廈門機(jī)場氣象觀測多功能應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)

王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮(zhèn)，胡凱文

廈門機(jī)場氣象觀測多功能應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)

王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮(zhèn)，胡凱文

（民航廈門空管站，福建 廈門 361006）

民航氣象觀測的主要任務(wù)是“觀測并發(fā)報”，觀測員急需一款能夠?qū)崟r監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、及時發(fā)出氣象預(yù)警信息同時又具有應(yīng)急發(fā)報功能的系統(tǒng)，輔助觀測員完成特情處置。廈門空管站氣象臺研發(fā)了一套應(yīng)用系統(tǒng)，通過監(jiān)控兩套自動氣象觀測設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)和發(fā)報網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常和報文發(fā)送的不正常，并提供相應(yīng)解決方案。該系統(tǒng)已經(jīng)投入業(yè)務(wù)使用，通過技防手段實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控并語音告警，提高了觀測的效率及特殊報的發(fā)布速度；一鍵傻瓜式發(fā)報的功能保障了報文的及時發(fā)送，規(guī)避了遲發(fā)報或漏發(fā)報的風(fēng)險。該系統(tǒng)簡單實(shí)用，值得在全國機(jī)場推廣使用。

氣象觀測；應(yīng)急發(fā)報；設(shè)備監(jiān)控；軟件研發(fā)

飛機(jī)起飛、著陸和在空中飛行，都受氣象條件的制約。因此，民用航空氣象地面觀測與飛行關(guān)系密切，是飛行安全和正常的重要保障工作之一。其主要工作是準(zhǔn)確、及時、連續(xù)地觀察和測量本站及視區(qū)，尤其是機(jī)場跑道和進(jìn)近著陸地帶及起飛爬升區(qū)域的有關(guān)氣象要素及其變化，并按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)、格式，編制和發(fā)布這些要素[1]。概括起來，民航氣象觀測的主要任務(wù)就是“觀測并發(fā)報”。要完成該任務(wù)，必須有一套實(shí)用的觀測綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計要求及規(guī)范

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》第六節(jié)“監(jiān)控、糾錯與告警”的要求：機(jī)場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有糾錯功能、工作狀態(tài)檢測及運(yùn)行異常告警等一系列功能，目前全國大部分機(jī)場都沒有配備符合上述條件的氣象觀測資料處理系統(tǒng)，也沒有廠商生產(chǎn)專門的配套設(shè)備，只能立足于自己開發(fā)。廈門空管站氣象臺從本機(jī)場的設(shè)備配備和業(yè)務(wù)運(yùn)行實(shí)際出發(fā)，嚴(yán)格按照《技術(shù)規(guī)范》[2]要求，根據(jù)觀測員的使用習(xí)慣及需求，進(jìn)行了專門的程序設(shè)計，開發(fā)相應(yīng)的功能，有針對性地解決問題。

1.2 設(shè)計思路

1.2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控及預(yù)警模塊的設(shè)計

廈門機(jī)場現(xiàn)有兩套自動氣象觀測設(shè)備：芬蘭Vaisala公司的自動氣象觀測系統(tǒng)（Automatic weather observation system，簡稱AWOS）和上海氣象科學(xué)研究所的自動氣象站（Automatic Weather Station，簡稱AWS）。經(jīng)過研究兩套設(shè)備，發(fā)現(xiàn)它們都有串口實(shí)時數(shù)據(jù)輸出功能，而且都提供了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和輸出格式，可以根據(jù)這些參數(shù)和格式讀取實(shí)時數(shù)據(jù)。有了數(shù)據(jù)源，就可以對輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選校對，挑出對飛行有影響的數(shù)據(jù)作為重點(diǎn)，進(jìn)行時間軸上的縱向及橫向的對比，及時發(fā)現(xiàn)有重大變化的要素。同時，可以對兩套系統(tǒng)的溫度、氣壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時對比，發(fā)現(xiàn)差異并監(jiān)控兩套系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。當(dāng)某一系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離度較大或輸出有問題時，及時提醒機(jī)務(wù)員進(jìn)行維護(hù)操作。為了更好地起到監(jiān)視提醒的作用，利用科大訊飛的語音合成系統(tǒng)生成所需的人聲報警聲音文件，形成一個“提醒聲音文件庫”，在程序中根據(jù)需要調(diào)用所需的聲音文件，進(jìn)行語音報警。系統(tǒng)具體流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.2.2 報文監(jiān)控及應(yīng)急發(fā)報模塊的設(shè)計

