Когда компьютерное зрение заменит пилотов: интервью с Паскалем Траверсом, руководителем направления по изучению автономного полета Airbus

Автопилот изобрели еще в начале прошлого века. С тех пор технологии как будто бы стояли на месте: конечно, системы автоматического управления совершенствовались, но по-прежнему их применение было ограничено крейсерским полетом и посадкой. Были, конечно, эксперименты и с автоматическим взлетом – еще в 1947 году самолет Douglas C-54 Skymaster совершил полностью автоматический перелет из Канады в Великобританию по заданной программе – но с точки зрения техники это было примерно как положить кирпич на педаль газа в машине, отпустить руль и ехать по ровному полю. То есть, для какого-либо практического применения это решение было совершенно бесполезным.

Системы точного захода на посадку с применением радиомаяков практически не менялись с середины прошлого века: лишь улучшалась их точность, но принципиальные недостатки так и не исправили.

До сих пор для руления и взлета нужны пилоты. И это в эпоху, когда автомобили без водителя уже ездят по московским улицам! Движение же в аэропортах гораздо более упорядочено, поэтому при нынешнем уровне развития технологий его давно пора автоматизировать.

Решением этих проблем вот уже два года занимается Airbus в рамках проекта ATTOL. О том, что получается и с какими трудностями сталкиваются инженеры, нам рассказал Паскаль Траверс, руководитель направления по изучению автономного полета Airbus:

 

– Расскажите подробнее о проекте ATTOL: почему он был запущен?

Проект ATTOL (Autonomous Taxi, Take-Off and Landing, «автономные руление, взлёт и посадка») был запущен в июне 2018 года для изучения потенциала технологий автономного полета для коммерческой авиации. После двух лет испытаний демонстратора технологий, 24 июня этого года Airbus впервые в гражданской авиации успешно выполнил серию рулений, взлетов и посадок в полностью автоматическом режиме с использованием бортовой системы распознавания изображений. ATTOL разработана на базе уже существующей системы автоматической посадки самолетов Airbus и не требует использования внешнего или наземного оборудования, будь то курсо-глиссадная система (ILS), или GPS, в том числе с наземными системами дифференциальной коррекции для повышения точности позиционирования вроде GLS). Основная идея проекта заключалась в том, чтобы проверить, способна ли технология обработки изображений заменить ILS во время режима автопилота. Она имеет большой потенциал и уже используется в различных сферах, поэтому мы решили проверить, может ли она применяться на пассажирских самолетах.

Каковы основные результаты тестирований, проведенных в рамках проекта?

– Мы достигли определенных результатов в области эксплуатационных и технических характеристик.

В частности, реализовано полностью автономное руление, взлет и посадка с использованием автоматической системы обработки визуальной информации и бортовой системы распознавания изображений; если подробнее, то посадка с помощью технологии распознавания изображений на основе машинного обучения возможна в соответствии с требованиями CAT IIIa (высота принятия решения ниже 100 футов (30 м), видимость на взлетно-посадочной полосе не менее 700 футов (200 м); в первую очередь это актуально для большого количества аэропортов по всему миру, не оборудованных ILS.

С технической точки зрения основные достижение – это применение работающей в режиме реального времени системы с замкнутым контуром на основе машинного обучения для обнаружения отклонений от глиссады и определения посадочной дистанции с помощью машинного зрения. Также мы разработали автоматизированные инструменты для разметки данных в системе распознавания изображений, включая автоматизированную обработку и аннотацию данных, примечания и генерацию моделей. Мы сгенерировали большое количество искусственных изображений для обучения нейросети, способной обеспечить анализ изображений в реальном времени, необходимых для успешного автономного руления, взлета и посадки. Также мы построили вычислительный кластер, необходимый для обработки нескольких петабайт подготовленных данных и обучения алгоритмов на их основе. После завершения работы над ATTOL эта инфраструктура будет использоваться в рамках проекта Wayfinder инновационного центра Airbus в Кремниевой долине под названием Acubed.

– Каковы основные преимущества технологии ATTOL по сравнению с системой ILS?

Главное преимущество в том, что в мире очень мало аэропортов, оснащенных ILS наиболее точных категорий, позволяющих осуществлять полностью автоматическую посадку (autoland).  А вот комбинация данных спутниковых систем (GNSS) и бортовой системы компьютерного зрения может сделать автоматическую посадку доступной повсеместно.

Поскольку все датчики находится на борту, это позволит пилотам не зависеть от наземного оборудования аэродромов и увереннее чувствовать себя как на рулежной дорожке, так и на взлетно-посадочной полосе вне зависимости от размера и оснащенности аэропорта.

Помимо высокоточного определения положения самолета в пространстве, технология может использовать для других задач, например, заблаговременного обнаружения движущихся препятствий.

– Можно ли считать ATTOL альтернативой ILS?

– На сегодняшний день система была протестирована только в хороших погодных условиях и всего в нескольких аэропортах (с помощью компьютерного моделирования, а также в ходе натурных испытаний на обеих взлетно-посадочных полосах аэропорта Тулузы). Пока мы находимся на этапе демонстрации технологии. Инженеры Airbus провели полный цикл испытаний (сбор и обработка реальных данных, расчет отклонения в режиме реального времени, выдача управляющих команд) для проведения демонстрационных полетов, чтобы убедиться, что технология применима для решения поставленных задач. Однако многие аспекты (такие как резервирование систем, сертификация и прочие аспекты промышленного внедрения) все еще требуют дополнительной проработки, прежде чем оборудование сможет серийно устанавливаться на пассажирских самолетах.

