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        廈門機場觀測數(shù)據(jù)顯示及查詢軟件的研發(fā)

        2016-11-04 20:29:42王健治
        科技與創(chuàng)新 2016年17期
        關(guān)鍵詞:軟件開發(fā)

        王健治

        文章編號:2095-6835(2016)17-0073-03

        摘 要:為了更好地利用自動氣象探測設(shè)備開展航空氣象服務(wù)工作,以廈門機場的自動氣象觀測系統(tǒng)為例,結(jié)合氣象、通訊等專業(yè)的知識,運用計算機編程技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā),開發(fā)出一整套實用的自動觀測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集、入庫、顯示及查詢軟件。該軟件已經(jīng)投入業(yè)務(wù)使用,能夠?qū)崟r直觀地顯示數(shù)據(jù),方便了用戶使用,提高了天氣監(jiān)控效率,保障了飛行安全。該軟件簡單易用,適用對象廣,值得在全國機場推廣使用。

        關(guān)鍵詞:廈門機場;民航氣象;軟件開發(fā);自動觀測系統(tǒng)

        中圖分類號:V351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.073

        根據(jù)《國際民用航空公約》附件3《國際航空氣象服務(wù)》要求:機場必須安裝測量或適當(dāng)時,監(jiān)視和遠(yuǎn)程顯示地面風(fēng)、能見度、跑道視程、云底高、氣溫、露點溫度以及氣壓的自動化設(shè)備,以幫助進(jìn)近、著陸和起飛。自動氣象觀測系統(tǒng)(Automated Weather Observing Systems,簡稱AWOS)就是國內(nèi)外機場最常見和最重要的自動探測設(shè)備。該設(shè)備投資巨大,動輒好幾百萬美元;而且該系統(tǒng)提供的跑道視程(Runway Visual Range,簡稱RVR)是機場運行標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)之一,與飛行安全息息相關(guān)。根據(jù)《航空器機場運行最低標(biāo)準(zhǔn)制定和實施規(guī)定》(中國民用航空局令第98號)第42條規(guī)定:當(dāng)機場同時使用RVR和本場主導(dǎo)VIS時,并且同時存在RVR和本場主導(dǎo)VIS落地標(biāo)準(zhǔn)時,應(yīng)將RVR作為航空器起降時能見距離的標(biāo)準(zhǔn)。在《觀測技術(shù)政策》第35條重點提到:加強觀測技術(shù)設(shè)備本地化應(yīng)用研究。如何利用現(xiàn)有的探測設(shè)備實現(xiàn)更高效率的預(yù)警及預(yù)報,提高飛行保障裕度,成為民航氣象的研究課題。如何最大程度地用好自動氣象觀測系統(tǒng),為航空飛行、空中管制、氣象運行等服務(wù)已經(jīng)成為迫在眉睫的課題。本文著重介紹筆者基于廈門機場引進(jìn)的芬蘭自動觀測系統(tǒng)MIDAS ⅳ所進(jìn)行的軟件開發(fā)實踐。

        1 自動觀測系統(tǒng)的組成及存在的問題

        1.1 自動觀測系統(tǒng)的組成

        自動氣象觀測系統(tǒng)(AWOS)是一套高精密的觀測設(shè)備,由探測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、輸入輸出模塊等好幾部分組成,包括測量跑道視程、常規(guī)氣象要素、云和天氣現(xiàn)象等傳感器以及相應(yīng)的監(jiān)控和遠(yuǎn)程顯示的集成自動化系統(tǒng)?,F(xiàn)在的自動觀測系統(tǒng)基本上被芬蘭的VALSALA公司所壟斷,全世界目前有100多個國家使用該公司產(chǎn)品,我國大部分機場安裝的也是該公司的產(chǎn)品。由于引進(jìn)時間的差異,存在版本的差異,但其從終端顯示界面、數(shù)據(jù)采集、傳輸方式等存在一脈相承的特性,存在的問題也是大同小異。