氣象觀測報文由觀測實(shí)況和趨勢預(yù)報兩部分組成，觀測實(shí)況由觀測員在進(jìn)行觀測后編報生成，趨勢預(yù)報由預(yù)報員在收到觀測實(shí)況后，根據(jù)未來2 h的天氣變化情況添加。所以機(jī)場實(shí)況報文的編發(fā)需要觀測員和預(yù)報員聯(lián)動進(jìn)行發(fā)布，需要設(shè)置專門的觀測終端和預(yù)報終端，相當(dāng)于有2個發(fā)報節(jié)點(diǎn)，任何一個節(jié)點(diǎn)發(fā)生問題都可能引起報文無法正常發(fā)送。所以必須對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)實(shí)時語音告警才能保證報文能夠及時發(fā)送并參與氣象情報交換。

設(shè)計思路：通過局域網(wǎng)將觀測終端、預(yù)報終端和應(yīng)急發(fā)報計算機(jī)進(jìn)行連接，在應(yīng)急發(fā)報計算機(jī)上開發(fā)監(jiān)控程序，對觀測終端、預(yù)報終端上收發(fā)的報文進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生線路故障或任一節(jié)點(diǎn)發(fā)生電腦死機(jī)或程序卡死，并最終導(dǎo)致發(fā)報流程終止時，及時通過調(diào)取報文或輔助生成報文功能進(jìn)行應(yīng)急預(yù)報，保證報文在規(guī)定時間內(nèi)得到及時發(fā)送。

2 系統(tǒng)開發(fā)

根據(jù)運(yùn)行實(shí)際和用戶需求進(jìn)行程序開發(fā)，采用模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)監(jiān)控及預(yù)警模塊和報文監(jiān)控及應(yīng)急發(fā)報模塊這兩個模塊，分別進(jìn)行功能開發(fā)，最后再整合為一個完整的應(yīng)用程序。

2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控及預(yù)警模塊的開發(fā)

開發(fā)流程：在進(jìn)行必要的硬件物理連接后，通過軟件編程，計算機(jī)通訊，設(shè)置相應(yīng)的通訊參數(shù)實(shí)現(xiàn)對串口的偵聽，接收數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)并顯示在專門的顯示界面上（本軟件默認(rèn)串口COM1接收AWOS的數(shù)據(jù)，串口COM2接收AWS的數(shù)據(jù)）。

串行通訊其實(shí)就是字符串的處理問題。首先要把實(shí)時數(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。所用的是VB的COMM通訊控件，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)時數(shù)據(jù)字符串。根據(jù)自動觀測系統(tǒng)制造商——芬蘭維薩拉公司提供的數(shù)據(jù)格式，通過軟件編程，將系統(tǒng)串行通訊口輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后進(jìn)行顯示，系統(tǒng)為MIDAS iv自動觀測系統(tǒng)[3]，數(shù)據(jù)為每10 s更新一次。

廈門機(jī)場常年盛行東北風(fēng)，05號為機(jī)場的觀測基準(zhǔn)點(diǎn)。自動氣象站（AWS），與AWOS 的05號設(shè)備，一個在05號跑道頭附近，另一個在05號跑道入口端，相距不到100 m，兩者的十分鐘風(fēng)、氣壓及溫度等數(shù)據(jù)具有較好的對比性。

自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）05號數(shù)據(jù)對比顯示界面如圖2所示。從圖2可以看出，10分鐘風(fēng)向、場面氣壓和修正海壓具有較好的相關(guān)性，溫度相關(guān)性差一些?？紤]到機(jī)場天氣報告涉及風(fēng)、溫度和修正海壓，把這三項數(shù)據(jù)列入對比預(yù)警要素?？紤]到兩套設(shè)備刷新頻率不一樣，AWOS每10 s刷新一次數(shù)據(jù)，AWS每30 s刷新一次數(shù)據(jù)，取30 s為一次對比時間間隔。當(dāng)AWS刷新數(shù)據(jù)時，自動與最新的AWOS數(shù)據(jù)對比，當(dāng)兩者相差2個單位數(shù)值時，發(fā)出語音告警。當(dāng)然可以根據(jù)需要設(shè)置專門的預(yù)警值，讓系統(tǒng)在監(jiān)控到這些特殊值時，語音告警，提醒觀測員注意，避免特殊報的漏發(fā)。

圖2 自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）05號數(shù)據(jù)對比顯示界面

2.2 報文監(jiān)控及應(yīng)急發(fā)報模塊的開發(fā)

通過網(wǎng)線將觀測終端、預(yù)報終端和應(yīng)急發(fā)報終端進(jìn)行物理鏈接，形成觀測發(fā)報局域網(wǎng)。設(shè)置每臺計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址，通過網(wǎng)絡(luò)地址可以調(diào)取觀測主用發(fā)報計算機(jī)和預(yù)報終端計算機(jī)的實(shí)時報文，進(jìn)行編輯后發(fā)送，大大簡化了發(fā)報流程，實(shí)現(xiàn)“一鍵傻瓜式發(fā)報”。報文監(jiān)控及應(yīng)急發(fā)報界面如圖3所示。

