多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘? 要：為提高對監(jiān)視探測設(shè)備監(jiān)測、維護(hù)和管理能力，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)與分布式架構(gòu)，設(shè)計(jì)研發(fā)多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多監(jiān)視源數(shù)據(jù)集中錄取、統(tǒng)一監(jiān)視、對比分析和質(zhì)量評估。發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間給予告警提醒，快速定位問題源，讓運(yùn)維人員及時(shí)采取應(yīng)急措施，提高工作效率，減少對管制影響時(shí)間。通過該系統(tǒng)可以有效地提高對監(jiān)視探測設(shè)備的監(jiān)視維護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：監(jiān)視數(shù)據(jù)解析;監(jiān)視數(shù)據(jù)分析;軟件系統(tǒng)

中圖分類號：TP277? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0043-03

Abstract：In order to improve the ability of monitoring，maintenance and management of surveillance equipment，using big data technology and distributed architecture，a centralized monitoring and analysis system of multiple surveillance sources is designed and developed. The system realizes centralized data record，unified monitoring，comparative analysis and quality evaluation. In case of any problem，it is required to give an alarm and reminder as soon as possible，locate the source of the problem quickly，and let the operation and maintenance personnel take emergency measures in time，so as to improve the work efficiency and reduce the impact time on the air traffic control. The system can effectively improve the monitoring and maintenance effect of surveillance equipment.

Keywords：surveillance data decoding;surveillance data analysis;software system

0? 引? 言

中華人民共和國《“十三五”規(guī)劃綱要》中指出：“實(shí)施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。把大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，全面實(shí)施促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動，加快推動數(shù)據(jù)資源共享開放和開發(fā)應(yīng)用”。國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃充分表明數(shù)據(jù)集中收集挖掘與互聯(lián)共享勢在必行。

多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)將遵照國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃要求，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源互通共享與大數(shù)據(jù)挖掘，具備多監(jiān)視源數(shù)據(jù)集中錄取、統(tǒng)一監(jiān)視、對比分析、質(zhì)量評估等功能?？蓱?yīng)用于終端自動化，監(jiān)視接入自動化系統(tǒng)各監(jiān)視源質(zhì)量情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)方位偏差、正北時(shí)間間隔異常、扇區(qū)錯(cuò)誤、假目標(biāo)等問題并第一時(shí)間發(fā)出告警，提醒運(yùn)維人員進(jìn)行處理。此外，系統(tǒng)定期對各監(jiān)視源運(yùn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，根據(jù)定量規(guī)則進(jìn)行評分，給出“健康指數(shù)”和“體檢報(bào)告”，讓設(shè)備維護(hù)人員有的放矢地開展運(yùn)維工作。本系統(tǒng)在安徽空管分局監(jiān)視新技術(shù)研究及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室中完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1? 多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1? 架構(gòu)設(shè)計(jì)

多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性，可以實(shí)現(xiàn)至少32路以上監(jiān)視源數(shù)據(jù)的接入、處理和分析。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，各任務(wù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)功能和負(fù)荷情況分散部署在多個(gè)服務(wù)器中，分別負(fù)責(zé)一路監(jiān)視源的數(shù)據(jù)錄取、解析預(yù)處理、質(zhì)量分析，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的退出不會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。任務(wù)節(jié)點(diǎn)間通過消息隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，協(xié)同完成整個(gè)監(jiān)視分析過程。

系統(tǒng)采用集中配置分發(fā)和日志記錄。各任務(wù)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一從配置與日志服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取配置數(shù)據(jù)，并將運(yùn)行產(chǎn)生的日志信息提交給配置與日志服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄和轉(zhuǎn)發(fā)。

客戶端通過數(shù)據(jù)內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)從配置與日志服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取各任務(wù)節(jié)點(diǎn)配置情況以及運(yùn)行狀態(tài)、日志信息，從各任務(wù)節(jié)點(diǎn)直接獲取輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)予以顯示。

1.2? 功能設(shè)計(jì)

多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)主要面向空管自動化、雷達(dá)、ADS-B、多點(diǎn)定位系統(tǒng)運(yùn)維和管理人員需求。用于監(jiān)測監(jiān)視源運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)異常提供告警服務(wù)，提高設(shè)備保障能力和排查效率。具備輔助運(yùn)維人員排查故障的能力，可以提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)接入設(shè)備支持常用的HDLC、TCP/IP等數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，RS-422、RS-232等接口，支持常用的9 600 bps、19 200 bps、38 400 bps、64 000 bps等傳輸速率。

