摘要：人工智能与数学学科交叉融合是建设科技创新体系的必备科学工具，是解决民航领域重大基础理论问题的关键科学工具。本研究结合并使用民航业现有条件，在现有的实验室的基础上进行升级改造，建设了人工智能与应用数学学科交叉融合科研平台。

　　一、人工智能与数学学科交叉融合的重要意义

　　目前中国民航正处于从民航大国向民航强国转型的关键阶段。习近平总书记曾指出：“民航业是重要的战略产业，要始终坚持安全第一，严格行业管理，强化科技支撑，着力提升运输质量和国际竞争力，更好服务国家发展战略，更好满足广大人民群众需求[1]。”这些都对民航业的人才培养和科学研究提出了更高要求，但眼下民航高质量人才的培养和供给尚不能满足民航迅猛发展的客观需求，特别是数学、统计等基础理科专业对民航高质量发展的支撑能力不足，短板明显。数学研究工作是建设科技创新体系的必备科学工具，是实施民航强国战略，解决民航领域重大基础理论问题的关键科学工具。比如：空域规划与流量控制、航班的优化调度、空管运行质量控制、基于滑行数据的发动机状态监控及预测、航空公司的航班调度和收益管理系统等，恰恰这些重要研究领域背后的科学问题均是研究数学模型、数学计算方法、数据挖掘等数学和统计学问题。

　　近年来，我国高等教育转向内涵式发展道路，相继出台了国家中长期教育改革和发展规划纲要等重要顶层设计文件[2]。2018年，国务院发布了《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》，强调强化基础研究，对数学、统计、物理等重点基础学科给予更多倾斜[3]。2018年，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，要求推进“新工科”建设。社会各界逐渐更加重视人工智能与计算机、控制、数学、统计学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式[4]。

　　民航“十四五”发展将以智慧民航建设为主线，未来科技创新处在推动民航高质量发展的核心位置。智慧民航就是运用新一轮科技革命和产业变革的最新成果，分析整合民航各种关键信息和要素资源，最终实现对行业安全、服务、运营、保障等需求做出数字化处理、智能化响应和智慧化支撑的建设过程，其典型特征是人工智能、物联网、云计算、移动互联网、大数据等新一代信息技术在民航的广泛应用和深度融合[5]。

智慧民航实现的关键技术需要应用共性智能算法等人工智能科学。人工智能的研发过程中，数学学科起着决定性作用。目前人工智能发展的主要领域有深度学习、自然语言处理、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计、数据挖掘等方面[6]。人工智能是将数学与工程实践密切结合的科学。人工智能的本质是算法的科学，是数学、概率论统计学等相关数学理论的综合体现。充分发挥数学这个机器学习的底层基础，不仅可以加深对算法的理解，还能在模型优化阶段更加游刃有余，对智慧民航建设具有极其重要的意义。

　　二、人工智能与数学学科交叉融合实验平台国内外现状

　　数学这一重要基础学科对技术、科研的探索与发展起着重要的作用。2018年由教育部学校规划建设发展中心、上海数学中心和北京中科特瑞科技有限公司共同筹建了上海数学中心数据科学与人工智能联合实验室，建立了“技术顶尖、资源完备、放眼国际”的实验平台。联合实验室针对新一代智能计算的顶层理论及算法进行相关研究，着眼于大数据、人工智能等重大科学问题，并始终保持相当大的国际竞争力。同时在合作各方协同配合下，重点推动大数据、人工智能与金融、医疗、工程、教育、农业等领域的交叉研究和应用创新。同时将前沿技术的成果转化为应用创新所必备的各项关键要素，并与大数据、人工智能领域的国际科技龙头企业开展合作，密切关注国际先进技术和相关应用的发展前沿，推动大数据、人工智能与各个行业之间的创新融合。

　　同年，中国航天科工集团有限公司应用数学研究中心也启动建设。该中心将国内外资源进行整合，吸引并汇聚了应用数学高端技术人才，具备前沿数学应用解决的能力，大力发展技术创新，不断深化落实国家创新驱动发展战略要求，打造世界一流的应用数学研究中心，具备开放式协同创新平台，是技术研发、成果转化的高水平创新基地。

　　目前欧洲是华为全球市场中仅次于中国的第二大市场，华为在欧洲能站住脚，跟数学有很大关系。1999年，华为公司在俄罗斯建立了专门的算法研究所，使华为成为全球第一家实现GSM多载波合并的公司，能够通过软件打通 2G、3G和4G网络。2018年，华为在法国设立第二个应用数学研发中心，旨在挖掘法国基础数学资源，致力于通信物理层、网络层、分布式并行计算、数据压缩存储等基础算法研究，长期聚焦5G等战略项目和短期产品，完成分布式算法全局架构设计等[7]。

　　目前民航领域在人工智能与数学等基础学科交叉融合方向的研究还亟需加强，得益于智慧民航建设的需求驱动，结合国内外科研机构及高校在此方面的研究基础，整合行业资源，对人工智能与应用数学学科交叉融合实验平台建设有待更加深入研究。

