高建國(guó)

?

空管電報(bào)分析處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高建國(guó)

民航福建空管分局

1 研究背景

隨著近年來(lái)我國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)的快速增長(zhǎng)，日益增加的空中交通流量給相應(yīng)的空中交通管制部門帶來(lái)了巨大的壓力和前所未有的挑戰(zhàn)。空管自動(dòng)化系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于航空部門的空中交通控制和管理系統(tǒng)，它是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，接收和處理來(lái)自各個(gè)雷達(dá)頭的飛行數(shù)據(jù)以及來(lái)自航空電信網(wǎng)的飛行電報(bào)數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)界面提供給空中交通管制員整個(gè)管制區(qū)內(nèi)飛行活動(dòng)的監(jiān)視、預(yù)測(cè)和告警信息，協(xié)助管制員對(duì)空中交通進(jìn)行安全有序的管理。

航空飛行電報(bào)是空管自動(dòng)化系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源，同時(shí)也是空中交通管制指揮的主要信息來(lái)源，電報(bào)中包含了航空飛行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，如航班號(hào)、起飛機(jī)場(chǎng)、起飛時(shí)間、降落時(shí)間、飛機(jī)機(jī)型和預(yù)計(jì)空中飛行時(shí)間等。這些報(bào)文是維護(hù)空中交通秩序、保證飛行安全和提高飛行效益必不可少的保障。

隨著管制指揮對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng)的依賴性的增加，需要進(jìn)一步提高自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和有效性，從而減輕空管人員的工作負(fù)擔(dān)，適應(yīng)空管快速發(fā)展的需要。由于航空電信網(wǎng)傳輸系統(tǒng)、突發(fā)干擾或人為等因素造成的報(bào)文傳輸中斷或遺漏，在一定程度上阻礙了空中交通管制工作的順利進(jìn)行。

目前福建空管分局使用的是洛克希德?馬丁空管自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)未對(duì)電報(bào)的接收情況進(jìn)行監(jiān)控，并且其使用的電報(bào)終端設(shè)備性能不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生故障導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)法正常接收電報(bào)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)電報(bào)分析處理系統(tǒng)彌補(bǔ)空管自動(dòng)化系統(tǒng)在這方面的不足就顯得十分必要。

本文結(jié)合工程實(shí)際，使用LINUX系統(tǒng)的Shell腳本構(gòu)建空管電報(bào)分析處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠針對(duì)因電報(bào)終端設(shè)備或傳輸線路等故障造成的電報(bào)傳輸中斷產(chǎn)生告警提示，引導(dǎo)值班人員對(duì)線路進(jìn)行檢查和測(cè)試，并能及時(shí)統(tǒng)計(jì)和提示傳輸過(guò)程中遺漏的報(bào)文，避免系統(tǒng)因長(zhǎng)時(shí)間未收到電報(bào)或遺漏重要報(bào)文而導(dǎo)致管制員無(wú)法及時(shí)獲取航班動(dòng)態(tài)，飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)無(wú)法與雷達(dá)航跡自動(dòng)相關(guān)，從而影響正常的飛行管制工作。目前該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于福建空管分局，取得了良好的成效，將設(shè)備故障造成的風(fēng)險(xiǎn)降低到了最低限度。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)基于Linux Red Hat操作系統(tǒng)，使用Shell腳本構(gòu)建，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟：

2.1 電報(bào)內(nèi)容分析和預(yù)處理

空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器通過(guò)電報(bào)終端接收來(lái)自民航電報(bào)網(wǎng)（AFTN）的飛行動(dòng)態(tài)電報(bào)，經(jīng)過(guò)處理后形成飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)生效的飛行計(jì)劃計(jì)算飛行軌跡，并將飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)與多雷達(dá)融合后的雷達(dá)航跡進(jìn)行相關(guān)處理，輸出到管制員席位上顯示。

由于空管自動(dòng)化系統(tǒng)將接收到的各類外部數(shù)據(jù)包括電報(bào)均直接存儲(chǔ)在指定文件內(nèi)，因此為了甄別自動(dòng)化系統(tǒng)是否收到電報(bào)數(shù)據(jù)，首先需要對(duì)該文件的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)處理，刪除不標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文中的亂碼等無(wú)用的信息，從中提取出有效的電報(bào)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)電報(bào)的接收過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)，在接收到的標(biāo)準(zhǔn)電報(bào)數(shù)據(jù)中包含有字段“INPUT”，因此在程序代碼中，使用grep命令對(duì)文件中包含“INPUT”字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，識(shí)別出文件中包含的報(bào)文。

