廈門機(jī)場觀測數(shù)據(jù)顯示及查詢軟件的研發(fā)

王健治

文章編號：2095-6835（2016）17-0073-03

摘 要：為了更好地利用自動氣象探測設(shè)備開展航空氣象服務(wù)工作，以廈門機(jī)場的自動氣象觀測系統(tǒng)為例，結(jié)合氣象、通訊等專業(yè)的知識，運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā)，開發(fā)出一整套實(shí)用的自動觀測系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、入庫、顯示及查詢軟件。該軟件已經(jīng)投入業(yè)務(wù)使用，能夠?qū)崟r(shí)直觀地顯示數(shù)據(jù)，方便了用戶使用，提高了天氣監(jiān)控效率，保障了飛行安全。該軟件簡單易用，適用對象廣，值得在全國機(jī)場推廣使用。

關(guān)鍵詞：廈門機(jī)場；民航氣象；軟件開發(fā)；自動觀測系統(tǒng)

中圖分類號：V351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.073

根據(jù)《國際民用航空公約》附件3《國際航空氣象服務(wù)》要求：機(jī)場必須安裝測量或適當(dāng)時(shí)，監(jiān)視和遠(yuǎn)程顯示地面風(fēng)、能見度、跑道視程、云底高、氣溫、露點(diǎn)溫度以及氣壓的自動化設(shè)備，以幫助進(jìn)近、著陸和起飛。自動氣象觀測系統(tǒng)（Automated Weather Observing Systems，簡稱AWOS）就是國內(nèi)外機(jī)場最常見和最重要的自動探測設(shè)備。該設(shè)備投資巨大，動輒好幾百萬美元；而且該系統(tǒng)提供的跑道視程（Runway Visual Range，簡稱RVR）是機(jī)場運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)之一，與飛行安全息息相關(guān)。根據(jù)《航空器機(jī)場運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)制定和實(shí)施規(guī)定》（中國民用航空局令第98號）第42條規(guī)定：當(dāng)機(jī)場同時(shí)使用RVR和本場主導(dǎo)VIS時(shí)，并且同時(shí)存在RVR和本場主導(dǎo)VIS落地標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)將RVR作為航空器起降時(shí)能見距離的標(biāo)準(zhǔn)。在《觀測技術(shù)政策》第35條重點(diǎn)提到：加強(qiáng)觀測技術(shù)設(shè)備本地化應(yīng)用研究。如何利用現(xiàn)有的探測設(shè)備實(shí)現(xiàn)更高效率的預(yù)警及預(yù)報(bào)，提高飛行保障裕度，成為民航氣象的研究課題。如何最大程度地用好自動氣象觀測系統(tǒng)，為航空飛行、空中管制、氣象運(yùn)行等服務(wù)已經(jīng)成為迫在眉睫的課題。本文著重介紹筆者基于廈門機(jī)場引進(jìn)的芬蘭自動觀測系統(tǒng)MIDAS ⅳ所進(jìn)行的軟件開發(fā)實(shí)踐。

1 自動觀測系統(tǒng)的組成及存在的問題

1.1 自動觀測系統(tǒng)的組成

自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）是一套高精密的觀測設(shè)備，由探測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、輸入輸出模塊等好幾部分組成，包括測量跑道視程、常規(guī)氣象要素、云和天氣現(xiàn)象等傳感器以及相應(yīng)的監(jiān)控和遠(yuǎn)程顯示的集成自動化系統(tǒng)?，F(xiàn)在的自動觀測系統(tǒng)基本上被芬蘭的VALSALA公司所壟斷，全世界目前有100多個(gè)國家使用該公司產(chǎn)品，我國大部分機(jī)場安裝的也是該公司的產(chǎn)品。由于引進(jìn)時(shí)間的差異，存在版本的差異，但其從終端顯示界面、數(shù)據(jù)采集、傳輸方式等存在一脈相承的特性，存在的問題也是大同小異。

1.2 自動觀測系統(tǒng)存在的問題

2008年年初，廈門機(jī)場引進(jìn)了芬蘭VALSALA公司生產(chǎn)的自動觀測系統(tǒng)MIDAS ⅳ。該系統(tǒng)繼承了早期自動觀測系統(tǒng)的某些特性，改進(jìn)性能并增加了許多新的功能。但仍存在不少不足之處。

1.2.1 顯示方面的不足

顯示方面的不足主要體現(xiàn)在以下3方面：①顯示界面為全英文的，不直觀，看得很費(fèi)勁；②某些數(shù)據(jù)輸出不規(guī)范，比如風(fēng)速等沒有按照《民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)民用航空氣象 第1部分：觀測和報(bào)告》的要求進(jìn)行相應(yīng)的取整處理，風(fēng)向不是以10°為間隔的360方向度等；③重要要素，比如RVR的顯示不突出，無法做到一目了然，影響使用。

