深圳機(jī)場(chǎng)二跑道自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)無線傳輸方案

王麗+++戴求淼+++李大海

摘 要：根據(jù)歷年故障統(tǒng)計(jì)，傳輸線路故障是自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)故障的主要原因之一。因此建設(shè)備份傳輸方案對(duì)于自觀系統(tǒng)來說尤為重要。目前，深圳機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要依靠光纖通信，為解決單一光纖傳輸方式的隱患，文章講述一種基于5.8G頻段無線網(wǎng)橋傳輸方式，以 OBMAN自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的無線傳輸方案，實(shí)現(xiàn)深圳機(jī)場(chǎng)二跑道自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)有線傳輸和無線傳輸雙備份。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)橋；MOXA串口服務(wù)器；OBMAN；自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)

引言

自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)是深圳機(jī)場(chǎng)安裝的重要?dú)庀笤O(shè)備，提供跑道視程（RVR）、能見度（Visibility）、修正海平面氣壓（QNH）和風(fēng)向風(fēng)速等重要飛行要素，為管制員指揮決策、飛行安全提供保障。自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)是需要將外場(chǎng)各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)CDU服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此傳輸部分顯得尤為重要。目前，深圳機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)主要以485的形式由光端機(jī)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，經(jīng)光纖傳輸至機(jī)房經(jīng)TS16MEI/MCU111處理后進(jìn)入CDU處理，雖然近期已經(jīng)建設(shè)成光纖環(huán)網(wǎng)傳輸，但近年來隨著機(jī)場(chǎng)周邊各種項(xiàng)目施工不斷增多，一旦由于施工造成光纖鏈路中斷，所有自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)將全部丟失，且很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，直接對(duì)飛行安全造成影響。因此，在自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中研究一種新的傳輸備份方式顯得十分重要。

無線傳輸方案能夠有效解決單一光纖傳輸方式的隱患，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。文章以深圳機(jī)場(chǎng)二跑道為例，講述一種采用基于5.8G頻段無線網(wǎng)橋傳輸方式，以 OBMAN自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的無線傳輸方案。

1 概述

目前深圳機(jī)場(chǎng)二跑道氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行的是Vaisala公司的AVIMET自觀系統(tǒng)，設(shè)備組成為3套LT31大氣透射儀、1套獨(dú)立風(fēng)站、1套FD12P前向散射儀、2套MAWS301自動(dòng)站、2套CL31云高儀。由于外場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)需傳輸?shù)绞覂?nèi)CDU服務(wù)器，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分發(fā)和顯示。因此，要實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)與室內(nèi)CDU進(jìn)行無線通信，首要的問題是選擇一種安全可靠的無線通信模式。其次是如何將外場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)引入無線傳輸鏈路中。再者就是原始的傳感器數(shù)據(jù)如何在無線傳輸方案中進(jìn)行處理、分發(fā)和顯示。

文章講述的深圳機(jī)場(chǎng)二跑道自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)無線傳輸方案，是采用基于5.8G公用頻段的電信級(jí)無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行通信，并利用MOXA串口服務(wù)器將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為UDP協(xié)議格式進(jìn)行傳輸，而OBMAN自觀系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理、分發(fā)及顯示。

1.1 無線網(wǎng)橋

網(wǎng)橋（Bridge），又叫橋接器，它是一種鏈路層實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。網(wǎng)橋有在不同網(wǎng)段之間再生信號(hào)的功能，需要成對(duì)使用。它可以有效聯(lián)接兩個(gè)LAN（局域網(wǎng)），使本地通信限制在本網(wǎng)段內(nèi)，并轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)至另一網(wǎng)段。

無線網(wǎng)橋，顧名思義就是無線網(wǎng)絡(luò)的橋接，它利用無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭建起通信的橋梁。文章采用的無線網(wǎng)橋是博創(chuàng)安泰的6450D，它工作在5.8GHz公用頻段，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PTP）的傳輸模式，在塔臺(tái)設(shè)置一個(gè)中繼點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)氣象自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與室內(nèi)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無線傳輸。

1.2 MOXA串口服務(wù)器

MOXA串口服務(wù)器，簡(jiǎn)單的說就是一種網(wǎng)絡(luò)通訊接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，它能將RS-232、RS485、RS422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS-232、RS485、RS422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。使得串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，擴(kuò)展串口設(shè)備的通信距離。文章中采用的MOXA串口服務(wù)器安裝在外場(chǎng)傳感器上，主要是將外場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)（RS485信號(hào)）轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，利用UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3 OBMAN自觀系統(tǒng)

OBMAN自觀系統(tǒng)符合《民用航空自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（AP-117-TM-2012-03）和《民用航空氣象地面觀測(cè)規(guī)范》（AP-117-TM-02R1）。和Vaisala公司的AVIMET自觀系統(tǒng)類似，能夠測(cè)量、檢驗(yàn)、顯示、保存并傳送氣象數(shù)據(jù)，為機(jī)場(chǎng)空管人員、觀測(cè)員、預(yù)報(bào)員和其他人員提供實(shí)時(shí)的地面氣象測(cè)量數(shù)據(jù)和編發(fā)報(bào)等功能。文章講述的無線傳輸方案中，OBMAN自觀系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理、分發(fā)及顯示。

