民航西北氣象中心運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

張琰 陳齊亞

摘要：根據(jù)民航西北氣象中心對(duì)于氣象設(shè)備和業(yè)務(wù)運(yùn)行集中監(jiān)控的迫切需求以及當(dāng)前運(yùn)行狀況，分析了業(yè)務(wù)運(yùn)行保障環(huán)節(jié)存在的問題?；赟OA架構(gòu)和組件式的開發(fā)理念，設(shè)計(jì)了包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控和輔助運(yùn)行管理等功能的監(jiān)控系統(tǒng)，并且對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用框架和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：航空氣象;監(jiān)控;應(yīng)用框架;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2020）07-59-04

0引言

西北空管局氣象中心作為全國空管系統(tǒng)七大氣象中心之一，肩負(fù)著西北地區(qū)航空氣象監(jiān)視，咸陽機(jī)場(chǎng)及周邊的天氣監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)服務(wù)，氣象專用設(shè)備設(shè)施維護(hù)維修，西北地區(qū)氣象信息服務(wù)及隋報(bào)交換等任務(wù)。

隨著近幾年氣象業(yè)務(wù)量不斷增加，以及氣象建設(shè)項(xiàng)目的陸續(xù)完成，氣象中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)越來越龐雜，管理難度越來越大。設(shè)備及運(yùn)行監(jiān)視采用原有的人工巡視為主、逐級(jí)人工信息報(bào)送的保障模式已難以適應(yīng)。同時(shí)由于信息傳遞環(huán)節(jié)較多，運(yùn)行效率提升比較受限，不但難以滿足運(yùn)行保障的安全需求，也不能滿足行業(yè)發(fā)展對(duì)運(yùn)行效率大幅提升的要求。為了實(shí)現(xiàn)由人防到技防的重大轉(zhuǎn)變，民航西北空管局氣象中心提出建設(shè)一套氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)、全流程的運(yùn)行監(jiān)控和管理。

1民航西北氣象中心運(yùn)行現(xiàn)狀

氣象中心需監(jiān)控的設(shè)備設(shè)施主要包括機(jī)房環(huán)境、氣象專用及信息系統(tǒng)設(shè)備，需要監(jiān)控的業(yè)務(wù)產(chǎn)品主要包括報(bào)文產(chǎn)品、圖形產(chǎn)品，以及信息服務(wù)產(chǎn)品。除此之外，資產(chǎn)管理、資料管理、值班管理等采用人工管理方式為主的業(yè)務(wù)也需要得到改變。

1.1機(jī)房情況

氣象中心現(xiàn)有五處機(jī)房，包括：數(shù)據(jù)庫機(jī)房、自動(dòng)觀測(cè)機(jī)房、雷達(dá)機(jī)房、新塔臺(tái)傳輸機(jī)房、外場(chǎng)風(fēng)廓機(jī)房。上述機(jī)房的動(dòng)力和環(huán)境都沒有監(jiān)控。

1.2氣象專用設(shè)備

共有五套系統(tǒng)，包括：常規(guī)天氣雷達(dá)系統(tǒng)、風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)、自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)、氣象探測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻引接系統(tǒng)。上述系統(tǒng)設(shè)備的服務(wù)器、工作站及工作狀態(tài)還缺乏監(jiān)控。

1.3信息系統(tǒng)設(shè)備

共有八套信息系統(tǒng)，內(nèi)網(wǎng)區(qū)包括：民航氣象二期數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、民航空管分局（站）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、氣象信息服務(wù)系統(tǒng)、衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)、陜西省氣象局業(yè)務(wù)系統(tǒng)，外網(wǎng)區(qū)包括互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)、空軍修正海壓服務(wù)系統(tǒng)和西北自動(dòng)觀測(cè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示，在內(nèi)網(wǎng)區(qū)和外網(wǎng)區(qū)之間有網(wǎng)閘設(shè)備作單向隔離。上述系統(tǒng)的核心服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、產(chǎn)品和服務(wù)情況均缺乏監(jiān)控。

1.4輔助業(yè)務(wù)管理

當(dāng)前，氣象中心信息通報(bào)、資產(chǎn)管理、資料管理、值班管理等仍主要采用人工管理方式，各部門分別管理，多平臺(tái)混用，使用不便，管理效能低下。

