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從軍用到民用 增強現實技術是如何讓航空飛行更安全的?

我們都曾經幻想坐在座艙裡, 在遠處的天邊漫遊。 很難找到一個沒有過飛行夢想的人。 但是飛行除了能給我們帶來滿足感之外, 沒有人能夠否認, 飛行還是一件很危險的事。 現在的飛機當然是非常高效而且安全的, 在製造時必須執行的極高的安全標準和維護工作使得事故概率變得極低。 不過, 飛行中真正的薄弱環節並不在於人們所想像的飛機的工程力學設計, 或者發動機, 或者控制面, 而在於飛行員。

最新的研究報導顯示, 所有的飛行事故中有85%是由於飛行員的誤操作。 雖然在商業航空領域的事故概率在最近幾年有所降低, 但總體上看, 基本沒有什麼變化。 在個人飛行領域, 事故概率在最近十年間上升了20%。

民用航空領域的增強現實應用

通過這些資料, 很容易就可以發現飛行員存在問題, 不過, 還有更多的問題。 Richard Collins在其文章《Was it Really Pilot Error – Or Was it Something Else?》中曾經很直接地指出了真正的問題所在--“飛行員們並不是故意犯錯的,

不過, 他們犯錯是因為沒有更好的解決辦法。 ”

任何一個曾經駕駛過飛機(或者曾經嘗試過桌上出版的飛行模擬器)的人都會告訴你, 飛行並不容易。 即使是看一下塞斯納172飛機的操作說明, 就能讓一個飛行學員頭腦混亂。 更不必說那些操作波音737飛機的飛行員了, 畢竟這架飛機包含上百個開關和錶盤。

飛行員們需要在做出最簡單的決定之前, 綜合考慮大量的資訊。 這時, 錯誤就可能會失去控制。 瞭解設備資訊、地形地勢和天氣資訊並且做出決定, 會是非常枯燥但非常快的。 作為飛行員, 我知道這種情節會可能會有多危險。

這裡就需要增強現實了。 飛行員出錯的原因並不都在於沒有獲得足夠的資訊, 而是同時呈現太多的資訊, 可能會導致分析癱瘓。 而使用AR應用, 那些具有重大意義的資訊能夠在需要時, 以一種直觀的方式呈現給飛行員, 這樣一來他們就可以專注於當前的任務。

將AR應用於飛行中並不是最近才開始的,

實際上, 它早已投入使用了。 今天, 每一款四代以上的戰鬥機都會包含標準的抬頭顯示器HUD, 可以在飛行員面前的一片玻璃上呈現極為重要的導航資訊、飛行資訊、目標資訊以及與任務相關的其他資訊。 這是為了保證飛行員在空中鏖戰時無需低頭查看其他設備。 第五代戰鬥機F-35 閃電2更進一步, 它在飛行員的頭盔中安裝了一套完整的AR設備。 可以讓飛行員獲得史無前例的360°態勢感知, 甚至是視覺穿透能力。

現在, 很多技術都開始從軍用領域進入到民用市場, 像是Aero Glass這樣的初創團隊正在進軍傳統的飛行領域。 隨著硬體價格的下降和視覺化技術的進步, AR終於可以在商用飛行領域亮相, 並且能夠實現姍姍來遲的成就。

來自奧迪、寶馬和豐田的許多汽車都開始使用HUD, 並且可以很容易地給其他汽車找到協力廠商配件。 當然也可以將其應用於飛行系統。

AR如何幫助飛行員

正如過去所說的那樣, AR應用于飛行時的首要功能, 是根據需要呈現重要資訊。 今天的AR系統可以360° 3D的視覺化展現地形地勢、導航、空中交通、設備資訊、天氣和空域資訊, 並且是以很容易理解的形式。 下面是AR能夠説明飛行員的幾種方式。 圖片來自正在運行的Aero Glass產品原型。

