基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控方案

姜澤

引言

自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)（automated weather observing system，以下簡(jiǎn)稱“AWOS”）是民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)必須配備的基礎(chǔ)氣象探測(cè)設(shè)備。自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)的風(fēng)溫濕壓等AWOS數(shù)據(jù)通過傳感器采集處理后顯示給用戶使用。但隨著環(huán)境的多樣性以及民航氣象服務(wù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的更高要求，單一的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控已經(jīng)無法滿足局部復(fù)雜天氣的探測(cè)需求。

本文以呼倫貝爾機(jī)場(chǎng)為例，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)AWOS運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)每一套自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，能夠?yàn)橛^測(cè)員提供真實(shí)、連續(xù)的飛行區(qū)情景，對(duì)于提高氣象目測(cè)局部能見度低、低云、局部揚(yáng)沙等復(fù)雜天氣現(xiàn)象的準(zhǔn)確度，為飛行及空管提供準(zhǔn)確氣象數(shù)據(jù)具有重要意義。

此外，氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)備配備的傳感器、探頭等外場(chǎng)探測(cè)設(shè)備共19套，分布在東、中、西跑道旁邊，遠(yuǎn)離氣象值班室，在飛行區(qū)氣象探測(cè)設(shè)備附近安裝視頻攝像設(shè)備能夠輔助氣象設(shè)備保障人員監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，尤其是當(dāng)外部環(huán)境造成探測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)（如跑道吹雪、打草作業(yè)、鳥擾），氣象人員能夠利用視頻攝像設(shè)備快速判斷數(shù)據(jù)異常的原因，為航空用戶提供真實(shí)的機(jī)場(chǎng)天氣狀況。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程無線網(wǎng)橋與視頻輔助觀測(cè)系統(tǒng)兩個(gè)模塊

1.1遠(yuǎn)程無線網(wǎng)橋搭建

目前的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備連接中，有線網(wǎng)絡(luò)存在諸多缺點(diǎn)，例如有限的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)限制了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和便捷性，網(wǎng)線、光纜的維護(hù)成本高而不便于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，3G費(fèi)用昂貴且?guī)捰邢?，臨時(shí)建筑重復(fù)布線等。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的布線容易、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便，將遠(yuǎn)程無線網(wǎng)橋應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)無線監(jiān)控已經(jīng)成為一種新趨勢(shì)。

通信傳輸利用無線網(wǎng)橋在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的配電箱中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)作為協(xié)議轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)中繼。

1.2視頻輔助觀測(cè)

（1）視頻輔助觀測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)：

視頻輔助觀測(cè)系統(tǒng)由分布在飛行區(qū)的網(wǎng)絡(luò)高清視頻攝像頭，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等構(gòu)成。在雷達(dá)樓機(jī)房設(shè)置1臺(tái)硬盤錄像機(jī)，收集來自各個(gè)視頻攝像設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在氣象觀測(cè)值班室設(shè)置1臺(tái)控制終端，用于監(jiān)測(cè)跑道天氣情況。在氣象機(jī)務(wù)值班室設(shè)置1臺(tái)監(jiān)視終端，用于監(jiān)控氣象探測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況。

（2）視頻輔助觀測(cè)實(shí)現(xiàn)

A、攝影機(jī)將實(shí)時(shí)監(jiān)控觀測(cè)系統(tǒng)環(huán)境并在顯示終端顯示;

B、針對(duì)特殊天氣（例如局部揚(yáng)沙、局部能見度低等）攝影機(jī)可以對(duì)天氣進(jìn)行視頻采集，每間隔一段時(shí)間得到一段天氣圖像信號(hào)傳送給存儲(chǔ)器;

C、觀測(cè)員終端和機(jī)務(wù)員終端分別為控制中心和分控中心，視頻終端可顯示3個(gè)前端畫面?？刂朴?jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前端攝影機(jī)的云臺(tái)位置、視角范圍等參數(shù)的調(diào)整。通過授權(quán)，分控中心及所有聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)均可通過終端看到跑道周邊天氣畫面;

2.可行性

無線網(wǎng)橋可將分布于不同地點(diǎn)和不同建筑物之間的局域網(wǎng)設(shè)備連接起來，應(yīng)用范圍廣泛、抗干擾能力強(qiáng)，帶寬高采用全天候防風(fēng)、防雨、防雷、防曬、防塵、防震以及散熱設(shè)計(jì)，擁有超強(qiáng)的免維護(hù)特性，基于以太網(wǎng)供電技術(shù)，易于在室外安裝使用;由于無需鋪設(shè)專用饋纜，可減少傳輸損耗、縮短施工周期，降低施工成本，為無線視頻環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的、性價(jià)比極高的解決方案。

3.方案拓展

（1）監(jiān)控可以根據(jù)（鳥擾）實(shí)現(xiàn)與聲光報(bào)警、機(jī)器人巡檢等第三方系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

（2）拓展開發(fā)觀測(cè)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)視覺能見度判斷。根據(jù)攝影機(jī)對(duì)天氣進(jìn)行視頻采集，每間隔一段時(shí)間得到一段天氣視頻圖像信號(hào)傳送給分析平臺(tái);分析平臺(tái)將天氣圖像信號(hào)進(jìn)行中值濾波，消除噪點(diǎn);將完成濾波后的視頻流每間隔一段時(shí)間提取一幅關(guān)鍵幀，并對(duì)關(guān)鍵幀進(jìn)行特征提取;利用分類器對(duì)得到的特征進(jìn)行識(shí)別，得到天氣特征列表;將分類結(jié)果的天氣特征次數(shù)進(jìn)行投票，將出現(xiàn)次數(shù)最多的天氣類別作為觀測(cè)結(jié)果;并將該情況傳送給顯示終端。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了awos運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，其方案簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，并對(duì)實(shí)際工作有著客觀的幫助作用，它采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為遠(yuǎn)端的各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行安全防范、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)查、存儲(chǔ)，特別是可在各種復(fù)雜環(huán)境、氣候條件下對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、外部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。它可以讓觀測(cè)機(jī)務(wù)員充分的掌握自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，加快排障時(shí)間。

隨著民航事業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的逐步完善，無線環(huán)境監(jiān)控更可以拓展例如三方聯(lián)動(dòng)、無人驅(qū)鳥告警，機(jī)器人巡檢、觀測(cè)視覺分析平臺(tái)此類自動(dòng)化手段，在整個(gè)運(yùn)行保障中，可以發(fā)揮著非常重要的作用。

民航華北呼倫貝爾空管站? ? 內(nèi)蒙古呼倫貝爾? ? 021000