2存在問題

經(jīng)過分析，當(dāng)前氣象中心業(yè)務(wù)運(yùn)行保障方面存在著以下幾方面問題。

（1）現(xiàn)有保障手段和力量對(duì)機(jī)房環(huán)境、設(shè)備工作狀態(tài)、業(yè)務(wù)運(yùn)行情況、產(chǎn)品制作流轉(zhuǎn)和服務(wù)、資料存儲(chǔ)等沒做到24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或業(yè)務(wù)出現(xiàn)異常時(shí)，工作人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

（2）設(shè)備設(shè)施安放地點(diǎn)較為分散，跑道內(nèi)和跑道外、戶縣和咸陽都有分布，維護(hù)人員巡視的工作量大，巡視間隔時(shí)間長，無法有效兼顧巡視和故障排除。

（3）氣象中心肩負(fù)著西北地區(qū)氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行信息的統(tǒng)計(jì)上報(bào)、全區(qū)情報(bào)交換的監(jiān)視及統(tǒng)計(jì)等職責(zé)，現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)控告警和定時(shí)統(tǒng)計(jì)，大量運(yùn)行信息收集處理主要采取事后人工統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行，效率較低。

（4）資產(chǎn)管理、備品備件管理、值班管理、資料管理、信息通報(bào)管理等效能低下，亟需得到改進(jìn)。

3設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)這些問題，本系統(tǒng)確定以下設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（1）設(shè)備及運(yùn)行監(jiān)控方面：實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)中的各種設(shè)備、重要軟件、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備或軟件發(fā)生預(yù)警或故障時(shí)，能夠通過多種方式給予值班人員提示，同時(shí)對(duì)告警進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，提高業(yè)務(wù)運(yùn)行效率。

（2）管理方面：通過該系統(tǒng)來進(jìn)行信息的上傳、收集、下達(dá)，完善業(yè)務(wù)運(yùn)行管理流程;對(duì)設(shè)備資產(chǎn)、零備件、資料文檔進(jìn)行管理;對(duì)排班、請(qǐng)銷假、考勤進(jìn)行電子化管理，提高管理效率。

4解決方案

考慮實(shí)用性和先進(jìn)性，氣象中心運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括業(yè)務(wù)監(jiān)控和管理監(jiān)控兩個(gè)部分，其中業(yè)務(wù)監(jiān)控包括設(shè)備監(jiān)控、產(chǎn)品監(jiān)控和機(jī)房監(jiān)控等功能，管理監(jiān)控包括值班管理、設(shè)備及零備件管理、資料統(tǒng)計(jì)、信息通報(bào)等功能。

4.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）基于SOA架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)（sOA）背后的思想就是讓稱為服務(wù)的特殊組件來執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。然后通過協(xié)調(diào)這些服務(wù)的工作給業(yè)務(wù)流程賦予生命力。SOA要求在任何指定的架構(gòu)中，需要有統(tǒng)一的服務(wù)通訊機(jī)制。這種機(jī)制應(yīng)該是松耦合的，并支持對(duì)外部的接口。

（2）基于組件式設(shè)計(jì)理念

本系統(tǒng)建設(shè)與開發(fā)過程中采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，利用組件技術(shù)，以核心業(yè)務(wù)為主線，以相關(guān)政策法規(guī)為準(zhǔn)則，面向日常工作和業(yè)務(wù)職能，劃分定義各類不同的業(yè)務(wù)活動(dòng)，以業(yè)務(wù)對(duì)象為中心來組織數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)化管理模式。

（3）基于B/S架構(gòu)和Android架構(gòu)

為滿足多用戶、多地點(diǎn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控管理，本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。其中設(shè)備管理模塊開發(fā)基于Android架構(gòu)的軟件，設(shè)備維護(hù)人員可通過手持終端進(jìn)行設(shè)備管理。

4.2系統(tǒng)應(yīng)用框架設(shè)計(jì)

如圖2所示，該系統(tǒng)由12個(gè)子系統(tǒng)組成。

（1）機(jī)房環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)：包括溫濕度監(jiān)控、漏水監(jiān)控、精密空調(diào)監(jiān)控、UPS監(jiān)控、STS配電柜監(jiān)控。

（2）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)：包括對(duì)設(shè)備服務(wù)器硬件狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫軟件狀態(tài)、鏈路傳輸狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、雷達(dá)系統(tǒng)及分機(jī)狀態(tài)、用戶工作站狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控。