圖3 報文監(jiān)控及應(yīng)急發(fā)報界面

該模塊可用不同顏色來提醒系統(tǒng)狀態(tài)及節(jié)點(diǎn)的報文發(fā)送情況：當(dāng)報文未及時發(fā)送時，整個監(jiān)控窗口是紅色的；當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)接收到報文后，該節(jié)點(diǎn)的報文顯示窗口變成白色狀態(tài)；當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)接收到報文并成功發(fā)送后，該節(jié)點(diǎn)的報文顯示窗口變成黃色狀態(tài)。觀測員通過顏色變化就可以直觀地監(jiān)控到整個報文的流轉(zhuǎn)情況。

同時，該模塊還具有監(jiān)控整個發(fā)報局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)發(fā)生死機(jī)時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并告警，基本避免了由于設(shè)備原因造成遲發(fā)報現(xiàn)象的出現(xiàn)。

該模塊還具有輔助觀測員形成最新報文并發(fā)送的功能，點(diǎn)擊“正點(diǎn)應(yīng)急”按鈕，系統(tǒng)會根據(jù)最新的氣壓等資料形成一份完整的報文，觀測員只要進(jìn)行簡單修改或操作，就可以最快的速度編輯并發(fā)送正點(diǎn)報文，避免了遲發(fā)報造成的安全風(fēng)險。

3 系統(tǒng)使用效果

該系統(tǒng)于2014-10開發(fā)成功，在廈門機(jī)場投入使用后取得了較好的使用效果。實(shí)時的自動監(jiān)控手段，提高了監(jiān)控效率，減輕了觀測員和機(jī)務(wù)員的勞動量；明確的語音告警，有利于值班人員及時診斷特情，做出正確的處置；一鍵傻瓜式發(fā)報功能，極大提高了發(fā)報效率，避免了遲發(fā)報；不同顏色區(qū)分的報文監(jiān)控界面，能夠及時掌握報文流轉(zhuǎn)情況，避免了漏發(fā)報的風(fēng)險；個性化的監(jiān)控閾值設(shè)置，滿足了不同航空用戶的需求；2016-09廈門“莫拉蒂”臺風(fēng)期間發(fā)揮了較好的預(yù)警作用，提高了氣象的保障能力。

4 系統(tǒng)推廣前景

系統(tǒng)是根據(jù)廈門機(jī)場的運(yùn)行實(shí)際情況開發(fā)的，全國空管一盤棋，在設(shè)備配備、人員配置等許多方面具有相似性。

4.1 數(shù)據(jù)源一致性好

系統(tǒng)數(shù)據(jù)源來自自動觀測系統(tǒng)（AWOS）和自動氣象站（AWS），均為國內(nèi)機(jī)場標(biāo)配的氣象探測系統(tǒng)，具有生產(chǎn)廠家相同、格式基本統(tǒng)一、運(yùn)行模式基本相同的特點(diǎn)，自動觀測系統(tǒng)為芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)。

4.2 報文發(fā)布時間及格式等要求一致

全國的氣象觀測報文完全根據(jù)《民用航空飛行氣象情報發(fā)布與交換辦法》的要求進(jìn)行發(fā)布，格式統(tǒng)一，要素一致。對于報文發(fā)布時間的嚴(yán)格要求決定了應(yīng)急手段必須改進(jìn)。

4.3 面臨的問題也基本相似

全國各個機(jī)場在運(yùn)行時，遇到的問題大同小異，如監(jiān)控手段單一、人員配備不足等，本系統(tǒng)投入使用后可以有效提高工作效率，較好保障飛行安全。

綜上所述，本系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可以有效緩解民航氣象觀測在運(yùn)行中存在的監(jiān)控手段單一、預(yù)警能力不足及應(yīng)急不夠迅速等問題，具有普遍適用性，可以在全國機(jī)場推廣使用。

［1］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用航空氣象地面觀測規(guī)范（AP-117-TM-02R1）［Z］.2012-02-28.

［2］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用機(jī)場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（AP-117-TM-2012-14）［Z］.2012-11-30.

［3］芬蘭Vaisala公司.MIDAS IV AWOS 技術(shù)手冊［Z］.2008- 04-18.

V321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.067

2095－6835（2019）17－0143－03

王健治（1977—），男，理學(xué)學(xué)士，高級工程師，主要從事航空氣象觀測、預(yù)報及業(yè)務(wù)軟件開發(fā)等工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