民航空管氣壓對(duì)比監(jiān)測(cè)的研發(fā)實(shí)現(xiàn)

◆張明

行業(yè)與應(yīng)用安全

民航空管氣壓對(duì)比監(jiān)測(cè)的研發(fā)實(shí)現(xiàn)

◆張明

（民航空管山東分局 山東 250100）

民航氣象地面觀測(cè)業(yè)務(wù)作為航空氣象的重要組成部分，在保障安全飛行工作中起到越來(lái)越重要的作用，特別是其提供的氣壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要具有可靠性、準(zhǔn)確性、有效性。本文介紹分析了民航空管氣壓對(duì)比監(jiān)測(cè)的方法和原理，以及據(jù)此開發(fā)的氣壓對(duì)比監(jiān)測(cè)軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多套氣象觀測(cè)系統(tǒng)氣壓數(shù)據(jù)的對(duì)比監(jiān)測(cè)，并保障數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)異常數(shù)據(jù)具有報(bào)警和記錄功能，以科技手段提升安全生產(chǎn)運(yùn)行保障能力。

氣壓對(duì)比監(jiān)測(cè)；自動(dòng)觀測(cè)；空管氣象觀測(cè)

氣象因素對(duì)民用航空正常安全運(yùn)行影響日益加大，民航氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)在其中起到非常重要的作用。構(gòu)建氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的設(shè)備系統(tǒng)，做好氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和數(shù)據(jù)差錯(cuò)、缺失或數(shù)據(jù)變化異常等情況，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有利于降低觀測(cè)錯(cuò)情率，防止不安全事件的發(fā)生，提高氣象觀測(cè)的工作質(zhì)量，更好地保障飛行安全。

飛機(jī)在起飛、降落和空中飛行的每個(gè)階段都會(huì)受到風(fēng)、氣溫、氣壓等各個(gè)氣象要素的影響，為此，民航空管氣象觀測(cè)部門配備了主備氣象觀測(cè)系統(tǒng)，為各個(gè)運(yùn)行單位提供相應(yīng)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。為了向使用部門提供高質(zhì)量的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們開發(fā)了基于主備氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)比監(jiān)控的觀測(cè)數(shù)據(jù)終端。

氣象觀測(cè)提供的修正海平面氣壓值是影響飛行安全的重要?dú)庀笠刂?，本文就其中氣壓?duì)比監(jiān)測(cè)的功能軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行討論。

1 行業(yè)要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

系統(tǒng)研制過程中，依據(jù)《民用航空氣象地面觀測(cè)規(guī)范》、《民航空管系統(tǒng)不安全事件標(biāo)準(zhǔn)》、《民用航空自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等文件。為加強(qiáng)民航氣象觀測(cè)工作，確保機(jī)場(chǎng)氣壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，切實(shí)保障航空飛行的安全，民航局空管局專門下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)氣壓數(shù)據(jù)比對(duì)工作的通知》，對(duì)氣壓數(shù)據(jù)觀測(cè)和提供工作作出明確要求：

（1）各氣象運(yùn)行單位應(yīng)配備氣壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)系統(tǒng)或軟件。該系統(tǒng)或軟件應(yīng)具有將多個(gè)氣壓測(cè)量設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的功能，當(dāng)比對(duì)差值達(dá)到閾值時(shí)進(jìn)行告警，閾值不應(yīng)大于2百帕。

（2）各氣象運(yùn)行單位應(yīng)配備編發(fā)機(jī)場(chǎng)天氣報(bào)告氣壓數(shù)據(jù)比對(duì)系統(tǒng)或軟件。該系統(tǒng)或軟件應(yīng)具有編發(fā)機(jī)場(chǎng)天氣報(bào)告時(shí)采集的氣壓數(shù)據(jù)與前次數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的功能，當(dāng)比對(duì)差值達(dá)到閾值時(shí)進(jìn)行告警，閾值不應(yīng)大于2百帕。

2 系統(tǒng)概述

目前該系統(tǒng)接入的觀測(cè)系統(tǒng)有MIDASIV自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)、AMS-Ⅱ自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)和振筒氣壓儀，系統(tǒng)通過獲得它們提供的氣象觀測(cè)資料，提取QNH氣壓數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比檢測(cè)，當(dāng)這三套系統(tǒng)提供的QNH數(shù)據(jù)相差大于等于2百帕?xí)r，系統(tǒng)通過使用聲音和界面告警的形式提醒觀測(cè)員注意QNH數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，從而啟動(dòng)相應(yīng)的氣象觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常處置程序。

本氣壓數(shù)據(jù)獲取及對(duì)比監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有如下功能：

2.1 每端氣壓數(shù)據(jù)變化監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范和規(guī)定要求，對(duì)三個(gè)數(shù)據(jù)獲取來(lái)源的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行各自數(shù)據(jù)變化的對(duì)比監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)分為兩個(gè)方面，一是對(duì)比監(jiān)測(cè)每一數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)據(jù)的相鄰整點(diǎn)的修正海平面氣壓值，如果出現(xiàn)其差值大于等于2百帕的情況時(shí)，進(jìn)行告警信息發(fā)送并在日志文件中記錄相應(yīng)時(shí)間和數(shù)值、數(shù)據(jù)來(lái)源；二是根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔，在其時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)生修正海平面氣壓值變化大于等于2百帕?xí)r，進(jìn)行告警信息發(fā)送并在日志文件中記錄相應(yīng)時(shí)間和數(shù)值、數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.2 不同來(lái)源的修正海平面氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比監(jiān)測(cè)