圖片:AR跑道標記能夠在滑行和起飛時引導飛行員

比如一個飛行員準備好要滑行了。他們的AR頭顯能夠列出一個虛擬的清單,説明他們做好飛行前的檢查。在檢查完成之後,頭顯能夠呈現跑道的資訊,引導飛行員進入預定跑道。同時飛行員還可以收到其他正在滑行/降落/起飛的飛機發來的警告資訊。

圖片:AR圖層和資訊能夠被疊加在跑道上,讓降落變得更簡單

同樣的,當飛行員準備好要起飛或降落時,AR系統能夠呈現一個簡單的通道式圖層,展示出正確的路線。這是非常有用的,因為起飛和降落是飛行中風險最大的環節。由於飛行員離地面很近,任何的風險都需要快速處置。通過告訴飛行員哪些需要處理,AR系統能夠幫飛行員減少疏漏,讓起飛和降落更簡單,更安全。

圖片:疊加的通道圖層能夠讓飛行員瞭解到是否偏離航線

最後,AR系統在巡航階段也是非常有用的。包括水平儀、航點、天氣更新、飛行計畫、管制區域和地形地勢在內地重要資訊都能展現出來,以提供完整的態勢感知。

顯示的這些資訊還可以個性化,以配合飛行員的喜好,其中的不同模式也可以啟用或關閉。值得注意的是,這一系統需要極高的精確度,以保證正常運行。因為即使是圖層間最細小的區別也可能會引起嚴重的,甚至是致命的後果。

除了飛行,AR還有哪些應用場景

雖然上面提到的AR應用場景是非常明確並且久經考驗的,這種技術也展示了其他領域的使用潛力。維修和操作行業(MRO)就是這樣一個領域,能夠從AR中獲益。培訓和認定一位技師會是非常貴並且費時的。在美國,最多需要八年的時間,一位技師才能獲得完整的資質。主要是由於培訓通常是需要親自上手操作的,並且有時要使用設備也是很困難的。

AR/VR/MR在該領域的價值都是不可估量的。通過創作出真實部件的虛擬形象,技師們可以在安全的環境中進行技能培訓,並且在培訓次數上不受限。他們可以將手放在虛擬部件上,就像操作真正的部件那樣與之互動。基於AR/VR的指導可以降低培訓專業人員所需的時間和資金成本,同時讓培訓過程完全不會遇到危險。

圖片:一個AR的虛擬汽車可以引導司機前往目的地

同樣的,雖然抬頭顯示器HUD已經出現在汽車行業,但遠遠沒有突破其潛力。可穿戴的AR系統能夠為司機們提供360°的態勢感知,就像飛行員們那樣,可以讓司機們更加安全地駕駛。比如地標建築、導航資訊和潛在的危險等資訊能夠呈現在司機眼前,這樣他們就無需從路上移開視線。

有些人持有這種觀點:自動化會是民用和軍用航空領域的未來。毫無疑問,自動駕駛和感測器技術正在取得巨大進步,並且也讓飛行更加安全了。但是正如人們常說的,技術在任何時候都不可能替代飛行員,雖然他們容易產生誤操作。

以1549號航班事件(電影《薩利機長》的原型)為例。這架飛機從紐約飛往北卡羅來納州夏洛特的時候,剛剛起飛三分鐘就遭遇了小鳥的撞擊,讓兩台發動機都出現了故障。在發現無法返航,且無法轉向新澤西的帝特波羅機場之後,飛行員決定將飛機迫降到哈德遜河裡,並且成功地救下了飛機上所有的155名乘客。現在該事件被譽為“哈德遜河的奇跡”。這場事故告訴人們,人的因素是不能被忽視的,因為機器是無法做出這種決定的。

增強現實應用,比如由Aero Glass開發的這些能夠在未來幫助飛行員們避免代價高昂的失誤,讓他們迅速做出決定,拯救生命。雖然該技術還處在開發階段,但該技術將帶來的安全方面的改善,值得我們的等待。