2 無線傳輸方案設(shè)計(jì)

深圳機(jī)場(chǎng)二跑道自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)在保持原有的光纖傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的情況下，新增二跑道16端、中間端和34端的無線傳輸方式。主要設(shè)計(jì)思路是：采用基于5.8G網(wǎng)橋的方式，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)樓樓頂進(jìn)行無線互聯(lián)，而 OBMAN自觀系統(tǒng)則負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示和輸出。

由于機(jī)場(chǎng)二跑道和業(yè)務(wù)樓相隔距離遠(yuǎn)，且中間有塔臺(tái)（高度為98米）、儲(chǔ)水罐等高大障礙物阻擋，因此外場(chǎng)無線網(wǎng)橋與業(yè)務(wù)樓樓頂無法直接進(jìn)行無線通信，需在塔臺(tái)上加裝無線網(wǎng)橋設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，具體無線通信設(shè)備布設(shè)位置如表1所示。

該無線傳輸系統(tǒng)中，總共設(shè)計(jì)了4對(duì)網(wǎng)橋，在塔臺(tái)配置了4臺(tái)電信級(jí)網(wǎng)橋，其中有3臺(tái)與16端、中間端、34端的發(fā)射網(wǎng)橋進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，分別接收來自二跑道3個(gè)不同端的傳感器數(shù)據(jù)，剩下的1臺(tái)，通過交換機(jī)收集來自3個(gè)不同端的所有外場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)，并通過無線通信傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)樓。機(jī)房數(shù)據(jù)處理和顯示方面，安裝有1臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)交換機(jī)。無線網(wǎng)橋?qū)⒂蒑OXA串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換后的原始數(shù)據(jù)傳輸至交換機(jī)，服務(wù)器上安裝邁特力德（OBMAN）自主研發(fā)的自觀系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件，就可以進(jìn)行邁特力德自觀數(shù)據(jù)的處理、顯示、輸出。具體拓?fù)鋱D見圖1。

2.1 無線傳輸原理

以深圳機(jī)場(chǎng)二跑道的16端為例，無線傳輸系統(tǒng)原理如下： MOXA串口服務(wù)器1（IP：192.168.1.70）將16端的云高儀CL31、大透LT31、自動(dòng)站MAWS301和前散射儀FD12P四套傳感器的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，發(fā)送給16端發(fā)射網(wǎng)橋（IP：192.168.1.66），經(jīng)無線方式傳輸至塔臺(tái)接收網(wǎng)橋（IP：192.168.1.67），再經(jīng)塔臺(tái)發(fā)射網(wǎng)橋（IP：192.168.1.68）中繼發(fā)射至業(yè)務(wù)樓五樓的接收網(wǎng)橋（IP：192.168.1.69），再由五樓拉網(wǎng)線傳輸至三樓機(jī)房OBMAN交換機(jī)。最后進(jìn)入邁特力德（OBMAN）自觀系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并分發(fā)到觀測(cè)、預(yù)報(bào)和塔臺(tái)等工作站進(jìn)行界面顯示。

2.2 無線網(wǎng)橋和通信箱的安裝

16端網(wǎng)橋和通信機(jī)箱安裝在前散FD12P桿上，正對(duì)塔臺(tái)方向。在通信機(jī)箱內(nèi)安裝MOXA串口服務(wù)器1（IP：192.168.1.70），將大氣透射儀、自動(dòng)氣象站、云高儀和前散射儀的四路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，傳輸至16端發(fā)射網(wǎng)橋（IP：192.168.1.66），經(jīng)過16端網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)至塔臺(tái)。而16端大氣透射儀、自動(dòng)氣象站和云高儀三套傳感器的數(shù)據(jù)（RS485信號(hào)）則通過下滑臺(tái)機(jī)柜內(nèi)的克隆端子并線，傳輸至前散射儀的TERMBOX，四路信號(hào)一起進(jìn)入通信機(jī)箱。

中間端的發(fā)射網(wǎng)橋和通信機(jī)箱安裝在獨(dú)立風(fēng)桿上，正對(duì)塔臺(tái)方向。通信機(jī)箱內(nèi)安裝MOXA串口服務(wù)器2（IP：192.168.1.73），將大氣透射儀和獨(dú)立風(fēng)桿的兩路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，傳輸至中間端發(fā)射網(wǎng)橋（IP：192.168.1.71），由網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)至塔臺(tái)。而中間端大氣透射儀傳感器的數(shù)據(jù)（RS485信號(hào)）則通過克隆端子并線，連接獨(dú)立風(fēng)桿的TERMBOX，兩路信號(hào)一起進(jìn)入通信機(jī)箱。

