新工科背景下智能空地融合载具管控实验中心的建立与实践

蒋珍菊，唐洁，刘克剑，何锡辉，李秋实

（西华大学，四川 成都 610039）

0 引言

交通是兴国之要、强国之基。建设交通强国，是满足人民日益增长的美好生活需要的必然要求，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求，是顺应世界交通发展大势的客观需要[1]。本文在新工科背景下构建智能空地融合载具实验中心，打破传统地面交通运输工具及地面交通运输管理体系的束缚，以人工智能飞速发展为牵引，将交通运输一级学科与航空宇航科学与技术一级学科进行深度交叉，并融合新能源、新材料等新兴领域的前沿技术，建设安全、便捷、高效、绿色、经济的空地一体交融平台。建立融合多方资源，打造立体互联、质量卓越的空地融合载具的实验中心，引领我国交通领域的原创性技术突破，为我国重大经济产业领域实现创新引领发展和为高校新工科建设添砖加瓦。

1 智能空地融合载具管控实验中心建立的必要性

1.1 智能空地融合载具管控实验中心建立是新工科建设的迫切要求

教育部于2016年提出了“新工科”建设，形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等纲领性文件。我国工程教育发展迎来了新阶段，在人才培养中贯穿高等教育新思维和人才培养新方式，在知识结构体系中贯穿新业态、新技术，适应新产业和新经济发展需求，具有十分重要的战略和现实意义。

为适应新工科发展，培养引领新技术、新产业的创新型工程科技人才，需要总览“新的工科专业、工科的新要求”。建设注重学科、专业的实用性、交叉性、融合性与综合性，强调信息新技术与传统工业技术的紧密结合。对现有工科人才培养尤其是实践教学体系进行深入改革，促进学科、专业深度交叉融合，改变传统的工科专业过窄过细的弊端，提升学生解决复杂工程问题的水平和提高其科技创新能力，需要建立交叉融合的实践教学平台[2]。

1.2 智能空地融合载具管控实验中心建立顺应产业链发展需求

交通运输是指使用运载工具将货物或者旅客送达目的地，包括陆路交通运输、水路交通运输、航空交通运输和管道运输等，是世界各国的支柱产业，更是我国国民经济的命脉。国家指出要重点研究低空多用途通用航空飞行器等新型运载工具，重点开发新一代综合交通管理系统和信息平台[3]。同时提出“要科学推广改革试点，扩大低空空域真高至3000米的目标”，极大加快了低空开发步伐[4]。

西华大学于2017年将航空航天学科作为新增长领域，在车辆工程、能源与动力工程等国家级特色专业、交通工程四川省特色专业基础上，大力引进航空航天领域高端人才，为实现多学科的交叉融合，建设西华特色的空地融合载运工具及其应用提供必要的保障。

1.3 智能空地融合载具实验中心建立是国内外发展趋势必然结果

据空中客车公司预测，到2030年全世界的城市人口比例将从现在的50%上升到60%，届时，城市及城市群之间的交通拥堵问题将愈发严重[5]。而互联网、人工智能和新能源技术等新业态快速发展，催生着新的交通方式变革。

飞行汽车用途非常广泛，在应对紧急情况方面如警用、消防、边境巡逻、救援和急件投递等有着独特的优势。飞行汽车的实际应用和商业化发展还面临着性能、造价等方面的制约，建立智能空地融合载具实验中心，研究电动化、智能化技术，推动飞行汽车从设想走向实际应用成为必然。空地融合载运工具的技术成熟、走向规模化应用，必须开发空地协同的低空管控系统，这既可以帮助空中载具避开任何空域的障碍，又能遵守管理飞行规则，保证空地交通的安全和高效。而以智慧交通为建设目标，建立人工智能和交通运输等学科深度融合的实验中心，是实现低空空域协同管控的必然。