1.2.2 查詢數(shù)據(jù)不方便

查詢數(shù)據(jù)不方便主要體現(xiàn)在以下3方面：①沒有實(shí)用的數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲還是早期的類似文本的格式，只能通過終端去訪問歷史數(shù)據(jù)；②查詢數(shù)據(jù)很不方便，各個(gè)要素的存儲也是分開的，必須進(jìn)入主機(jī)的歷史文件夾，再打開相應(yīng)的文件調(diào)閱查詢，無法輸出；③數(shù)據(jù)只保存1年，超過1年自行覆蓋，數(shù)據(jù)無法長期保存。

1.2.3 顯示終端及輸出端口的不足

自動觀測系統(tǒng)安裝完成后，主機(jī)（CDU）上一般配有四五個(gè)顯示終端和三四個(gè)串行通訊輸出口。VALSALA公司為了其商業(yè)利益，對終端的數(shù)目和串行通訊口的個(gè)數(shù)進(jìn)行了限制。當(dāng)用戶多了以后，顯示終端及通訊端口往往不夠用。如何解決這些問題，成為擺在我們面前的難題。

2 解決辦法

通過現(xiàn)場調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，自動觀測系統(tǒng)安裝完成后，主機(jī)上一般配有三四個(gè)串行通訊口。這幾個(gè)串行通訊口是系統(tǒng)重要的輸出設(shè)備，可以輸出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)文等。系統(tǒng)型號不同，輸出格式也略有不同，一般是10 s發(fā)送一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，每小時(shí)發(fā)送一次自動METAR報(bào)。

設(shè)計(jì)思路：了解了自動觀測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出方式后，我們能不能通過接收串行口輸出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按需求重新做一個(gè)新的直觀且實(shí)用的顯示界面，同時(shí)把歷史數(shù)據(jù)存儲成我們需要的數(shù)據(jù)格式，通過簡單的查詢動作實(shí)現(xiàn)我們所需要的查詢數(shù)據(jù)的功能，并且能把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)按照一定的格式重新發(fā)送到任何一個(gè)新的終端上呢？

如果這樣的設(shè)想能夠?qū)崿F(xiàn)，上文提到的系統(tǒng)存在的問題就可以迎刃而解了，而且不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，終端數(shù)目也可以無限擴(kuò)充了。

通過摸索和實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)，這種方法是可行的，而且所有的功能也是可以實(shí)現(xiàn)的。

3 軟件功能及實(shí)現(xiàn)方法

3.1 功能設(shè)計(jì)

功能：根據(jù)《民用機(jī)場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第十條：“機(jī)場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有實(shí)時(shí)采集自動氣象觀測設(shè)備測量的各種氣象要素的功能”和第十一條：“機(jī)場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有同步顯示自動氣象觀測設(shè)備測量的各種氣象要素的功能”。我們要開發(fā)的軟件應(yīng)該具有實(shí)時(shí)采集和同步顯示自動觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的功能。

具體設(shè)計(jì)：通過軟件編程，接收串行口輸出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，做一個(gè)中文版的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面，同時(shí)把歷史數(shù)據(jù)存儲成通用的數(shù)據(jù)格式（例如簡單易用的ACCESSS數(shù)據(jù)庫），再通過SQL查詢語句實(shí)現(xiàn)我們需要的查詢功能，而且把經(jīng)過處理過的規(guī)范的數(shù)據(jù)按照一定的格式通過網(wǎng)絡(luò)線或通訊端口送到任何一個(gè)新的終端上。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

3.2.1 接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

在了解了自動觀測系統(tǒng)的工作原理及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出方式后，就需要通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，筆者所采用的是微軟的軟件開發(fā)工具——VISUAL BASIC。VISUAL BASIC（簡稱VB）是微軟公司開發(fā)的一套編程工具，具備簡單易用，與WINDOWS操作系統(tǒng)兼容性好，功能極其強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。

通過介紹我們知道，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)通過串行端口送出來了。要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，首先要把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)串完整而正確地接收下來。這就需要一定的串行通訊知識，比如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位等?，F(xiàn)在的編程軟件已經(jīng)高度集成化，可以調(diào)用現(xiàn)成的控件編程，只要輸入相應(yīng)的參數(shù)就可以了。筆者用的就是VB的COMM通訊控件。COMM通訊控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通訊命令的使用界面。使用它可以建立與串行端口的連接，通過串行端口連接到其他通訊設(shè)備，對接收口等參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置就可以了。當(dāng)一切設(shè)置妥當(dāng)，就可以讀出一組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)字符串。以下是筆者從系統(tǒng)串行通訊口讀出來的一串?dāng)?shù)據(jù)，系統(tǒng)為MIDAS ⅳ自動觀測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)為10 s/次，可以使用VB的時(shí)鐘控件進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，控制每隔10 s讀取一次串口數(shù)據(jù)。

（MIDASDATACAAC 2009-03-20T06：04：10 8.30 5.20 8.30 6.94 4.00 10.60 7.11 90 88 128 101 80 126 104 4200 2100 0 1010.57 1012.64 -999 24.80 16.39 59.00 27.40 17.10///0 6558 1 100 0 4900 2100 19.80 7.70 10.90 9.22 6.90 11.40 9.28 109 97 120 109 95 121 107 8000 2100 0 1011.19 1012.64 -999 24.00 16.65 63.00 26.70 17.30 4931 PWSTART BR PWEND RWSTART///RWEND 4300 4200///ENDZSAM）

