作者：孙郁文 中国航空综合技术研究所

来源：融融数智

商业航空公司和军事航空已经开始发展人工智能，利用它来简化航线，减少有害排放，改善客户体验，并优化任务。然而，伴随着人工智能而来的是一连串的问题、技术挑战，甚至是喜忧参半。

联邦航空管理局（FAA）和欧盟航空安全局（EASA）都对人工智能产生了积极的兴趣。EASA在2020年2月发表了一份报告，讨论了人工智能的可信赖性以及航空业如何采取以人为本的方法来处理人工智能项目。波音公司和空客公司正在单独或通过联合的国际伙伴关系开展人工智能工作。世界航空航天安全组织，航空航天/汽车工程师学会（SAE）正在发布基于人工智能的航空标准和培训。但仍有许多问题没有得到解答，特别是在涉及安全的时候。围绕着人工智能有如此多的未知数，它在我们这个对安全至关重要的世界中是否有一席之地？

01、FAA与EASA对人工智能的定义

人工智能比日常可能使用的典型算法或程序要复杂得多。人工智能允许机器从经验中学习，并根据它们收集的新数据调整它们的反应方式。传统的航空软件通过DO-178C（航空电子软件）和DO-254（航空电子硬件）等准则来进行认证。但人工智能本质上使相同的软件输入随着时间的推移"学习"而产生不同的结果；如何在一个不断发展的程序中实现强制性的认证，以确保安全？

EASA对人工智能的广义定义是 "任何似乎能模仿人类表现的技术"。人工智能的类似人类的方面经常包括在人工智能的定义中，这也是对人工智能的安全性存在一些疑问的原因之一。人类总是有出错的空间，所以如果人工智能像人类一样执行和发展，这不意味着人工智能也有出错或违反安全的空间吗？

简短的答案是："不一定"。值得庆幸的是，人工智能并不像人类那样工作。工程师们已经开发了许多解决方案，用于确定性的人工智能学习，然后实时监测人工智能正在做什么。许多真正的安全问题来自网络安全领域，但仍然存在着向乘客、飞行员和监管机构明确传达人工智能实际运作方式的挑战。而这正是EASA和认证机构/专家正在努力实现的目标。EASA表示，他们的一个关键优先事项是激发国际讨论和倡议--特别是协调解决人工智能辅助航空所涉及的复杂安全和网络安全挑战的建议。为了实现这一目标，EASA和行业正在增加对人工智能研究和技术的投资，同时鼓励其他国家和实体跟随他们的足迹，将人工智能纳入其航空业。基于人工智能的飞行计划、模拟和培训已经在进行中；这为人工智能逐步进入驾驶舱铺平了道路。航空业的人工智能将在8-10年内紧随汽车之后，所以在2030年将出现有意义的驾驶舱人工智能解决方案。

02、阿拉斯加航空公司和人工智能

虽然人工智能自20世纪50年代就已经存在，但直到最近，航空业才开始采用人工智能来简化和提高飞机的性能。对人工智能兴趣的增加主要是由于对航空旅行的需求。根据国际航空运输协会的数据，航空旅行预计将在未来20年内翻倍，航空公司需要找到新的方法来跟上不断增加的乘客数量。人工智能程序可以帮助处理空中交通，管理排队，并增强机上体验。

航空公司采用人工智能的一个很好的例子是阿拉斯加航空公司。该公司利用新冠疫情的放缓来测试他们的飞机的一些新的飞行路径程序。在六个月的试验期间，阿拉斯加航空公司实施了一个名为Flyways的人工智能驱动程序，通过考虑原始路线、当前天气状况、飞机重量和其他因素来确定最有效的路线，从而发现最佳飞行路径。在这些飞行中，人工智能程序测试了所有可能的路线，收集了关于里程和燃料使用的数据，并使用这些数据来调整其后续工作的重点，所有这些目标都是为了实时创建最有效的飞行路线。

图1 阿拉斯加航空Flyways人工智能程序

在为期6个月的试点项目中，Flyways平均缩短了5分钟的飞行时间，相当于节省了高达48万加仑的喷气燃料，对于阿拉斯加航空公司来说，这是一个重大的胜利，因为该公司试图实现其在2040年前实现碳平衡的承诺。

03、DO-178C安全网

围绕在运输服务中实施人工智能的主要关切是安全。许多实体，包括FAA和国防部，通过 "在证明无罪之前有罪 "的视角来看待人工智能。安全关键系统的一个基本方面是一致性：明确证明相同的输入每次都提供相同的输出。这就是DO-178C发挥作用的地方。

DO-178C是一套涵盖71项目标的准则，以确保软件在机载环境中安全运行。该准则将软件分为五个级别的可靠性，从“无安全影响”到“灾难性”。

DO-178C不仅提供了安全措施，工程师们还一直在研究一些技术解决方案，以帮助使人工智能更加安全，并使其受到控制。其中一些包括：

• 安装一个外部监视器，从安全角度评估人工智能引擎的决定；
• 在程序中建立冗余，作为一种保障；
• 当未知或危险情况发生时，恢复到默认的安全模式；
• 回归到一个完整的静态程序，这样人工智能就不能自行进化；相反，人工智能将在程序运行后进行安全分析，并确定该程序是否安全。

沿着同样的思路，EASA提出了其他建议，以确保人工智能的安全：

• 保持一个人的指挥或循环
• 通过一个独立的人工智能代理来监控人工智能
• 通过传统的备份系统或安全网来检查人工智能的输出。

这里的关键启示是，为了监测人工智能并确保适当的安全水平，还有大量的工作要做，但人工智能代表了当今航空业最有前途的发展之一。如果利用得当，人工智能可以帮助确保航空业在持续快速的技术进步中拥有可持续的未来。

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