2.2 報(bào)文中斷的故障診斷及告警

當(dāng)終端設(shè)備故障或傳輸故障而無(wú)法接收到電報(bào)時(shí)，服務(wù)器內(nèi)接收電報(bào)的文件將不會(huì)接收到新的報(bào)文，此時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控該電報(bào)文件內(nèi)容變化的情況，便能判斷出系統(tǒng)是否接收到新的報(bào)文。如果該文件內(nèi)的報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間未出現(xiàn)更新，則極有可能表示傳輸設(shè)備出現(xiàn)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)未接收到新報(bào)，系統(tǒng)將產(chǎn)生告警，提示值班人員對(duì)傳輸設(shè)備進(jìn)行檢查，以及時(shí)排除故障，恢復(fù)報(bào)文的傳輸。其程序通過(guò)函數(shù)alarm（）實(shí)現(xiàn)：

alarm ( ) {

1 while true do

2 a=$(grep INPUT tele | wc -l )

3 sleep 180

4 b=$(grep INPUT tele | wc -l )

5 if [ "$a" = "$b" ]; then

6 play prealarm.wav

7 while true do

8 c=$(grep INPUT tele | wc -l )

9 sleep 60

10 d=$(grep INPUT tele | wc -l )

11 if [ "$c" = "$d" ]; then

12 play alarm.wav

13 else break

14 fi

15 done

16 fi

17 done

}

2.2.1系統(tǒng)對(duì)報(bào)文數(shù)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)首先對(duì)過(guò)濾出的報(bào)文通過(guò)wc –l命令，統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)接收到的電報(bào)數(shù)量（通過(guò)語(yǔ)句2實(shí)現(xiàn)），其次每間隔3分鐘（通過(guò)語(yǔ)句3實(shí)現(xiàn)），再對(duì)過(guò)濾出來(lái)的電報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)接收到電報(bào)數(shù)量在一定時(shí)間內(nèi)未發(fā)生變化時(shí)（通過(guò)語(yǔ)句5判斷），則認(rèn)定未接收到新的報(bào)文，系統(tǒng)將自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警（通過(guò)語(yǔ)句6實(shí)現(xiàn)）。

2.2.2系統(tǒng)告警級(jí)別升級(jí)

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警后，為利于值班員更加及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)的檢測(cè)級(jí)別升級(jí)，將電報(bào)的循環(huán)檢測(cè)時(shí)間由3分鐘縮短至1分鐘，由語(yǔ)句7至語(yǔ)句15執(zhí)行該檢測(cè)，如在該級(jí)別的檢測(cè)中系統(tǒng)仍未收到電報(bào)，則發(fā)出正式告警（語(yǔ)句12）。而當(dāng)系統(tǒng)在該循環(huán)檢測(cè)過(guò)程中接收到新報(bào)文時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行語(yǔ)句13跳出該檢測(cè)級(jí)別，恢復(fù)至每3分鐘檢測(cè)一次報(bào)文的接收情況。

2.3 報(bào)文遺漏的故障診斷及告警

針對(duì)在傳輸過(guò)程中較常發(fā)生的報(bào)文丟失的情況，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)文接收情況，通過(guò)比對(duì)收到的電報(bào)中自帶的流水號(hào)，統(tǒng)計(jì)出丟失的報(bào)文的流水號(hào)，并及時(shí)告警提醒值班人員，補(bǔ)發(fā)遺漏的報(bào)文。

實(shí)現(xiàn)漏報(bào)告警的程序完成以下幾個(gè)步驟：

2.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)視存儲(chǔ)報(bào)文的文件變化

在程序中使用cksum命令定期判斷存儲(chǔ)報(bào)文的文件的校驗(yàn)和是否變化，即該文件是否有接收到新的報(bào)文。

2.3.2提取最新接收到的報(bào)文中的流水號(hào)

當(dāng)文件發(fā)生變化時(shí)，由于在報(bào)文的第一個(gè)字符串中包含了報(bào)文的流水號(hào)，因此，使用awk '{print $1}’命令提取出最新接收的報(bào)文的流水號(hào)。

2.3.3流水號(hào)的比對(duì)

對(duì)于最新提取出來(lái)的流水號(hào)，將其與上一條報(bào)文的流水號(hào)做比對(duì)，若流水號(hào)不連續(xù)，則認(rèn)定在這兩條報(bào)文之間遺漏了電報(bào)，同時(shí)計(jì)算出遺漏報(bào)文的流水號(hào)，輸出遺漏報(bào)文的流水號(hào)，并發(fā)出漏報(bào)告警提示。

2.4 系統(tǒng)分時(shí)自動(dòng)運(yùn)行

通過(guò)對(duì)航行情報(bào)網(wǎng)（AFTN）電報(bào)接收情況的統(tǒng)計(jì)表明，報(bào)文更新的最大時(shí)間間隔在白天約為3分鐘，而晚上最大間隔約為10分鐘。

因此電報(bào)處理系統(tǒng)能針對(duì)不同的時(shí)間段，創(chuàng)建不同的程序模塊，分別根據(jù)早晚電報(bào)接收時(shí)間段的不同，定義不同的檢測(cè)時(shí)間間隔，以實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行效果。例如，對(duì)于電報(bào)中斷的故障檢測(cè)，在凌晨0點(diǎn)至6點(diǎn)，可設(shè)定程序模塊每隔5分鐘做一次檢測(cè)；而在6點(diǎn)后，程序模塊則每隔3分鐘做一次檢測(cè)。

對(duì)于這種有規(guī)律的周期性任務(wù)，可以使用Linux系統(tǒng)的cron守護(hù)進(jìn)程指定時(shí)間在系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)執(zhí)行作業(yè)，而無(wú)需人工干預(yù)，從而大大減少維護(hù)人員日常的工作量。

通過(guò)編輯文件/etc/crontab，在該文件中定義要執(zhí)行的腳本以及執(zhí)行的時(shí)間，cron守護(hù)進(jìn)程就會(huì)按照指定的時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行腳本，完成相應(yīng)的工作。對(duì)于該文件的配置分為以下兩個(gè)步驟：

2.4.1修改程序運(yùn)行目錄

在crontab文件的PATH路徑后增加運(yùn)行程序所在的目錄：/rdp/home/sysadmin，使得cron守護(hù)進(jìn)程能在該目錄下調(diào)用腳本自動(dòng)執(zhí)行作業(yè)。其設(shè)置如下：

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/rdp/home/sysadmin

2.4.2定義程序自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間

crontab文件中用于定義自動(dòng)執(zhí)行作業(yè)的條目共包括6個(gè)域，其中包含5個(gè)時(shí)間域，其格式為：

分時(shí)日月星期要運(yùn)行的命令

在時(shí)間域中，如果對(duì)某個(gè)表示時(shí)間的域沒(méi)有特別的限定，則在該域內(nèi)填入*，每個(gè)域之間使用空格分隔。在該文件中對(duì)于本系統(tǒng)程序模塊的執(zhí)行情況，表示在凌晨6點(diǎn)之前自動(dòng)執(zhí)行程序模塊TeleSysMor；在6點(diǎn)之后自動(dòng)執(zhí)行TeleSysDay程序模塊。其添加的自動(dòng)執(zhí)行的作業(yè)如下：

00 00 * * * TeleSysMor

59 05 * * * pkill TeleSysMor

00 06 * * * TeleSysDay

59 23 * * * pkill TeleSysDay

此外，通過(guò)使用crontab守護(hù)進(jìn)程在系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行相關(guān)進(jìn)程，還能夠減輕維護(hù)人員的工作量，而且對(duì)于一些密集訪問(wèn)磁盤等復(fù)雜的進(jìn)程還能設(shè)定在系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)執(zhí)行，以減輕系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3 結(jié)論

根據(jù)本文思想構(gòu)建的電報(bào)處理分析系統(tǒng)已在福建空管分局運(yùn)行約一年時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，其最大優(yōu)點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，避免了因?yàn)閭鬏斁€路、終端接口設(shè)備等故障而導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常接收到電報(bào)或遺漏重要報(bào)文，影響空中交通管制工作。該項(xiàng)技術(shù)革新投入運(yùn)行后，使得保障人員對(duì)電報(bào)故障的診斷更加快速準(zhǔn)確，使得原本至少需要半小時(shí)才能發(fā)現(xiàn)并解決的故障，縮短至5分鐘之內(nèi)便能解決，大幅度縮短了故障排除和解決的時(shí)間，提升了設(shè)備的保障力度，進(jìn)一步完善了空管自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件功能，有效地提高了空中交通服務(wù)的質(zhì)量。

[1] Lockheed Martin Corporation. SkyLine Air Traffic Control Automation System Adaptation Manual. Lockheed Martin Corporation,2006,201-220.

[2] Lockheed Martin Corporation. SkyLine Air Traffic Control Automation System System Management and Maintenance Manual. Lockheed Martin Corporation,2006, 312-322.

[3] David Tansley. 張春萌譯. LINUX與UNIX_Shell編程指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.