1.2.1? 配置與日志服務(wù)節(jié)點(diǎn)

該服務(wù)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)為各任務(wù)節(jié)點(diǎn)和客戶端提供全部后臺程序的配置數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)對配置文件進(jìn)行集中保存、修改。同時(shí)，該節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集各任務(wù)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)形成日志記錄，提供統(tǒng)一的轉(zhuǎn)發(fā)和查詢服務(wù)。

1.2.2? 數(shù)據(jù)錄取節(jié)點(diǎn)

該任務(wù)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)直接采集原始監(jiān)視源數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，根據(jù)記錄時(shí)長或文件長度自動分段錄取監(jiān)視源數(shù)據(jù)。同時(shí)，監(jiān)測磁盤空間，當(dāng)達(dá)到告警門限后，發(fā)出告警，并根據(jù)設(shè)置決定是否自動刪除最早的歷史數(shù)據(jù)。

1.2.3? 數(shù)據(jù)預(yù)處理節(jié)點(diǎn)

該任務(wù)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)直接采集原始監(jiān)視源數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。支持ASTERIX CAT 001/002/020/021/034/048、ALENIA MP2等雷達(dá)、ADS-B、多點(diǎn)定位系統(tǒng)格式數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展ASTERIX、MH/T 4008其他類型監(jiān)視數(shù)據(jù)格式。對于S模式寄存器數(shù)據(jù)項(xiàng)，能解析BDS（1，0）、BDS（1，7）、BDS（2，0）、BDS（3，0）、BDS（4，0）、BDS（5，0）、BDS（6，0）。同時(shí)，該節(jié)點(diǎn)根據(jù)配置的監(jiān)視源信息，對各監(jiān)視源探測的目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、時(shí)空對準(zhǔn)，得到統(tǒng)一時(shí)間坐標(biāo)的4D位置。預(yù)處理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將通過內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給數(shù)據(jù)質(zhì)量分析節(jié)點(diǎn)和客戶端目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。

1.2.4? 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析節(jié)點(diǎn)

該任務(wù)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)訂閱數(shù)據(jù)預(yù)處理節(jié)點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？杀O(jiān)測監(jiān)視源數(shù)據(jù)接收延時(shí)情況、雷達(dá)正北和扇區(qū)跨越報(bào)文丟失情況、雷達(dá)旋轉(zhuǎn)周期穩(wěn)定性情況、雷達(dá)測試應(yīng)答機(jī)穩(wěn)定性情況，可計(jì)算雷達(dá)目標(biāo)Mode A有效性比率、Mode C有效性比率、Mode A交織比率、Mode C交織比率，并根據(jù)速度的不確定性NUCr、位置的不確定性NUCp、氣壓高度的完好性NICbaro、監(jiān)視完好性級別SIL、位置的精確性NACp數(shù)據(jù)分析ADS-B信息質(zhì)量。通過多個(gè)相關(guān)監(jiān)視源數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)位置偏差。當(dāng)監(jiān)測項(xiàng)超出設(shè)置的告警門限，系統(tǒng)將發(fā)出告警數(shù)據(jù)通知客戶端數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2.5? 目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)

該客戶端系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)訂閱數(shù)據(jù)預(yù)處理節(jié)點(diǎn)輸出的目標(biāo)4D數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)具備在同一個(gè)界面上按照平面位置或者高度距離兩種方式以不同顏色實(shí)時(shí)顯示至少3路監(jiān)視源目標(biāo)的能力，具備顯示和設(shè)置網(wǎng)格線、目標(biāo)標(biāo)牌、歷史軌跡的能力。通過點(diǎn)選目標(biāo)或者歷史軌跡可顯示其原始十六進(jìn)制數(shù)據(jù)和ASTERIX數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容。根據(jù)高度、距離、方位、A碼、24位地址碼、飛機(jī)呼號等信息可篩選目標(biāo)。同時(shí)，還具備測量中心到指定位置、目標(biāo)到指定位置、目標(biāo)到目標(biāo)、指定位置到指定位置4種測量方式，具備地圖顯示和定制功能，支持鼠標(biāo)滾輪縮放和拖放平移操作。

1.2.6? 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

該客戶端系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)內(nèi)部交換與輸出網(wǎng)絡(luò)訂閱數(shù)據(jù)質(zhì)量分析節(jié)點(diǎn)輸出的分析結(jié)果顯示各監(jiān)視源數(shù)據(jù)質(zhì)量，從配置與日志服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取各任務(wù)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。具備日志查詢和配置編輯功能。