        1.2 自動觀測系統(tǒng)存在的問題

        2008年年初,廈門機場引進(jìn)了芬蘭VALSALA公司生產(chǎn)的自動觀測系統(tǒng)MIDAS ⅳ。該系統(tǒng)繼承了早期自動觀測系統(tǒng)的某些特性,改進(jìn)性能并增加了許多新的功能。但仍存在不少不足之處。

        1.2.1 顯示方面的不足

        顯示方面的不足主要體現(xiàn)在以下3方面:①顯示界面為全英文的,不直觀,看得很費勁;②某些數(shù)據(jù)輸出不規(guī)范,比如風(fēng)速等沒有按照《民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)民用航空氣象 第1部分:觀測和報告》的要求進(jìn)行相應(yīng)的取整處理,風(fēng)向不是以10°為間隔的360方向度等;③重要要素,比如RVR的顯示不突出,無法做到一目了然,影響使用。

        1.2.2 查詢數(shù)據(jù)不方便

        查詢數(shù)據(jù)不方便主要體現(xiàn)在以下3方面:①沒有實用的數(shù)據(jù)庫,實時數(shù)據(jù)的存儲還是早期的類似文本的格式,只能通過終端去訪問歷史數(shù)據(jù);②查詢數(shù)據(jù)很不方便,各個要素的存儲也是分開的,必須進(jìn)入主機的歷史文件夾,再打開相應(yīng)的文件調(diào)閱查詢,無法輸出;③數(shù)據(jù)只保存1年,超過1年自行覆蓋,數(shù)據(jù)無法長期保存。

        1.2.3 顯示終端及輸出端口的不足

        自動觀測系統(tǒng)安裝完成后,主機(CDU)上一般配有四五個顯示終端和三四個串行通訊輸出口。VALSALA公司為了其商業(yè)利益,對終端的數(shù)目和串行通訊口的個數(shù)進(jìn)行了限制。當(dāng)用戶多了以后,顯示終端及通訊端口往往不夠用。如何解決這些問題,成為擺在我們面前的難題。

        2 解決辦法

        通過現(xiàn)場調(diào)研我們發(fā)現(xiàn),自動觀測系統(tǒng)安裝完成后,主機上一般配有三四個串行通訊口。這幾個串行通訊口是系統(tǒng)重要的輸出設(shè)備,可以輸出實時數(shù)據(jù)和報文等。系統(tǒng)型號不同,輸出格式也略有不同,一般是10 s發(fā)送一組實時數(shù)據(jù),每小時發(fā)送一次自動METAR報。

        設(shè)計思路:了解了自動觀測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)輸出方式后,我們能不能通過接收串行口輸出的實時數(shù)據(jù),按需求重新做一個新的直觀且實用的顯示界面,同時把歷史數(shù)據(jù)存儲成我們需要的數(shù)據(jù)格式,通過簡單的查詢動作實現(xiàn)我們所需要的查詢數(shù)據(jù)的功能,并且能把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)按照一定的格式重新發(fā)送到任何一個新的終端上呢?

        如果這樣的設(shè)想能夠?qū)崿F(xiàn),上文提到的系統(tǒng)存在的問題就可以迎刃而解了,而且不會影響系統(tǒng)的正常運行,終端數(shù)目也可以無限擴充了。

        通過摸索和實踐,筆者發(fā)現(xiàn),這種方法是可行的,而且所有的功能也是可以實現(xiàn)的。

        3 軟件功能及實現(xiàn)方法

        3.1 功能設(shè)計

        功能:根據(jù)《民用機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第十條:“機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有實時采集自動氣象觀測設(shè)備測量的各種氣象要素的功能”和第十一條:“機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有同步顯示自動氣象觀測設(shè)備測量的各種氣象要素的功能”。我們要開發(fā)的軟件應(yīng)該具有實時采集和同步顯示自動觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的功能。