有了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，我們就可以對它解讀，廠家一般會提供數(shù)據(jù)的輸出格式。前期的自動觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式與后期的格式有較大不同——前期為字符定位，后期以空格分隔兼字符定位。需要注意的是，系統(tǒng)輸出的字符串有時(shí)候并不一定按其給出的格式輸出。這就需要我們進(jìn)行辨別及糾錯(cuò)處理，需要在程序中調(diào)用相應(yīng)的字符串處理函數(shù)。這是一項(xiàng)需要耐心和細(xì)心的工作，還需要一定的處理字符串的能力。

3.2.2 建立顯示界面

通過編程建立一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面，把接收下來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)字符串進(jìn)行處理，取出有用的數(shù)據(jù)，把它顯示在界面上，按照數(shù)據(jù)的重要性及優(yōu)先級進(jìn)行顏色區(qū)分：對RVR用紅顏色突出顯示，10 min發(fā)報(bào)數(shù)據(jù)用藍(lán)色顯示，2 min、瞬時(shí)數(shù)據(jù)用綠色顯示，其余數(shù)據(jù)用黑色顯示，做到一目了然，清清楚楚。圖1即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面。

3.2.3 建立數(shù)據(jù)庫

利用微軟（MICROSOFE，簡稱MS）的ACCESS 數(shù)據(jù)庫工具建立一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫，考慮兼容各個(gè)機(jī)場的自動觀測系統(tǒng)，對所有可能輸出的數(shù)據(jù)都建立了數(shù)據(jù)字段保存。圖2即接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫后的情況。

3.2.4 建立查詢界面

為了查詢方便，查詢界面的數(shù)據(jù)顯示排版采用和顯示界面同樣的樣式，只要在“日期時(shí)間”欄輸入正確的日期時(shí)間就可以進(jìn)行相應(yīng)的查詢。圖3即歷史數(shù)據(jù)查詢界面。當(dāng)然，形成數(shù)據(jù)庫后，我們可以設(shè)計(jì)更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢功能，這里不再贅述。

3.2.5 數(shù)據(jù)再輸出

將數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、顯示及入庫處理后，經(jīng)過整理后的符合《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)線或通訊端口進(jìn)行再輸出。輸出格式可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定義。這時(shí)，接收的這臺計(jì)算機(jī)又相當(dāng)于一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器了，功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展。

4 使用效果

該軟件于2012-01開發(fā)成功，在廈門機(jī)場投入使用。軟件的開發(fā)成功并投入使用，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，填補(bǔ)了原配自動氣象觀測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)顯示、存儲及查詢等方面的不足，取得了良好的效益。具體體現(xiàn)在以下幾方面：①方便了氣象觀測員和預(yù)報(bào)員直觀地讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行發(fā)報(bào)、通報(bào)等服務(wù)工作；②作為自動觀測系統(tǒng)的備份顯示終端，在原配的顯示終端故障時(shí)，起到應(yīng)急作用；③方便了氣象設(shè)備維護(hù)人員使用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)是否正常；④方便了管制員、航空公司等用戶的使用，可以直接獲取氣象觀測實(shí)時(shí)資料。

這項(xiàng)技術(shù)在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目2007”中得到應(yīng)用，在民航華東地區(qū)進(jìn)行推廣和使用。

5 總結(jié)

本文介紹的是筆者通過自己的實(shí)踐和摸索，探索出來的一套通過自動讀取自動觀測系統(tǒng)串行通訊端口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，并把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在中文版界面上、入庫保存及查詢的方法，并介紹了通過軟件編程將這種方法實(shí)現(xiàn)的具體過程。該軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：①安全性高。這種讀取數(shù)據(jù)的方式不會影響自動觀測系統(tǒng)的主機(jī)運(yùn)行，很安全。②適用性廣。適合在全國各個(gè)機(jī)場推廣使用，兼容自動氣象觀測系統(tǒng)和自動氣象站2種設(shè)備。③實(shí)用性強(qiáng)。由工作在一線的氣象觀測員開發(fā)，實(shí)用性強(qiáng)，與氣象業(yè)務(wù)契合度高。④簡單易用?？梢蕴峁┙o塔臺、航空公司等用戶使用，用戶使用門檻低。⑤可以擴(kuò)展。前端和后端都留有接口。在取得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并入庫后，我們還可以作進(jìn)一步的軟件開發(fā)，比如嫁接或開發(fā)氣象觀測發(fā)報(bào)軟件；積累下來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料還可以用來建立長期的氣象資料庫，進(jìn)行氣象要素的統(tǒng)計(jì)及分析，為氣象預(yù)測和預(yù)報(bào)服務(wù)。這些后期開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目2007”和“民用航空氣候資料處理和服務(wù)系統(tǒng)2010”中得到實(shí)現(xiàn)。

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〔編輯：劉曉芳〕