2 智能空地融合载具管控实验中心建设内容

2.1 学科交叉创新实践平台建设

实验中心为解决空地一体化载具复合空气动力学设计和气动增升设计、油电混合动力系统设计、智能控制技术、短距/垂直起降推进系统、基于5G的空地通信技术及管理等关键技术，提出总体设计、气动、结构、材料等多学科综合新能源动力技术、智能飞控技术等理论，建立空地一体化、空地混合动力，综合控制以及智能交通系统。

经过综合平台的联网使智能空地融合载具成为真正融合信息大数据的学科交叉创新实验中心，学科创新实践平台面向全校学生，支持跨学科的大学生“三创”活动和学科竞赛，切实服务人才培养，形成了如图1所示包括载具总体设计、动力系统、综合控制系统和智能交通管理系统等的中心学科交融体系。

2.2 虚实结合平台体系建设

中心以现有的虚拟仿真实验项目为基础，结合低空空域实现技术的需求，通过虚实结合的教学方式，搭建虚仿实验和实践教学有机统一的实践平台，实现基于智能空地融合载具的工程研究，培养学生解决复杂工程问题的能力。通过虚仿实验，解决载具设计高成本问题。通过模拟低空空域条件下的实验环境，在技术参数中设置不同外部环境的影响，让每个学生都有反复操作和独立思考的锻炼机会，通过对采集的数据分析处理，提出新的模型，反复优化方案，最后转化为虚实结合的实践平台，实现培养学生综合素质的教育目标。

2.3 师资队伍建设

中心采取内培外引等措施，配备和培养具有丰富的教育教学改革和高水平科学研究的教师团队，一方面加大对青年教师的培养，将其深厚的理论知识转化为实践成果；另一方面联合相关行业领域专家，带着课题进入实践中心，为学生提供多元化的知识能力培养路径，促进中心实验教学水平的提升。

3 智能空地融合载具管控实验中心管理运行探索

3.1 中心管理实行两级管理模式

学校提供充分的制度保障，在资源分配上确保实践平台人才计划单列，形成了相对独立的二级机构。实验中心设立了由长江学者为引领的国内外知名专家及相关学科领域专业技术带头人组成的实验中心核心团队，形成了实践平台的技术咨询决策机构。主任负责实践平台的总体规划，各项目组实现各类人才交叉培养项目载体和实现路径，将高水平复合型人才培养目标贯穿实验中心运行全周期。

3.2 中心实施开放运行模式

实验中心以人才培养目标为导向，采取自主研发和产学研用协同作用等方式，引进龙头企业、研究机构、政府相关部门联合承担人才培养和进行智能空地融合载具及管控技术和装备研发。实验中心通过政府、科研院所、相关企业和专业实践基地深度合作，形成面向学生团体的多个开放课题，以“三创”项目为基础，推广智能空地融合载具及管控相关新技术、新产品和新装备。实验中心以专业实践、工程实践和创新实践能力培养为导向，以学生为中心的探究式学习模式为目标，系统推进实验内容重构，教学方式和教学手段变革，支撑机械类、交通运输工程类、动力工程类、电气工程类、计算机类等专业群课程实验教学的专业综合实验平台，为培养面向未来智能空地融合载具的设计、制造及具有创新意识和创新精神及和跨界融合的复合型创新型人才提供实现平台。

4 结语

实践中心的建立以国家对智能空地交通的战略需求为目标，以空地融合载具管控实验中心为核心，分解人才培养单元，通过学科交叉融合，为区域经济发展提供智力支撑。在实践平台中，通过研究成果提出行业技术标准、规范，为学校培养实践能力强，具有创新意识和精神的人工智能、新能源、新材料、低空空域领域的复合型、创新型新工科人才，促进学校专业和学科建设。实验中心的建立既是服务国家军民融合和交通强国战略的客观需要，又是推动四川省低空空域协同管理试点、促进通航产业快速发展的重要引擎，还是发展科技、综合交通的重要举措，具有十分重要的战略意义和现实价值。