中国人工智能学会系列白皮书⸺智能航空2024

中国人工智能学会二○二五年十一月 中国人工智能学会系列白皮书⸺智能航空2024 中国人工智能学会二○二五年十一月 《中国人工智能学会系列白皮书》编委会 主任：戴琼海 执行主任：马华东 副主任：赵春江何友王恩东郑庆华刘成林周志华孙富春庄越挺胡德文杜军平杨强 委员：陈松灿董振江付宜利高新波公茂果古天龙何清胡清华黄河燕季向阳蒋田仔林浩哲梁吉业刘奕群潘纲石光明孙茂松孙长银陶建华王海峰王熙照王轩王蕴红吴飞于剑余有成张化光张学工章毅周鸿祎周杰祝烈煌 目录 引言......................................................4 第一章智能航空系统概述...................................7 1.1智能航空概念......................................71.2智能航空主要子系统构成............................81.2.1飞行器载荷与任务智能系统..........................................81.2.2航空运行与交通管理智能系统....................................101.2.3航空综合保障与服务智能系统....................................111.3智能航空的关键优势...............................121.3.1装备制造领域优势........................................................131.3.2态势感知领域优势........................................................141.3.3自主决策领域优势........................................................151.3.4飞行控制领域优势........................................................171.3.5航空管理领域优势........................................................181.3.6维护保障领域优势........................................................201.3.7飞行训练领域优势........................................................21 第二章智能航空发展情况..................................23 2.1国外智能航空发展情况.............................23 2.1.1美国发展概况与典型案例............................................232.1.2俄罗斯发展概况与典型案例........................................29 2.1.3欧洲发展概况和典型案例............................................32 2.2.1发展背景与战略意义....................................................392.2.2政策环境与规划动向....................................................472.2.3重点领域应用进展........................................................502.2.4面临的瓶颈及对策建议................................................54 第三章智能航空技术情况..................................60 3.1智能航空核心技术分析..............................603.1.1人工智能与机器学习技术............................................613.1.2物联网（IoT）技术......................................................633.2智能航空技术典型应用场景.........................653.2.1飞行控制与导航系统....................................................653.2.2航空器健康管理与维护................................................653.2.3飞行数据分析与决策支持............................................663.2.4客户服务与个性化体验................................................663.2.5无人驾驶飞机与无人机................................................673.3典型案例与实践分析...............................673.4智能航空核心技术发展趋势.........................70 第四章智能航空重点领域分析..............................74 4.1智能无人系统自主能力测试与评估技术...............75 