为什么人工智能时代空中交通管制仍然需要人性化

经过几个小时的例行操作后，空中交通管制员接到一架小型飞机的无线电呼叫，该飞机的驾驶舱指示器无法确认飞机的起落架是否已展开以便着陆。

管制员安排飞行员在塔台附近低空飞行，以便管制员可以目视检查飞机的起落架。 一切看起来都很好。 “看起来你的起落架已经放下了，”管制员告诉飞行员。

管制员要求机场消防车做好准备以防万一，飞机安全返回着陆。 这样的场景经常上演。

在空中交通管制系统中，一切都必须满足最高安全水平，但并非一切都按计划进行。

与此形成鲜明对比的是，未来人工智能“飞行员”驾驶自主飞机仍然是科幻小说中的愿景，配备自主空中交通管制系统，可以像路由器在互联网上传输数据包一样轻松地处理飞机。

我是一名航空航天工程师，根据国会的要求，我领导了一项美国国家科学院关于空中交通管制人员配置的研究。

研究人员正在不断研究使空中交通管制系统元件自动化的新技术，但技术只能执行设计期间计划的功能，因此无法修改标准程序。

正如上述情况所示，在未来很长一段时间内，人类可能仍然是空中交通管制的必要核心组成部分。

空中交通管制员做什么

美国联邦航空管理局关于空中交通管制员责任的基本指南规定：“空中交通管制系统的主要目的是防止飞机发生碰撞。”

空中交通管制员还负责提供“安全、有序和快捷的空中交通”以及其他支持安全的服务，例如帮助飞行员尽可能避开山区和其他危险地形和恶劣天气。

空中交通管制员的工作各不相同。 塔台控制器提供本地控制，允许飞机起飞和降落，确保它们安全地间隔开。

他们还提供地面控制，引导飞机滑行，并在飞行前一天通知飞行员飞行计划和潜在的安全问题。

塔台管制员在一些显示器的帮助下，但大多从塔台向外看，并通过无线电与飞行员交谈。

在由美国联邦航空局管制员配备的较大机场，地面监视显示器向管制员显示机场地面上的飞机和其他车辆。

另一方面，进场和途中控制器则位于黑暗安静的房间中的大型显示器前。 他们通过无线电与飞行员沟通。

他们的显示器在地图视图上显示飞机的位置以及空域边界和路线的主要特征。

美国的 21 个航路控制中心负责管理机场之间和机场上方的交通，因此通常会以更高的速度和高度飞行。

进场控制设施的管制员在起飞后将离场飞机从本地控制转移到航路空域。

他们同样从航路空域接收抵达的飞机，将其与着陆进场对齐，然后将其交给塔台管制员。 每个显示器上的控制器管理一个扇区内的所有流量。

扇区的大小各不相同，从几立方英里（重点关注飞机在繁忙机场着陆的顺序）到跨越超过 30,000 立方英里（125,045 立方公里）的航路扇区（在飞机很少飞行的情况下）。

如果某个扇区繁忙，第二个甚至第三个控制器可能会提供帮助，或者该扇区可能会分成两个，由另一个显示器和控制器团队管理第二个。

技术如何提供帮助

空中交通管制员的工作压力很大，容易疲劳和信息超载。

公众对越来越多的千钧一发的担忧使人们关注技术老化和人员短缺，导致空中交通管制员强制加班。

新技术可以帮助缓解这些问题。 空中交通管制系统正在以多种方式融入新技术。

美国联邦航空局的下一代航空运输系统计划正在为管制员提供更多、更准确的信息。

管制员的显示屏最初只显示雷达跟踪。 他们现在可以利用途中自动化现代化系统中有关每个航班的所有已知数据。

该系统集成了雷达、通过自动相关监视广播从飞机发出的自动位置报告、天气报告、飞行计划和飞行历史。

系统有助于向管制员发出飞机之间或距离高地或建筑物太近的飞机之间潜在冲突的警报，并向管制员提供建议，以将飞机排序为平稳的交通流。

2023 年 11 月 9 日，美国联邦航空局 (FAA) 首席运营官蒂莫西·阿雷尔 (Timothy Arel) 在向美国参议院就机场安全问题作证时表示，政府正在开发或改进多个空中交通管制系统。

研究人员正在使用机器学习来分析和预测空中交通和空中交通管制的各个方面，包括城市之间的空中交通流量和空中交通管制员的行为。

技术如何使事情变得复杂

新技术还可以以新型飞机的形式给空中交通管制带来深刻的变化。

例如，现行法规大多限制无人驾驶飞机在距地面 400 英尺（122 米）以下且远离机场的地方飞行。

这些是急救人员、新闻机构、测量员、送货服务和爱好者使用的无人机。

然而，一些新兴的无人驾驶飞机公司提议在受控空域飞行。 一些计划让他们的飞机沿着常规航线飞行，并通过语音无线电与空中交通管制员正常互动。

其中包括 Reliable Robotics 和 Xwing，它们分别致力于实现小型货运飞机 Cessna Caravan 的自动化。

其他公司则瞄准新的商业模式，例如先进的空中交通、小型高度自动化电动飞机的概念​​——例如电动空中出租车。

这些将需要截然不同的路线和程序来处理空中交通。

期待意想不到的事情

空中交通管制员的日常工作可能会因需要特殊处理的飞机而中断。 这可能包括从紧急情况到医疗航班或空军一号的优先处理。

管制员有责任和灵活性来调整他们管理空域的方式。 空中交通管制一线的需求与人工智能的能力不匹配。

人们期望空中交通将继续成为有史以来最安全的复杂高科技系统。

它通过在实际情况下遵守程序（这是人工智能可以做到的）来实现这一标准，并通过在发生计划外事情或实施新操作时进行调整和运用良好的判断来实现这一标准——这是当今人工智能的一个显着弱点。

事实上，正是在情况最糟糕的时候——当管制员弄清楚如何处理存在严重问题、机场危机或由于安全问题或基础设施故障而导致大范围空域关闭的飞机时——管制员对安全的贡献是最大的。

此外，管制员并不驾驶飞机。 他们与其他人沟通和互动来引导飞机，因此他们的责任从根本上来说是作为团队的一部分——这是人工智能的另一个显着弱点。

作为一名工程师和设计师，我对人工智能分析过去空中交通运营大数据记录的潜力感到最兴奋。

例如，更高效的飞行路线。 然而，作为一名飞行员，我很高兴在无线电中听到管制员平静的声音，如果我遇到问题，可以帮助我快速安全地着陆。

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编者注：本文由宾夕法尼亚州立大学航空航天工程教授 Amy Pritchett 撰写，并根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布。 阅读原文。