نظام الرؤية الاصطناعية

نظام الرؤية الاصطناعية ( SVS) هو نظام واقع افتراضي بوساطة الكمبيوتر للمركبات الجوية، يستخدم تقنية ثلاثية الأبعاد لتزويد الطيارين بوسائل واضحة وبديهية لفهم بيئة الطيران الخاصة بهم.

توفر الرؤية الاصطناعية للمشغلين إدراكًا شاملاً للوضع المحيط باستخدام قواعد بيانات التضاريس والعوائق والبيانات الجيوسياسية والهيدرولوجية وغيرها. يعتمد تطبيق نموذجي للرؤية الاصطناعية على مجموعة من قواعد البيانات المخزنة على متن الطائرة، وجهاز حاسوب لتوليد الصور، وشاشة عرض. ويتم الحصول على حلول الملاحة باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي.

يُستخدم نظام "الطريق السريع في السماء" (HITS)، أو "المسار في السماء"، غالبًا لتصوير المسار المتوقع للطائرة من منظور ثلاثي الأبعاد. ويكتسب الطيارون فهمًا فوريًا للحالة الحالية والمستقبلية للطائرة بالنسبة للتضاريس والأبراج والمباني وغيرها من معالم البيئة المحيطة.

ظهرت أنظمة مشابهة في ستينيات القرن الماضي، مع دخول طائرة غرومان إيه-6 إنترودر، وهي طائرة هجومية متوسطة محمولة على حاملات الطائرات، الخدمة في البحرية الأمريكية. صُممت طائرة إنترودر بمقاعد متجاورة للطاقم، وتميزت بنظام ملاحة/هجوم متطور يُسمى نظام الملاحة والهجوم الرقمي المتكامل (DIANE)، والذي ربط أنظمة الرادار والملاحة والبيانات الجوية في الطائرة بحاسوب رقمي يُعرف باسم AN/ASQ-61. عُرضت المعلومات من نظام DIANE لكل من الطيار والملاح/قاذف القنابل عبر شاشات عرض أنبوب أشعة الكاثود. وعلى وجه الخصوص، عرضت إحدى هذه الشاشات، وهي مؤشر العرض الرأسي AN/AVA-1 (VDI)، للطيار صورةً مُركبةً للعالم أمام الطائرة، وفي وضع تحديد التضاريس بالرادار (SRTC)، عرضت التضاريس التي رصدها الرادار، والتي عُرضت بعد ذلك على شكل خطوط مُشفرة تُمثل زيادات مُحددة مُسبقًا في المدى. سمحت هذه التقنية، التي تُسمى "التناظرية الاتصالية"، للطائرة A-6 بالتحليق ليلاً، وفي جميع الظروف الجوية، وعلى ارتفاعات منخفضة، وعبر التضاريس الوعرة أو الجبلية دون الحاجة إلى أي مراجع بصرية. ^{[ 1 ]}

طُوِّرت الرؤية الاصطناعية من قِبَل وكالة ناسا والقوات الجوية الأمريكية في أواخر سبعينيات القرن العشرين ^{[ 2 ]} وثمانينياته لدعم أبحاث قمرة القيادة المتقدمة، وفي تسعينياته كجزء من برنامج سلامة الطيران . وقد حفّز تطوير طائرات النقل المدني عالية السرعة أبحاث ناسا في ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين. في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، أدركت القوات الجوية الأمريكية الحاجة إلى تحسين إدراك قمرة القيادة للوضع المحيط لدعم قيادة الطائرات الأكثر تعقيدًا، وسعت إلى تطوير نظام الرؤية الاصطناعية (المعروف أيضًا باسم إلكترونيات الطيران ذات التنسيق التصويري ) كتقنية تكاملية لكل من الأنظمة المأهولة والأنظمة التي تُدار عن بُعد. ^{[ 3 ]}

المحاكاة والمركبات التي يتم التحكم فيها عن بعد

في عام 1979، قدم برنامج محاكاة الطيران FS1 من تصميم بروس أرتويك لجهاز الكمبيوتر الصغير Apple II استخدامات ترفيهية للرؤية الاصطناعية. ^{[ 4 ]}

استخدمت ناسا تقنية الرؤية الاصطناعية للمركبات المُسيّرة عن بُعد ، مثل منصة الاختبار الجوية عالية المناورة ( HiMAT ). ^{[ 5 ]} ووفقًا لتقرير ناسا، كان يقود الطائرة طيار من قمرة قيادة عن بُعد، حيث تُرسل إشارات التحكم من أجهزة التحكم في قمرة القيادة الأرضية إلى الطائرة، بينما تُرسل بيانات القياس عن بُعد إلى شاشات قمرة القيادة (انظر الصورة). ويمكن تهيئة قمرة القيادة إما بكاميرا أمامية لعرض الفيديو أو بشاشة عرض ثلاثية الأبعاد بتقنية الرؤية الاصطناعية. كما استُخدمت هذه التقنية لمحاكاة منصة HiMAT. ويشير سارافيان إلى أن الطيارين التجريبيين وجدوا أن العرض المرئي يُضاهي جودة الصورة الملتقطة بالكاميرا الموجودة على متن المركبة المُسيّرة عن بُعد. ^{[ 5 ]}