4.2先进航空机载系统能量综合与智能管理...............784.3航空环境智能态势感知技术.........................814.4跨速域大空域高超飞行器气动布局设计...............854.5先进飞行器智能控制理论与方法.....................914.6低空飞行安全架构设计和数字化试验.................974.7航空发动机智能设计与诊断........................102 第五章智能航空发展趋势.................................108 5.1全球智能航空技术演进趋势........................1085.2我国智能航空重点建设方向........................1115.3智能航空前景展望与挑战..........................113 参考文献................................................116 引言 近年来，科技进步推动航空产业迎来迅猛发展。但在这一快速发展的背后，航空产业仍面临诸多挑战：飞行安全风险、航班延误频发、成本不断攀升、环境污染加剧、旅客服务体验亟需提升，以及空域资源紧张等难题。面对这些挑战，人工智能技术被视为破局的关键。与此同时，全球主要军事大国正积极推进人工智能在军用航空领域的应用，预示着未来空战将迈向高度自主化、智能化的新纪元。在此背景下，发展人工智能航空显得尤为迫切。人工智能技术的融入，将在确保飞行安全和国家安全、优化航班运行效率、降低运营成本、提升旅客服务体验、实现空域管理智能化等方面发挥关键作用。进一步深度融合人工智能与航空产业，将有力推动航空业的转型升级，助力航空产业迈向可持续发展的新阶段。 在2024年7月15日至18日召开的党的二十届三中全会上，通过的《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》(以下简称《决定》)明确提出，要加强关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，加强新领域新赛道制度供给，建立未来产业投入增长机制，完善推动新一代人工智能、航空航天等战略性产业发展政策和治理体系，引导新兴产业健康有序发展。《决定》将人工智能与航空航天列为战略性产业，不仅明确了两者的战略地位， 更深刻阐述了加速推进人工智能航空建设的重大意义与紧迫性。人工智能航空的发展，不仅是推动我国航空产业转型升级、迈向高质量发展的关键步骤，更是关乎国家安全和长远发展的重大战略。它对于提高我国航空安全标准、保障国家安全、优化航空资源分配、提升航空运输效率、降低运营成本、促进绿色环保发展，以及增强我国在国际航空舞台上的竞争力，都将产生深远的影响。人工智能航空技术的深度应用，将有力捍卫国家领土安全，满足人民群众日益增长的出行需求，为我国航空业的持续繁荣和健康发展注入新的动力，助力我国在全球航空市场中占据更加重要的地位，展现大国担当。 在中央和各级政府部门的密切关注与支持下，人工智能航空的发展已纳入国家战略的宏伟蓝图，成为国家发展不可或缺的一部分。这一战略的实施，将引领我国航空产业迈向更加智能化、高效化、安全化的未来，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献航空智慧与力量。 自21世纪初以来，我国航空产业迈入了飞速发展的新纪元，取得了举世瞩目的辉煌成就。从大飞机项目的启动，到国产大型客机翱翔蓝天的壮丽时刻；从航空发动机自主研发的不懈追求，到无人机技术不断刷新的创新纪录，我国航空事业正稳步向世界一流水平迈进。在这一历史进程中，人工智能作为新一轮科技革命与产业变革的先导力量，正以前所未有的速度渗透并重塑各行各业。航空产业，作为国家经济的重要支柱，与人工智能技术的深度融合，不仅为我国航空事业 的持续进步注入了强劲的新活力，也为全球航空业的转型升级开辟了新的可能性。 本白皮书旨在概述人工智能航空的概念与特点、全球主要国家人工智能航空的发展历程与现状、未来趋势、关键技术及重点应用领域，以及我国人工智能航空的发展动态。受限于篇幅，书中内容未能面面俱到，建议感兴趣的读者参考相关专业文献与著作，以获取更深入、全面的认识。本报告在编纂过程中，广泛搜集了国内外航空智能化领域的最新研究成果，并深度结合了行业实际应用案例。在此，对为本书编写提供宝贵资料与专业支持的专家学者表示诚挚的感谢 第一章智能航空系统概述 1.1智能航空概念 人工智能是关于知识的科学，即怎样表示知识，怎么获得知识并使用知识的科学。而航空科学与技术是以数学、物理学以及现代技术科学为基础，以飞行器设计、推进理论与工程、制造工程、人机与环境工程等专业为主干的高度综合的学科体系。人工智能与航空科学技术作为两个高度复杂的学科体系，其交叉融合呈现出多维度、深层次、系统性的特征[1]。而人工智能航空学是一门融合了人工智能技术与方法的学科，专注于在航空领域的深入研究和广泛应用。目前，鉴于人工智能与航空领域的分支众多且复杂，对于人工智能航空学的界定尚未形成统一的认识。鉴于此，众多专家学者根据人工智能在航空领域的多样化应用，提出了多种细分的概念和定义。比如，雷宏杰等人针对人工智能面向作战需求指出，军用航空人工智能是针对航空军事任务场景，面向作战需求，研究和制造在人类给定的具体目标下，能够通过感知、认知、决策、执行过程达成给定目标的航空装备及其相关产品的科学与工程[2]。姜超等人则指出，在军用航空装备领域，人工智能技术的介入将会使航空武器装备实现从“数据优势”、“信息优势”、“知识优势”到“决策优势”的飞越，实现航空武器装备的智能化升级换代。通过充分利用人工智能和自主技术的先进成果，对自 主学习、人机交互、人机协同、人机联合等方面进行集中研究，压缩作战人员在观察、定向、决定、行动循环中的时间，实现多域联合作战指挥和控制，提高作战能力，取得未来战争的制胜权[3]。此外，为了落实“十四五”规划中人工智能赋能民航的要求，民航局于2022年1月发布了《智慧民航建设路线