        具體設(shè)計:通過軟件編程,接收串行口輸出的實時數(shù)據(jù),做一個中文版的實時數(shù)據(jù)顯示界面,同時把歷史數(shù)據(jù)存儲成通用的數(shù)據(jù)格式(例如簡單易用的ACCESSS數(shù)據(jù)庫),再通過SQL查詢語句實現(xiàn)我們需要的查詢功能,而且把經(jīng)過處理過的規(guī)范的數(shù)據(jù)按照一定的格式通過網(wǎng)絡(luò)線或通訊端口送到任何一個新的終端上。

        3.2 軟件實現(xiàn)

        3.2.1 接收實時數(shù)據(jù)

        在了解了自動觀測系統(tǒng)的工作原理及實時數(shù)據(jù)輸出方式后,就需要通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取,筆者所采用的是微軟的軟件開發(fā)工具——VISUAL BASIC。VISUAL BASIC(簡稱VB)是微軟公司開發(fā)的一套編程工具,具備簡單易用,與WINDOWS操作系統(tǒng)兼容性好,功能極其強大等優(yōu)點。

        通過介紹我們知道,實時數(shù)據(jù)已經(jīng)通過串行端口送出來了。要實現(xiàn)預(yù)期的功能,首先要把實時數(shù)據(jù)串完整而正確地接收下來。這就需要一定的串行通訊知識,比如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位等?,F(xiàn)在的編程軟件已經(jīng)高度集成化,可以調(diào)用現(xiàn)成的控件編程,只要輸入相應(yīng)的參數(shù)就可以了。筆者用的就是VB的COMM通訊控件。COMM通訊控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通訊命令的使用界面。使用它可以建立與串行端口的連接,通過串行端口連接到其他通訊設(shè)備,對接收口等參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置就可以了。當(dāng)一切設(shè)置妥當(dāng),就可以讀出一組實時數(shù)據(jù)字符串。以下是筆者從系統(tǒng)串行通訊口讀出來的一串?dāng)?shù)據(jù),系統(tǒng)為MIDAS ⅳ自動觀測系統(tǒng),數(shù)據(jù)為10 s/次,可以使用VB的時鐘控件進(jìn)行時間設(shè)置,控制每隔10 s讀取一次串口數(shù)據(jù)。

        (MIDASDATACAAC 2009-03-20T06:04:10 8.30 5.20 8.30 6.94 4.00 10.60 7.11 90 88 128 101 80 126 104 4200 2100 0 1010.57 1012.64 -999 24.80 16.39 59.00 27.40 17.10///0 6558 1 100 0 4900 2100 19.80 7.70 10.90 9.22 6.90 11.40 9.28 109 97 120 109 95 121 107 8000 2100 0 1011.19 1012.64 -999 24.00 16.65 63.00 26.70 17.30 4931 PWSTART BR PWEND RWSTART///RWEND 4300 4200///ENDZSAM)

        有了實時數(shù)據(jù),我們就可以對它解讀,廠家一般會提供數(shù)據(jù)的輸出格式。前期的自動觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式與后期的格式有較大不同——前期為字符定位,后期以空格分隔兼字符定位。需要注意的是,系統(tǒng)輸出的字符串有時候并不一定按其給出的格式輸出。這就需要我們進(jìn)行辨別及糾錯處理,需要在程序中調(diào)用相應(yīng)的字符串處理函數(shù)。這是一項需要耐心和細(xì)心的工作,還需要一定的處理字符串的能力。

        3.2.2 建立顯示界面

        通過編程建立一個實時數(shù)據(jù)顯示界面,把接收下來的實時數(shù)據(jù)字符串進(jìn)行處理,取出有用的數(shù)據(jù),把它顯示在界面上,按照數(shù)據(jù)的重要性及優(yōu)先級進(jìn)行顏色區(qū)分:對RVR用紅顏色突出顯示,10 min發(fā)報數(shù)據(jù)用藍(lán)色顯示,2 min、瞬時數(shù)據(jù)用綠色顯示,其余數(shù)據(jù)用黑色顯示,做到一目了然,清清楚楚。圖1即實時數(shù)據(jù)顯示界面。