（3）產(chǎn)品和服務(wù)監(jiān)控子系統(tǒng)：包括對(duì)報(bào)文、自動(dòng)觀測(cè)資料、雷達(dá)資料、衛(wèi)星資料、圖形產(chǎn)品、預(yù)報(bào)預(yù)警等產(chǎn)品的監(jiān)控。

（4）核心軟件監(jiān)控子系統(tǒng)：包括對(duì)MQ隊(duì)列、數(shù)據(jù)庫連接、通信系統(tǒng)進(jìn)程等軟件運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

（5）運(yùn)行狀態(tài)顯示子系統(tǒng)：監(jiān)控中心大屏幕顯示所有的監(jiān)控結(jié)果，設(shè)計(jì)大屏幕來顯示主頁，同時(shí)支持分屏顯示。

（6）監(jiān)控告警及處理子系統(tǒng)：對(duì)告警信息做分級(jí)處理，提供電話撥號(hào)、短信、聲音播報(bào)、終端網(wǎng)頁顯示、大屏顯示等多種通知方式。

（7）運(yùn)行信息收集子系統(tǒng)：包括運(yùn)行信息上傳、審核、下載、匯總等功能。

（8）視頻信號(hào)引接系統(tǒng)：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)接入功能，可以接入跑道四個(gè)位置的視頻數(shù)據(jù)，并且在瀏覽器端進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控影像顯示。

（9）設(shè)備及零備件管理子系統(tǒng)：包括對(duì)設(shè)備的添加、出庫、報(bào)廢、計(jì)量檢定等方面進(jìn)行管理，同時(shí)具備二維碼打印機(jī)，通過手持終端，在接入互聯(lián)網(wǎng)的情況下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行隨時(shí)隨地管理。

（10）技術(shù)資料及歷史資料管理子系統(tǒng)：主要用于氣象業(yè)務(wù)相關(guān)資料的查詢、編輯、上傳及存檔。

（11）值班管理子系統(tǒng)：包括排班表管理、在線換班、請(qǐng)假管理、值班通知、考勤統(tǒng)計(jì)、值班信息滾動(dòng)欄展示。

（12）運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)：包括對(duì)告警信息、氣象產(chǎn)品、運(yùn)行信息等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

由于氣象中心網(wǎng)絡(luò)分為內(nèi)網(wǎng)區(qū)和外網(wǎng)區(qū)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間用網(wǎng)閘作了單向隔離，所以設(shè)計(jì)了二套獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，分別部署在兩個(gè)區(qū)域，如圖3。對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)和外場(chǎng)UPS系統(tǒng)，接入時(shí)，采用防火墻進(jìn)行隔離。在內(nèi)網(wǎng)區(qū)域部署有集中顯示單元，對(duì)大屏顯示進(jìn)行適配，通過視頻拼接設(shè)備，接入大屏。同時(shí)，在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，分別架設(shè)語音服務(wù)器，接入語音系統(tǒng)，用于監(jiān)控電話告警。在外網(wǎng)服務(wù)區(qū)還部署有基于云服務(wù)平臺(tái)的短息發(fā)布系統(tǒng)，用于外網(wǎng)區(qū)告警通知和業(yè)務(wù)管理信息通知。

5結(jié)束語

本文根據(jù)西北氣象中心業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及特點(diǎn)設(shè)計(jì)了氣象運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了各業(yè)務(wù)部門的需求，將業(yè)務(wù)監(jiān)控與運(yùn)行管理相結(jié)合，綜合運(yùn)用B/S架構(gòu)、云服務(wù)平臺(tái)以及Android架構(gòu)，同時(shí)考慮了系統(tǒng)的安全性，將內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)分區(qū)域管理。當(dāng)前，民航西北氣象中心業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開始試運(yùn)行，并在工作效率和管理效率提升方面發(fā)揮了一定作用。當(dāng)然，在試運(yùn)行過程中，我們也看到了系統(tǒng)存在的一些不足之處，主要表現(xiàn)在監(jiān)控過于敏感，告警的邏輯、具體規(guī)則、閾值還需要在實(shí)際工作中逐漸調(diào)整優(yōu)化，最終突出重點(diǎn)信息。同時(shí)，在未來如何將人工智能技術(shù)與告警信息結(jié)合，在機(jī)器學(xué)習(xí)以后，通過細(xì)微之處的告警信息提示出未來需要注意的故障點(diǎn)，這都是我們需要學(xué)習(xí)與研究的地方。