استخدمت محاكاة RC Aerochopper لعام 1986، التي طورتها شركة Ambrosia Microcomputer Products، تقنية الرؤية الاصطناعية لمساعدة الطيارين الطموحين في تعلم الطيران. تضمن النظام عصا تحكم متصلة بجهاز كمبيوتر Amiga وشاشة عرض. ^{[ 6 ]} احتوى البرنامج على قاعدة بيانات ثلاثية الأبعاد للتضاريس الأرضية، بالإضافة إلى بعض الأجسام الاصطناعية. كانت قاعدة البيانات هذه بسيطة، حيث مثلت التضاريس بعدد قليل نسبيًا من المضلعات وفقًا لمعايير اليوم. حاكى البرنامج الوضعية الديناميكية ثلاثية الأبعاد للطائرة باستخدام قاعدة بيانات التضاريس لإنشاء عرض ثلاثي الأبعاد. تم تعزيز واقعية شاشة تدريب الطيارين هذه من خلال السماح للمستخدم بضبط تأخيرات نظام التحكم المحاكي ومعايير أخرى.

استمرت أبحاث مماثلة في القوات المسلحة الأمريكية، وفي جامعات حول العالم. في الفترة 1995-1996، قامت جامعة ولاية كارولينا الشمالية بتشغيل طائرة بدون طيار من طراز F-18 بنسبة 17.5% باستخدام برنامج محاكاة الطيران من مايكروسوفت لإنشاء بيئة تضاريس ثلاثية الأبعاد. ^{[ 7 ]}

أثناء الطيران

في عام 2005، تم تركيب نظام رؤية اصطناعية على متن طائرة اختبار من طراز غلف ستريم V كجزء من برنامج ناسا "تحويل الأهداف إلى واقع". ^{[ 8 ]} وقد أدت الخبرة المكتسبة خلال هذا البرنامج إلى إدخال أنظمة الرؤية الاصطناعية المعتمدة في الطائرات المستقبلية. وبدأت ناسا إشراك الصناعة في أوائل عام 2000 مع كبرى شركات تصنيع إلكترونيات الطيران.

ساهم إريك ثيونيسن، الباحث في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا، في تطوير تقنية SVS. ^{[ 9 ]}

في أواخر عام 2007 وأوائل عام 2008، اعتمدت إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية نظام الرؤية الاصطناعية - شاشة العرض الأساسية للرحلة (SV-PFD) من شركة غلف ستريم لطائرات رجال الأعمال G350/G450 و G500/G550 ، حيث يعرض صورًا ثلاثية الأبعاد ملونة للتضاريس من بيانات نظام الإنذار الأرضي المحسن (EGPWS) من شركة هانيويل، مُدمجة مع رموز شاشة العرض الأساسية للرحلة. ^{[ 10 ]} ويحل هذا النظام محل الأفق الاصطناعي التقليدي ذي اللون الأزرق فوق البني .

في عام 2017، منحت شركة أفيداين شهادة اعتماد لتقنية الرؤية الاصطناعية لأنظمة الملاحة الجوية الخاصة بها . ^{[ 11 ]} كما توفر أنظمة قمرة القيادة الزجاجية الأخرى ، مثل جارمن جي 1000 وروكويل كولينز برو لاين فيوجن، تضاريس اصطناعية.

توفر إلكترونيات الطيران منخفضة التكلفة وغير المعتمدة رؤية اصطناعية مثل التطبيقات المتاحة لأجهزة الكمبيوتر اللوحية التي تعمل بنظام Android أو iPad من ForeFlight ، ^{[ 12 ]} Garmin، ^{[ 13 ]} Air Navigation Pro، ^{[ 14 ]} أو Hilton Software ^{[ 15 ]}

• "RTCA DO-315B" . IEEE . 2011-06-21. الحد الأدنى لمعايير أداء أنظمة الطيران لأنظمة الرؤية المحسّنة، وأنظمة الرؤية الاصطناعية، وأنظمة الرؤية المدمجة، وأنظمة الرؤية المحسّنة للطيران.
• "ED-179B - MASP لأنظمة الرؤية المحسّنة وأنظمة الرؤية الاصطناعية وأنظمة الرؤية المدمجة وأنظمة الرؤية المحسّنة للطيران" . EuroCAE . سبتمبر 2011.

• أنظمة تجنب تصادم الطائرات
• نظام رؤية طيران مُحسّن
• نظام الرؤية الخارجية
• نظام هبوط آلي

• "الرؤية الاصطناعية ستمنح الطيارين سماءً صافية طوال الوقت" . ناسا. 21-11-2004.
• ستيفن بوب (يونيو 2006). "وعد الرؤية التركيبية: تحويل الأفكار إلى واقع (افتراضي)" (ملف PDF) . موقع AIN الإلكتروني .