        3.2.3 建立數(shù)據(jù)庫

        利用微軟(MICROSOFE,簡稱MS)的ACCESS 數(shù)據(jù)庫工具建立一個新的數(shù)據(jù)庫,考慮兼容各個機場的自動觀測系統(tǒng),對所有可能輸出的數(shù)據(jù)都建立了數(shù)據(jù)字段保存。圖2即接收的實時數(shù)據(jù)入庫后的情況。

        3.2.4 建立查詢界面

        為了查詢方便,查詢界面的數(shù)據(jù)顯示排版采用和顯示界面同樣的樣式,只要在“日期時間”欄輸入正確的日期時間就可以進(jìn)行相應(yīng)的查詢。圖3即歷史數(shù)據(jù)查詢界面。當(dāng)然,形成數(shù)據(jù)庫后,我們可以設(shè)計更加強大的數(shù)據(jù)庫查詢功能,這里不再贅述。

        3.2.5 數(shù)據(jù)再輸出

        將數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、顯示及入庫處理后,經(jīng)過整理后的符合《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)線或通訊端口進(jìn)行再輸出。輸出格式可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定義。這時,接收的這臺計算機又相當(dāng)于一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器了,功能可以進(jìn)一步擴展。

        4 使用效果

        該軟件于2012-01開發(fā)成功,在廈門機場投入使用。軟件的開發(fā)成功并投入使用,實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo),填補了原配自動氣象觀測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)顯示、存儲及查詢等方面的不足,取得了良好的效益。具體體現(xiàn)在以下幾方面:①方便了氣象觀測員和預(yù)報員直觀地讀取數(shù)據(jù),進(jìn)行發(fā)報、通報等服務(wù)工作;②作為自動觀測系統(tǒng)的備份顯示終端,在原配的顯示終端故障時,起到應(yīng)急作用;③方便了氣象設(shè)備維護(hù)人員使用,可以實時監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)是否正常;④方便了管制員、航空公司等用戶的使用,可以直接獲取氣象觀測實時資料。

        這項技術(shù)在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)升級改造項目2007”中得到應(yīng)用,在民航華東地區(qū)進(jìn)行推廣和使用。

        5 總結(jié)

        本文介紹的是筆者通過自己的實踐和摸索,探索出來的一套通過自動讀取自動觀測系統(tǒng)串行通訊端口實時數(shù)據(jù),對該數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理,并把實時數(shù)據(jù)顯示在中文版界面上、入庫保存及查詢的方法,并介紹了通過軟件編程將這種方法實現(xiàn)的具體過程。該軟件具有以下優(yōu)點:①安全性高。這種讀取數(shù)據(jù)的方式不會影響自動觀測系統(tǒng)的主機運行,很安全。②適用性廣。適合在全國各個機場推廣使用,兼容自動氣象觀測系統(tǒng)和自動氣象站2種設(shè)備。③實用性強。由工作在一線的氣象觀測員開發(fā),實用性強,與氣象業(yè)務(wù)契合度高。④簡單易用??梢蕴峁┙o塔臺、航空公司等用戶使用,用戶使用門檻低。⑤可以擴展。前端和后端都留有接口。在取得實時數(shù)據(jù)并入庫后,我們還可以作進(jìn)一步的軟件開發(fā),比如嫁接或開發(fā)氣象觀測發(fā)報軟件;積累下來的實時數(shù)據(jù)資料還可以用來建立長期的氣象資料庫,進(jìn)行氣象要素的統(tǒng)計及分析,為氣象預(yù)測和預(yù)報服務(wù)。這些后期開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)升級改造項目2007”和“民用航空氣候資料處理和服務(wù)系統(tǒng)2010”中得到實現(xiàn)。

        參考文獻(xiàn)

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        〔編輯:劉曉芳〕

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