34端網(wǎng)橋和通信機(jī)箱安裝在自動(dòng)氣象站MAWS301上，正對(duì)塔臺(tái)方向。在通信機(jī)箱內(nèi)安裝MOXA串口服務(wù)器3（IP：192.168.1.76），將大氣透射儀、自動(dòng)氣象站和云高儀的三路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，傳輸至34端發(fā)射網(wǎng)橋（192.168.1.74），經(jīng)過34端網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)至塔臺(tái)。而34端大氣透射儀和云高儀兩套傳感器的數(shù)據(jù)（RS485信號(hào)）則通過下滑臺(tái)機(jī)柜內(nèi)的克隆端子并線，傳輸至自動(dòng)氣象站的TERMBOX，三路信號(hào)一起進(jìn)入通信機(jī)箱。

塔臺(tái)3個(gè)接收網(wǎng)橋安裝于塔臺(tái)觀測(cè)平臺(tái)，分別接收從16端、中間端、34端三個(gè)發(fā)射網(wǎng)橋傳輸過來的數(shù)據(jù)，接收網(wǎng)橋安裝的位置需要對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)端的發(fā)射網(wǎng)橋方向。3個(gè)接收網(wǎng)橋的POE網(wǎng)線經(jīng)穿線孔進(jìn)入觀察室內(nèi)，將外場(chǎng)3端的數(shù)據(jù)接入交換機(jī)。塔臺(tái)發(fā)射網(wǎng)橋（IP：192.168.1.68）安裝于激光監(jiān)視攝像頭安裝桿上，連接交換機(jī)，負(fù)責(zé)和業(yè)務(wù)樓進(jìn)行無線互聯(lián)。

業(yè)務(wù)樓接收網(wǎng)橋安裝位置選擇在業(yè)務(wù)樓樓頂正對(duì)塔臺(tái)位置。業(yè)務(wù)樓接收網(wǎng)橋（IP：192.168.1.69）接收塔臺(tái)發(fā)射網(wǎng)橋傳輸過來的數(shù)據(jù)，并經(jīng)POE網(wǎng)線進(jìn)入三樓機(jī)房室內(nèi)連接網(wǎng)管交換機(jī)（IP：192.168.0.234），最后由邁特力德自觀系統(tǒng)的服務(wù)器CDUC（IP：192.168.1.60）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并在觀測(cè)、預(yù)報(bào)和塔臺(tái)等工作站顯示邁特力德自觀界面數(shù)據(jù)。

2.3 OBMAN自觀系統(tǒng)界面顯示

無線傳輸鏈路將外場(chǎng)氣象傳感器數(shù)據(jù)傳輸至室內(nèi)OBMAN自觀系統(tǒng)，該采用C/S客戶機(jī)和服務(wù)器架構(gòu)，一方面服務(wù)器負(fù)責(zé)處理外場(chǎng)傳感器測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，另一方面客戶端計(jì)算機(jī)安裝顯示、觀測(cè)、預(yù)報(bào)、機(jī)務(wù)、年月總簿等功能模塊。目前深圳機(jī)場(chǎng)在觀測(cè)、預(yù)報(bào)、塔臺(tái)以及機(jī)務(wù)席位都安裝了相應(yīng)的工作站，實(shí)現(xiàn)AVIMET自觀系統(tǒng)和OBMAN自觀系統(tǒng)顯示界面雙備份。根據(jù)不同工作站的需求，OBMNA自觀系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的顯示界面，功能全面，界面友好。

3 結(jié)束語

深圳機(jī)場(chǎng)二跑道自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)在保持原有光纖傳輸拓?fù)洳蛔兊那闆r下，引入無線傳輸方案，采用高性價(jià)比的電信級(jí)WiFi網(wǎng)橋設(shè)備，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，方便靈活，基于5.8G公共頻段實(shí)現(xiàn)無線通信，無需申請(qǐng)，零運(yùn)行成本。應(yīng)用OBMAN自觀系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，修正海壓QNH、10分鐘能見度VIS、10分鐘跑道視程RVR與VAISALA自觀系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本吻合，顯示界面友好，功能全面。同時(shí)，OBMAN自觀系統(tǒng)與VAISALA自觀系統(tǒng)相互獨(dú)立，能夠有效為深圳機(jī)場(chǎng)二跑道提供自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的傳輸和數(shù)據(jù)的備份，為日后設(shè)備運(yùn)行消除隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]裴快樂，楊鳳芹.淺談無線路由、AP、無線網(wǎng)橋的區(qū)別[J].無線互聯(lián)科技，2012，1：27.

[2]楊東，李邦云.基于MOXA串口服務(wù)器的中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)[J].東北電力技術(shù)，2016，1：20-23.

[3]王晶紅.大氣透射儀LT31的測(cè)量原理及維護(hù)方法[J].電子技術(shù)，2014，21：165.