，麥圖正在嘗試Mask-RCNN模型，将坐标輸出精度提升至像素級，實作更精确的航空器識别和位置計算。
作為華為ICT基礎設施業務面向全球開發者的年度盛會，華為開發者大會2021（Cloud）将于2021年4月24日-26日在深圳舉行。本屆大會以#每一個開發者都了不起#為主題，将彙聚業界大咖、華為科學家、頂級技術專家、天才少年和衆多開發者，共同探讨和分享雲、計算、人工智能等最新ICT技術在行業的深度創新和應用。智能時代，每一個開發者都在創造一往無前的奔騰時代。世界有你，了不起！
本文分享自華為雲社群《【華為雲 EI】飛機的“黑色十分鐘”能被人工智能消滅嗎？》，原文作者：HWCloudAI 。
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