– Как Airbus собирается использовать результаты этого проекта?

Полученные на данном этапе наработки будут использоваться на дальнейших этапах создания серийного продукта, о чем я только что сказал. Некоторые результаты станут основой для новых исследований или послужат для изучения отдельных функций, в частности, обнаружения препятствий и информирования пилотов.

– Каковы ориентировочные сроки массового внедрения ATTOL?

Что касается функций уведомления о движущихся препятствиях, то они могут быть реализованы в качестве дополнительного оборудования для уже существующих самолетов в ближайшие годы.

Функция полностью автоматического режима управления, вероятно, будет воплощена уже на новом самолете. Временные рамки для её ввода в эксплуатацию еще не определены и будут зависеть от ситуации на рынке. Возможно, это произойдет в следующем десятилетии.

– Расскажите, пожалуйста, подробнее о тестировании. Что конкретно было сделано?

– За последние 9 месяцев мы провели серию из 6 испытательных полетов, каждый из которых включал примерно 5 взлетов и посадок, а в ходе 2 из них тестировалось только руление), а также множество других подготовительных запусков.

Кроме того, в ходе порядка 450 различных испытательных полетов были собраны исходные видеоданные для разработки и настройки алгоритмов.

Летные испытания заняли в общей сложности 450 часов (приблизительно 12 из них пришлось на тестирование системы ATTOL с замкнутой петлей управления, то есть, полностью автоматическим режимом).

Летные испытания — всегда очень интересный период. У нас ушло около полутора лет на планирование и подготовку испытательных полетов. Для этого мы задействовали испытательный самолет, который использовался не только для ATTOL, но и для других задач по разработке и сертификации. Все эти полеты включали в себя руление к ВПП, один или несколько взлетов, столько же посадок и руление к месту стоянки. Все эти подготовительные рейсы также давали нам много данных, с которыми можно было работать и настраивать наши алгоритмы перед основными испытательными полетами.

– Какое оборудование устанавливалось на самолет в ходе испытаний?

– На нашем испытательном самолете было установлено специальное аппаратное и программное обеспечение. Данные от одного или нескольких датчиков (в зависимости от фазы полета) собирались и обрабатывались в режиме реального времени на специализированном оборудовании с помощью нескольких различных алгоритмов.

Мы протестировали несколько наборов алгоритмов, включая традиционные алгоритмы и алгоритмы на основе искусственного интеллекта. Данные, выдаваемые алгоритмами, объединялись с другими имеющимися данными (например, приборной скоростью) и затем генерировались команды для компьютера управления полетом (FCC)

 – Как отреагировали на технологию летчики-испытатели? Каковы их первые впечатления?

– Пилоты с большим энтузиазмом отнеслись к испытательной кампании, поскольку задача оказалась новой и довольно сложной. В итоге летчики-испытатели и летчики-инженеры стали первыми амбассадорами новой технологии, поскольку были весьма впечатлены возможностями системы и ее точностью.

Я процитирую слова капитана Бофиса: «В ходе испытаний поведение самолёта полностью соответствовало нашим ожиданиям. Во время выравнивания на ВПП и ожидания разрешения на взлёт от диспетчерской службы мы включили автопилот. Мы перевели двигатели во взлётный режим и наблюдали за работой систем ВС. Самолёт начал набирать скорость, автоматически придерживаясь осевой линии ВПП. Нос самолета начал автоматически подниматься, пока не достиг заданного угла тангажа при взлёте, и через несколько секунд мы поднялись в воздух».

Илья Шатилин

 

Биографическая справка

Паскаль Траверс, Лидер направления автономности Airbus.

Направления работы:

Системы самолета, ЭДСУ, кабина пилотов, сертификация, безопасность полетов, производство, управление проектами

Образование:

1981 – Степень магистра. Инженер по встроенным системам (ENSEEEIHT – университет в Тулузе)

1983 – Докторская степень. Информатика и автоматическое управление ( INPT – университет Тулузы)

 

Опыт:

2017– Лидер сквозного направления автономности Airbus

2013-2017 – Лидер департамента исследований и технологий Airbus по направлению “ Кабина пилотов и процедуры управления”

2011-2013 – Лидер проекта Airbus по оптимизации дизайна ВС

2011- 2008 – Руководитель направления по контролю качества  на линии финальной сборки А380

2005-2008 – Руководитель департамента Airbus “Безопасность и надежность систем”

2003-2005 – Старший эксперт по ЭДСУ в Airbus

1995-2003 –  Линейный менеджер Airbus по сертификации и дизайну ЭДСУ/ Со-председатель по гармонизации стандартов FAA/EASA

1985-1995 – Airbus: менеджер департамента дизайна ЭДСУ ( А320/А330/А340)

1984-1985 – Университет Калифорнии в Лос- Анджелесе. Научный сотрудник

1981-1988 – Научно-исследовательский институт анализа и архитектуры систем (Тулуза). Аспирант

 

Views:

Post navigation

1 1 голос
Article Rating
Подписаться
Уведомить о
guest
0 Comments
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии