韓劍鋒，曹燁琇，陳曉建，姚 笛

0 引言

隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展,航路流量的不斷增大,空中交通安全問(wèn)題已十分突出,實(shí)現(xiàn)空管系統(tǒng)的信息自動(dòng)化是必然要求,因此,需要增加能夠同時(shí)兼容處理大量信息、性能先進(jìn)、可靠性高的空管信息系統(tǒng)。但是，目前我國(guó)民航空管信息內(nèi)容比較豐富，各地的信息系統(tǒng)所執(zhí)行的信息標(biāo)準(zhǔn)、輸出協(xié)議也不盡相同，從而導(dǎo)致空管業(yè)務(wù)內(nèi)部存在大量的“信息孤島”，彼此不能互相訪問(wèn)，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的訪問(wèn)接口；同時(shí)，各地區(qū)空管信息相對(duì)封閉，地區(qū)空管局之間信息交流的途徑不是很通順，很多信息交流仍采取傳統(tǒng)的電話、傳真等方式，地區(qū)之間的信息共享能力不足。

針對(duì)空管信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文提出了建立空管接口信息整合平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建造接口模式、數(shù)據(jù)格式、服務(wù)界面“三統(tǒng)一”的空管信息接口平臺(tái)，整合空管系統(tǒng)各業(yè)務(wù)信息及管理信息，并能便捷地為外部系統(tǒng)提供信息服務(wù)。

1 建立接口信息服務(wù)平臺(tái)的必要性

1）建立統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)

目前，空管各地區(qū)都具備各自的信息系統(tǒng),各個(gè)空管站內(nèi)部也存在不同廠商開(kāi)發(fā)的信息系統(tǒng),雖然大部分系統(tǒng)是按照民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的處理和發(fā)布,但仍有部分信息由于沒(méi)有得到及時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化的更新而無(wú)法與其它來(lái)自外部的系統(tǒng)進(jìn)行信息共享。各個(gè)軟件公司開(kāi)發(fā)的空管信息系統(tǒng)，也因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有按照統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)建立而無(wú)法直接進(jìn)行信息互聯(lián)。因此, 考慮在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)影響最小的前提下，建立一個(gè)支持統(tǒng)一信息標(biāo)準(zhǔn)的接口平臺(tái)，所有的外部信息都通過(guò)這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行信息標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，使不同信息標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，可以通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行信息共享。

2）整合多種通信協(xié)議

目前，民航空管存在著種類(lèi)繁多的內(nèi)外部信息，同時(shí)，也必然存在各種信息的通信協(xié)議，這為系統(tǒng)間互聯(lián)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很大的不便。我們通常希望有一個(gè)通用性的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于軟件的開(kāi)發(fā)者意味著能夠更加快速簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)信息通行，對(duì)于應(yīng)用維護(hù)者意味著減小了維護(hù)的復(fù)雜性，定位接口故障也更加快速準(zhǔn)確。

3）便捷的對(duì)外獲取、提供信息服務(wù)

空管的信息系統(tǒng)在獲取和發(fā)布信息時(shí)，總會(huì)遇上不同信息標(biāo)準(zhǔn)、不同信息協(xié)議格式的問(wèn)題。提供信息與發(fā)布信息的雙方，都必須先進(jìn)行一定的溝通再對(duì)自己系統(tǒng)進(jìn)行修改，才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互聯(lián)方式十分繁瑣且不易推廣，我們希望建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)，大家按照已經(jīng)制定的標(biāo)準(zhǔn)接收和發(fā)布信息，將以往的那些“信息孤島”有機(jī)地連接起來(lái)，這將能夠極大地推動(dòng)空管信息化建設(shè)的發(fā)展。

4）便于數(shù)據(jù)融合、分析

以往的空管信息系統(tǒng)大部分?jǐn)?shù)據(jù)是相對(duì)孤立的，如氣象、情報(bào)、動(dòng)態(tài)計(jì)劃、雷達(dá)信息、機(jī)場(chǎng)信息、航空公司信息等，它們并沒(méi)有有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。而管制員或管理者更希望能夠綜合這些空管信息，讓它們之間做到信息的互補(bǔ)、融合。在航班飛行管理的前期提供戰(zhàn)略的預(yù)測(cè)，在中期提供戰(zhàn)術(shù)的指導(dǎo)和實(shí)時(shí)掌握各種影響航班飛行的信息，在航班飛行管理之后作出統(tǒng)計(jì)總結(jié)，讓管制員和管理者吸取經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教訓(xùn)，為以后更好地進(jìn)行飛行管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能

建立通用的空管信息標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)華東地區(qū)各空管信息系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的信息標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化功能。

實(shí)現(xiàn)華東地區(qū)各空管信息系統(tǒng)的通用通信協(xié)議輸出功能，即建立一個(gè)可以融合多種協(xié)議的接口平臺(tái)，并按照統(tǒng)一的協(xié)議格式進(jìn)行輸出。

對(duì)不同種類(lèi)的空管信息進(jìn)行一定的整合，更加便捷地為內(nèi)外部單位提供完整、可靠的空管信息。

實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的高可用性，建立一個(gè)穩(wěn)定、安全、高效的信息接口平臺(tái)。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

空管信息接口平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

圖1 體系結(jié)構(gòu)圖

由圖1可見(jiàn)，本系統(tǒng)主要分為5大功能：通信協(xié)議轉(zhuǎn)換、空管規(guī)則庫(kù)解析、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合、信息發(fā)布。

通信協(xié)議轉(zhuǎn)換:將空管信息各類(lèi)通信協(xié)議方式轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的通信協(xié)議。

空管規(guī)則庫(kù)解析：存放著空管信息解析的標(biāo)準(zhǔn)，所有的空管外部信息，先通過(guò)該解析器按照已經(jīng)設(shè)置好的解析規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，如民航4007、4008規(guī)定，情報(bào)、氣象數(shù)據(jù)格式規(guī)定等。

信息整合：將原來(lái)分散、無(wú)聯(lián)系的空管信息，按照一定的形式有機(jī)的組合，便于統(tǒng)計(jì)、分析，輔助管理人員做出正確的決策。

信息發(fā)布：可以通過(guò)靈活的配置，將接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或是將經(jīng)過(guò)規(guī)則庫(kù)解析和數(shù)據(jù)融合加工后的空管信息，發(fā)布至外部系統(tǒng)。

3.2 消息中間件

本系統(tǒng)采用WebSphere MQ7.0作為消息中間件,消息路由功能則由MessageBroker實(shí)現(xiàn)。

首先，從概念上說(shuō)，消息中間件 MQ負(fù)責(zé)在兩個(gè)系統(tǒng)之間傳遞消息。這兩個(gè)系統(tǒng)，可以是異構(gòu)的——處于不同硬件、不同操作系統(tǒng)、采用不同語(yǔ)言編寫(xiě)，使用 MQ可以輕松實(shí)現(xiàn)其互相通訊而不必考慮其底層系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

MQ可以提供高效且可靠的跨平臺(tái)傳輸服務(wù)，它能夠應(yīng)付多種異常情況，例如網(wǎng)絡(luò)阻塞、臨時(shí)中斷等。

3.3 信息標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)據(jù)整合

建立空管信息接口平臺(tái)的前提是建立平臺(tái)內(nèi)部的信息標(biāo)準(zhǔn)。種類(lèi)豐富的空管信息具備各自的信息標(biāo)準(zhǔn)，而一旦進(jìn)入平臺(tái)處理后，就應(yīng)該具備統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行流轉(zhuǎn)。

本系統(tǒng)采用基于XML的元數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的承載對(duì)象，而信息主體以航班計(jì)劃與機(jī)場(chǎng)信息兩部分為主。如圖2所示：

圖2 信息整合

空管外部信息進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析后,原來(lái)的信息標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)被重構(gòu),組成航班計(jì)劃與動(dòng)態(tài)、機(jī)場(chǎng)動(dòng)態(tài)兩類(lèi)數(shù)據(jù)。

信息整合的基本出發(fā)點(diǎn)是直接整合數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用幾乎沒(méi)有影響。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整合，使各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)可互連、互通,實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。其主要特點(diǎn)如下：

異構(gòu)信息透明地共享和交換。

屏蔽應(yīng)用層處理異構(gòu)數(shù)據(jù)源的復(fù)雜性。

簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)整理和應(yīng)用整合難度。

信息整合也不是完全替代應(yīng)用整合，而是提供了一個(gè)更簡(jiǎn)化和方便的平臺(tái)?；诮y(tǒng)一的信息平臺(tái)基礎(chǔ)上，應(yīng)用系統(tǒng)的整合可變得更為方便靈活。如無(wú)需考慮異構(gòu)數(shù)據(jù)連接問(wèn)題、無(wú)需考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

3.4 空管規(guī)則庫(kù)

由于空管行業(yè)的特殊性,空管信息系統(tǒng)應(yīng)該具備升級(jí)的靈活性和維護(hù)的可操作性。因此，本系統(tǒng)在處理空管外部信息時(shí)，不是按照固定的已知業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，而是將各種空管業(yè)務(wù)規(guī)則轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可識(shí)別的業(yè)務(wù)引擎。該引擎不但具備各種數(shù)據(jù)的解析規(guī)則，也集成各自相關(guān)的空管業(yè)務(wù)流程。如果出現(xiàn)需要修改業(yè)務(wù)規(guī)則的情況，不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行代碼修改，更無(wú)須停機(jī)升級(jí)，只需要在線修改規(guī)則庫(kù)里相關(guān)的規(guī)則即可，如圖3所示：

圖3 空管規(guī)則庫(kù)

由圖3所示，外部信息進(jìn)入空管規(guī)則解析器，解析器會(huì)自動(dòng)識(shí)別該信息屬于哪類(lèi)空管信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析匹配。若解析成功，按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，形成系統(tǒng)可識(shí)別的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。若解析失敗，則記錄失敗原因，并將修改意見(jiàn)向管理人員反饋。無(wú)論是空管規(guī)則本身需要修改（如 FPL電報(bào)分組定義修改）還是系統(tǒng)提出修正規(guī)則建議，管理人員只需對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行編輯即可。

空管規(guī)則庫(kù)的建立，將改變以往多數(shù)空管信息系統(tǒng)出現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則變更即需要停機(jī)升級(jí)的現(xiàn)狀，提高系統(tǒng)升級(jí)效率，提升系統(tǒng)的可用性。

3.5 高可用性

由于空管信息系統(tǒng)對(duì)安全性、可用性要求十分嚴(yán)格，本系統(tǒng)采用支持冗余數(shù)據(jù)源雙機(jī)熱備機(jī)制。

對(duì)于每個(gè)INPUT隊(duì)列（傳輸外部接口信息或內(nèi)部業(yè)務(wù)信息），都有兩個(gè)不同的MB路由服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的去接收轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)MB路由服務(wù)的OUTPUT隊(duì)列都存在雙份，這樣即使MB在寫(xiě)入OUTPUT隊(duì)列失敗的情況下，仍可以寫(xiě)入另外的一個(gè)備用隊(duì)列，如圖4所示：

圖4 MB、MQ冗余方案

在此機(jī)制下，無(wú)論是某路信息源出現(xiàn)故障還是應(yīng)用服務(wù)器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)都能自動(dòng)無(wú)縫的切換至備用系統(tǒng)。

3.6 數(shù)據(jù)發(fā)布

信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)該滿足面向用戶的實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)際需求和提高業(yè)務(wù)效率，本系統(tǒng)的信息服務(wù)機(jī)制，主要包括內(nèi)容管理和信息發(fā)布兩個(gè)方面，以下從這兩個(gè)方面予以闡述。

1) 內(nèi)容管理

內(nèi)容管理模塊的功能主要是面向內(nèi)部相關(guān)人員，拓寬空管信息化管理水平。本系統(tǒng)中內(nèi)容管理包含知識(shí)管理、員工信息等內(nèi)容。

2) 信息發(fā)布

信息發(fā)布的技術(shù)架構(gòu)圖，如圖5所示：

圖5 信息發(fā)布技術(shù)架構(gòu)示意圖

通過(guò)中心數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的相關(guān)元數(shù)據(jù)信息（例如，情報(bào)信息、氣象信息、航班信息等等），經(jīng)過(guò)處理后，才能對(duì)外部用戶提供服務(wù)——對(duì)外部信息需求者（或者說(shuō)用戶）提供信息檢索服務(wù)。針對(duì)各類(lèi)信息實(shí)體自身的特點(diǎn)和用戶對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，本系統(tǒng)的信息發(fā)布采用了定時(shí)發(fā)布、實(shí)時(shí)發(fā)布以及請(qǐng)求應(yīng)答3種方式。

1) 定時(shí)發(fā)布

定時(shí)發(fā)布針對(duì)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不強(qiáng)的數(shù)據(jù)。通過(guò)配置系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送的頻率，間歇性地把數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的接口。

定時(shí)發(fā)布不是發(fā)送歷史數(shù)據(jù)，而是發(fā)送諸如通告之類(lèi)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的數(shù)據(jù)，因此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率不能夠配置的太大，否則，可能造成信息的過(guò)期而影響到業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)。

2) 實(shí)時(shí)發(fā)布

實(shí)時(shí)發(fā)布主要針對(duì)各類(lèi)航班動(dòng)態(tài)、氣象、管制、電報(bào)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)發(fā)布方式在信息發(fā)布平臺(tái)收到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)解析就立即發(fā)送到相應(yīng)的接口。

定時(shí)發(fā)布和實(shí)時(shí)發(fā)布的數(shù)據(jù)都會(huì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于以后的檢索。

3) 請(qǐng)求應(yīng)答

前面提到的定時(shí)發(fā)布和實(shí)時(shí)發(fā)布都是信息的主動(dòng)發(fā)布，而請(qǐng)求應(yīng)答方式采用的是被動(dòng)發(fā)布方式。該方式主要針對(duì)長(zhǎng)期有效的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，前者如航班的中長(zhǎng)期計(jì)劃，后者如已完成飛行任務(wù)的航班信息等。

通過(guò)以上3種方式協(xié)同人工的相關(guān)操作，基本可以保障信息發(fā)布的實(shí)際需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一套建立空管信息接口統(tǒng)一平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案,通過(guò)接口協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息標(biāo)準(zhǔn)整合、信息重組融合、統(tǒng)一對(duì)外發(fā)布等流程，實(shí)現(xiàn)不同空管系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和信息交流。

本文所提出的系統(tǒng)采用IT業(yè)界成熟、先進(jìn)的面向服務(wù)的企業(yè)總線平臺(tái)架構(gòu)，兼顧了空管信息系統(tǒng)必備的穩(wěn)定性、安全性、高可用性、靈活性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為解決空管系統(tǒng)內(nèi)部存在的“信息孤島”現(xiàn)象提供了新的解決思路，為實(shí)現(xiàn)智慧空管邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

[1]陳自力、趙守偉.軟件可靠性及可靠性多模型綜合研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006,22（6）：263-266

[2]lyu M R,Nikora A.CASER-A Computer aided software reliability estimation tool[C]//proceeding of Computer-Aided Software Engin-Eering workshop, 1992:264-275.

[3]曾宇昆，王清明，等.XML模式到關(guān)系范式的映射[J].天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(8):37-39.

[4]張良銀，淺談C/S和B/S體系結(jié)構(gòu)[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2006(4):20-23.

[5]于守健，朱勤，黃曉虎，等.基于Web服務(wù)組合的業(yè)務(wù)流程集成[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2007(8):62-64