同時(shí)對(duì)MIDAS IV自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)、AMS-Ⅱ自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)和振筒氣壓儀，提供的“修正海壓值”進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比。當(dāng)某一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源的“修正海壓值”與另外兩個(gè)的修正海壓差值大于等于2百帕?xí)r，則進(jìn)行告警信息發(fā)送并記錄相應(yīng)時(shí)間、各數(shù)據(jù)來(lái)源及其數(shù)據(jù)。

2.3 修正海平面氣壓數(shù)據(jù)異常告警

告警信息產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的告警程序會(huì)通過聲音和界面信息告警提示用戶檢查，告警持續(xù)到數(shù)據(jù)正常為止。界面上提供有靜音按鈕，用戶可在出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后通過此按鈕靜音。

3 方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該軟件硬件連接結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 QNH數(shù)值對(duì)比監(jiān)測(cè)總體設(shè)計(jì)框圖

3.1 修正海平面氣壓數(shù)據(jù)獲取

修正海平面氣壓數(shù)據(jù)獲取來(lái)自三個(gè)不同的系統(tǒng)：

（1）振筒氣壓儀

目前使用的振筒氣壓儀具有串口數(shù)據(jù)通信功能，通過RS-232口，經(jīng)過詢問可以提供修正海平面氣壓等數(shù)據(jù)。程序設(shè)計(jì)中由數(shù)據(jù)對(duì)比監(jiān)測(cè)服務(wù)器通過輪詢方式，獲取修正海平面氣壓數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。當(dāng)輪詢超出一定時(shí)間無(wú)數(shù)據(jù)后，進(jìn)入相應(yīng)告警程序。

在實(shí)際使用中需要提前關(guān)注振筒氣壓儀的時(shí)間校時(shí)，防止因“振筒氣壓儀”時(shí)間不準(zhǔn)，造成系統(tǒng)告警。

（2）AMS-Ⅱ自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)

AMS-Ⅱ自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò) UDP 傳輸協(xié)議向局域網(wǎng)中廣播數(shù)據(jù)流，每隔 5 秒，發(fā)出一次數(shù)據(jù)流字串。數(shù)據(jù)流字串以****zdgc開頭，以####為結(jié)束標(biāo)記。每個(gè)要素之間用@字符隔開，各要素值放在“=”后面。由于設(shè)備故障或其他原因?qū)е略撘厝笔Щ蛉睖y(cè)，該要素的值為“////”。

本軟件接收該UDP廣播數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析判斷，進(jìn)行質(zhì)量控制后，將合規(guī)修正海平面氣壓數(shù)據(jù)供下一步對(duì)比監(jiān)測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集次數(shù)缺失情況達(dá)到一定閾值時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的告警程序。

（3）MIDASIV自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

通過對(duì)MIDASIV自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)CDU進(jìn)行相關(guān)配置，確保其提供的，“自觀數(shù)據(jù)流”可以從CDU發(fā)出，經(jīng)過TS-16的串口輸出后，經(jīng)串口服務(wù)器以TCP傳輸協(xié)議輸出。

其數(shù)據(jù)格式要符合《中華人民共和國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》的第 9 部分：自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出格式所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，具體可參照該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。

本軟件接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析判斷，進(jìn)行質(zhì)量控制后，將合規(guī)修正海平面氣壓數(shù)據(jù)供下一步對(duì)比監(jiān)測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集次數(shù)缺失情況達(dá)到一定閾值時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的告警程序。

3.2 數(shù)據(jù)顯示

該程序具有簡(jiǎn)單顯示功能，顯示各數(shù)據(jù)來(lái)源相應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)和時(shí)間，并在數(shù)據(jù)需要告警時(shí)，通過判斷，配合告警信息對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)紅（圖2）。

圖2 顯示功能

3.3 告警與歷史記錄

告警線程收到各監(jiān)測(cè)對(duì)比線程發(fā)來(lái)的消息時(shí)，將根據(jù)相應(yīng)的告警信息，將告警信息和需要記錄的時(shí)間、修正海平面氣壓等數(shù)據(jù)資料記錄入告警日志文檔，并進(jìn)行聲音告警及相應(yīng)的信息提示，以提醒值班人員啟動(dòng)相應(yīng)的處置程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

該氣壓對(duì)比檢查程序?qū)崟r(shí)采集各觀測(cè)設(shè)備提供的實(shí)時(shí)氣壓數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比監(jiān)測(cè)，當(dāng)氣壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，可以及時(shí)進(jìn)行告警。同時(shí)，類似程序可以對(duì)MIDASIV自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)和AMS-Ⅱ自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)提供其他氣象要素進(jìn)行類似的對(duì)比監(jiān)測(cè)告警，更好地以科技手段，提高氣象要素異常變化的監(jiān)測(cè)能力，降低相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)行成本，確保氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性和可靠性，提高飛行工作的安全運(yùn)行保障能力。

[1]VaisalaVaisala用戶手冊(cè).2014.12.

[2]AMS-II自動(dòng)氣象觀測(cè)軟件手冊(cè)說明書.

[3]宋文英，吳明江，陳柏堃，等.氣象測(cè)報(bào)地面信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)[J].氣象科技，2011（5）.