　　三、民航领域人工智能与应用数学学科交叉融合研究必要性

　　作为科技创新之源，基础研究关乎我国源头创新能力和国际科技竞争力的提升，决定着世界科技强国建设进程[8]。党的十九大报告指出，要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破，要加强应用基础研究，要培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队。《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》指出坚持从教育抓起，潜心加强基础科学研究，对数学、物理等重点基础学科给予更多倾斜。为切实加强我国数学科学研究，2019年科技部、教育部、中科院和自然科学基金委共同制定了《关于加强数学科学研究工作方案》，明确在国家层面要“持续稳定支持基础数学科学”、“加强应用数学和数学的应用研究”、“持续推进和深化高层次的国内外交流与合作”。同时强调在国家重点研发计划中设立 “数学与交叉科学”重点专项，统筹支持数学及交叉科学研究，围绕科学与工程计算、大数据与人工智能的数学理论与方法、复杂系统优化与控制、计算机数学等重点方向，一系列举措将为我国数学科学研究带来更大的发展机遇[3]。

　　智慧民航所需的人工智能、机器学习和大数据等关键核心技术的突破亟需数学和统计学科学研究的强力支撑。当前人工智能主要是基于大数据，通过大规模计算和改进算法，寻找数据背后的规律。未来的发展方向也许必须重视探索数据背后存在的复杂性科学原理，而数学与统计学在其中的重大作用是显而易见的[8]。为满足智慧民航建设需求和民航人才培养目标，目前民航领域数学学科发展现状和水平亟需进行全面的升级建设，基于智慧民航建设的人工智能与应用数学学科交叉融合的科技创新势在必行。

　　参考国内外其他学科交叉融合科研平台建设思路，人工智能与应用数学学科交叉融合科研平台应结合并使用民航业现有条件，在现有的实验室的基础上进行升级改造。以民航某院校为例，分析现有条件，尚存在一定的不足，例如现有设备落后，实验面积狭小，缺乏有效的统计分析、运筹优化、工程计算等软硬件实验平台，需要在建设中进行升级改造。同时，数学学科科研平台亟需大力开展建设，开展科学实验研究和进行人才培养，缺少与民航领域相关的科研实验平台，资源短缺明显，特别是开展与人工智能和机器学习、运筹优化等相关研究方向缺少必要的科研平台，不能给与其强有力的学科支撑。

　　四、民航领域人工智能与应用数学学科交叉融合研究解决方案

　　（一）建设目标

　　2018年，民航局印发了《 “十三五”后期民航科教基础设施规划建设项目实施方案》，提出科技教育是民航事业快速发展的基石，加强科教基础设施建设对提升科技教育水平，加快民航行业高质量发展具有重要意义。民航院校发挥自身学科和资源优势，科研院所发挥科研开发、技术创新和应用验证能力优势，加强应用性和基础性研究，着力推进重点科研成果转化，进一步提升安全能力和信息化水平，不断提高民航科技创新领域国际竞争力。

　　基于以上民航局的发展规划精神，结合民航院校在基础学科支撑能力不足的现状，为求发展，建设人工智能-应用数学实验平台，在民航信息安全、航空公司收益管理、空域规划与流量控制、飞机地面滑行、驾驶和飞行安全分析、航空器深度维修管理优化、航空突发事件应急决策及基于飞行数据的航空发动机状态监测，空管运行质量控制均涉及大数据的统计与分析、发动机的故障诊断等方面开展基础理论及应用研究工作，从而全方位搭建人工智能-应用数学实验平台，进一步推动实现智慧民航的应用基础研究，提高数学学科的支撑能力，着力推动民航与互联网、人工智能、大数据等新技术的深度融合，研究智慧民航所面临的智能算法、大数据和机器学习的基本理论问题[5]。建设的目标是使人工智能-应用数学实验平台成为服务于学校和民航业发展的学术研究基地，成为跨学院、跨学科、开放式协同创新的科研合作平台，推进产、学、研，为提高整个民航科技创新能力提供坚实的应用基础能力支撑，对整个民航科技创新能力提供坚实的数理支撑。

　　（二）建设内容

　　通过整合原有应用数学与科学计算实验室，民航人工智能-应用数学实验平台建设的实验室主要涉及科学研究实验室8个（构架图分布如图1所示），研究对各实验室建设内容进行了详细的研究分类和功能明确。（作者：丰怀北）

　　参考文献：

　　[1]李毅,唐权.“十三五”民航深化改革的形势与规划》.现代商贸工业,2017, 3: 14-18.

　　[2] 张熙. 社会转型时期我国大学制度的变迁机制研究——基于历史制度主义的分析与反思.重庆高教研究, 2017, 2: 48-56.

　　[3] 科技部办公厅,教育部办公厅,中科院办公厅,自然科学基金委办公室.关于加强数学科学研究工作方案.中国科技奖励,2019, 8: 22-25.

　　[4] 教育部.高等学校人工智能创新行动计划.中国大学生就业（综合版）, 2018, 5: 4-6.

　　[5] 赵嶷飞, 孟令航,李克南. 基于人工智能的智慧民用航空运输系统.指挥信息系统与技术, 2019,6: 1-7.

　　[6]杨博雄,李社蕾.新一代人工智能学科的专业建设与课程设置研究.计算机教育,2018,10:26-29

　　[7]王玉峰,方慧,施婉娇,武慧. "世界实验室":华为全球化研发战略.中国工业和信息化, 2019, 2: 18-22.

　　[8] 李静海.抓住机遇推进基础研究高质量发展.中国科学院院刊, 2019, 5: 586-596