2? 多監(jiān)視源集中監(jiān)視分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)各后臺節(jié)點(diǎn)程序采用C#語言在.NET Core 2.2框架下開發(fā)，可以在Windows和Linux上跨平臺運(yùn)行?？蛻舳顺绦蚩紤]到需要大量圖形圖像繪制，同樣采用C#語言但在.NET Framework 4.6框架下開發(fā)，在Windows操作系統(tǒng)下利用SharpDX進(jìn)行各監(jiān)視源目標(biāo)繪制。整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)如下。

2.1? 監(jiān)視源數(shù)據(jù)解析的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)最核心的技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)監(jiān)視數(shù)據(jù)的解碼。監(jiān)視數(shù)據(jù)中包含目標(biāo)識別、位置、高度等許多信息，通過這些信息我們可以了解監(jiān)視源生產(chǎn)的“產(chǎn)品”質(zhì)量，分析性能。但是這些信息被按照特殊格式編碼，無法直接讀懂，需要對其進(jìn)行解碼翻譯。目前，全國絕大多數(shù)監(jiān)視探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出均支持歐控標(biāo)準(zhǔn)的ASTERIX格式。因此，可以從歐控網(wǎng)站上下載標(biāo)準(zhǔn)說明文檔或從廠家獲取接口控制文檔（ICD），再根據(jù)文檔說明編寫程序?qū)ΡO(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。

2.2? 監(jiān)視源數(shù)據(jù)引接的實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)設(shè)備數(shù)據(jù)絕大多數(shù)通過HDLC同步串行通信方式進(jìn)行輸出。這種通信方式雖然有利于系統(tǒng)及數(shù)據(jù)安全，但服務(wù)器不提供此類硬件通信設(shè)備，不利于數(shù)據(jù)接入。因此，需要配置HDLC同步串口協(xié)議轉(zhuǎn)TCP/UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備。ADS-B設(shè)備由于數(shù)據(jù)輸出量較大，一般采用UDP組播輸出。因此，可以直接通過交換機(jī)接入系統(tǒng)服務(wù)器。

2.3? 監(jiān)視源目標(biāo)繪制的實(shí)現(xiàn)

已解碼監(jiān)視目標(biāo)數(shù)據(jù)雖然可以被直接讀懂，但是一條條的數(shù)值非常抽象、不直觀。如果將這些目標(biāo)繪制到同一個(gè)軟件界面中進(jìn)行平面位置顯示，就可以直觀地看到各目標(biāo)位置狀態(tài)，有利于理解。系統(tǒng)采用WGS-84坐標(biāo)統(tǒng)一各監(jiān)視源目標(biāo)位置，通過Web Mercator投影將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)系，再使用SharpDX圖形庫繪制目標(biāo)和自定義地圖。同時(shí)，通過顏色、形狀區(qū)分各目標(biāo)的來源和類型，并在目標(biāo)旁繪制位置、高度等屬性信息。

3? 結(jié)? 論

系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)思想與分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，將多監(jiān)視源數(shù)據(jù)集中存儲分析，通過網(wǎng)絡(luò)互通共享，實(shí)現(xiàn)多監(jiān)視源目標(biāo)實(shí)時(shí)對比顯示、數(shù)據(jù)質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)集中監(jiān)視。當(dāng)監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常第一時(shí)間發(fā)出告警，讓不容易察覺的數(shù)據(jù)異常無處遁形。通過系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析各監(jiān)視源歷史數(shù)據(jù)可以輸出圖表形象展示各指標(biāo)趨勢，發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的規(guī)律和問題，讓設(shè)備管理維護(hù)人員有據(jù)可循，提升設(shè)備管理優(yōu)化能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉敏.淺析民航氣象觀測報(bào)文監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].科技風(fēng)，2020（2）：139-140.

[2] 張文軍，王玉剛，陳戰(zhàn)州，等.安全環(huán)保信息集中監(jiān)視系統(tǒng)在寧鋼實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用 [J].冶金設(shè)備，2019（S1）：88-90.

[3] 梁帥.關(guān)于集中監(jiān)視系統(tǒng)在調(diào)控中心的應(yīng)用 [J].電子測試，2018（14）：64-65.

作者簡介：孫世龍（1987.02-），男，漢族，安徽合肥人，工程師，本科，研究方向：通導(dǎo)設(shè)備維護(hù)。