圖片:AR跑道標記能夠在滑行和起飛時引導飛行員

比如一個飛行員準備好要滑行了。他們的AR頭顯能夠列出一個虛擬的清單,説明他們做好飛行前的檢查。在檢查完成之後,頭顯能夠呈現跑道的資訊,引導飛行員進入預定跑道。同時飛行員還可以收到其他正在滑行/降落/起飛的飛機發來的警告資訊。

圖片:AR圖層和資訊能夠被疊加在跑道上,讓降落變得更簡單

同樣的,當飛行員準備好要起飛或降落時,AR系統能夠呈現一個簡單的通道式圖層,展示出正確的路線。這是非常有用的,因為起飛和降落是飛行中風險最大的環節。由於飛行員離地面很近,任何的風險都需要快速處置。通過告訴飛行員哪些需要處理,AR系統能夠幫飛行員減少疏漏,讓起飛和降落更簡單,更安全。

圖片:疊加的通道圖層能夠讓飛行員瞭解到是否偏離航線

最後,AR系統在巡航階段也是非常有用的。包括水平儀、航點、天氣更新、飛行計畫、管制區域和地形地勢在內地重要資訊都能展現出來,以提供完整的態勢感知。

顯示的這些資訊還可以個性化,以配合飛行員的喜好,其中的不同模式也可以啟用或關閉。值得注意的是,這一系統需要極高的精確度,以保證正常運行。因為即使是圖層間最細小的區別也可能會引起嚴重的,甚至是致命的後果。

除了飛行,AR還有哪些應用場景

雖然上面提到的AR應用場景是非常明確並且久經考驗的,這種技術也展示了其他領域的使用潛力。維修和操作行業(MRO)就是這樣一個領域,能夠從AR中獲益。培訓和認定一位技師會是非常貴並且費時的。在美國,最多需要八年的時間,一位技師才能獲得完整的資質。主要是由於培訓通常是需要親自上手操作的,並且有時要使用設備也是很困難的。

AR/VR/MR在該領域的價值都是不可估量的。通過創作出真實部件的虛擬形象,技師們可以在安全的環境中進行技能培訓,並且在培訓次數上不受限。他們可以將手放在虛擬部件上,就像操作真正的部件那樣與之互動。基於AR/VR的指導可以降低培訓專業人員所需的時間和資金成本,同時讓培訓過程完全不會遇到危險。

圖片:一個AR的虛擬汽車可以引導司機前往目的地

同樣的,雖然抬頭顯示器HUD已經出現在汽車行業,但遠遠沒有突破其潛力。可穿戴的AR系統能夠為司機們提供360°的態勢感知,就像飛行員們那樣,可以讓司機們更加安全地駕駛。比如地標建築、導航資訊和潛在的危險等資訊能夠呈現在司機眼前,這樣他們就無需從路上移開視線。

有些人持有這種觀點:自動化會是民用和軍用航空領域的未來。毫無疑問,自動駕駛和感測器技術正在取得巨大進步,並且也讓飛行更加安全了。但是正如人們常說的,技術在任何時候都不可能替代飛行員,雖然他們容易產生誤操作。

以1549號航班事件(電影《薩利機長》的原型)為例。這架飛機從紐約飛往北卡羅來納州夏洛特的時候,剛剛起飛三分鐘就遭遇了小鳥的撞擊,讓兩台發動機都出現了故障。在發現無法返航,且無法轉向新澤西的帝特波羅機場之後,飛行員決定將飛機迫降到哈德遜河裡,並且成功地救下了飛機上所有的155名乘客。現在該事件被譽為“哈德遜河的奇跡”。這場事故告訴人們,人的因素是不能被忽視的,因為機器是無法做出這種決定的。

增強現實應用,比如由Aero Glass開發的這些能夠在未來幫助飛行員們避免代價高昂的失誤,讓他們迅速做出決定,拯救生命。雖然該技術還處在開發階段,但該技術將帶來的安全方面的改善,值得我們的等待。

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