張正東

摘 要：隨著民航事業(yè)的飛速發(fā)展，機場對氣象信息依賴性越來越強，現(xiàn)有航空氣象電報處理軟件效率不高。文章簡要論述了一種氣象電報輔助系統(tǒng)的方案構(gòu)想和初步設(shè)計，著重論述了涉及到的相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電報分析民航；輔助系統(tǒng)；設(shè)計

在民航領(lǐng)域，管制、情報、氣象等各個部門對電報的使用非常頻繁。目前，由青島藍(lán)波公司開發(fā)的16路電報處理系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于民航飛行學(xué)院各個訓(xùn)練機場，提供基礎(chǔ)的電報處理功能。但在日常操作中，氣象預(yù)報員需要根據(jù)報文提示及時發(fā)出航路氣象報（ROFOR），在每一整點拍發(fā)例行天氣報（METAR）。同時，預(yù)報員還要兼顧日常的天氣預(yù)報工作，在復(fù)雜天氣情況下易出現(xiàn)錯、漏、忘的情況。為解決這一現(xiàn)象，提高電報操作效率，本文提供一種電報輔助系統(tǒng)，可以根據(jù)報文的不同關(guān)鍵字，采用屏幕抖動或語音提示等手段提示預(yù)報員及時發(fā)送相應(yīng)報文。

1 設(shè)計要求

1.1 可靠性

根據(jù)設(shè)備使用機場的實際情況，飛行訓(xùn)練全天開展，對本輔助系統(tǒng)的平均故障時間間隔要求很長，因此需要具備非常高的可靠性。

1.2 時效性

該系統(tǒng)處理航空氣象報文，涉及機場天氣（METAR、TAF）和航路天氣報（ROFOR），和飛行訓(xùn)練的指揮工作密切相關(guān)，因此要求本輔助系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)及時處理收到的報文，如果未能及時處理會影響正常飛行計劃，甚至影響飛行安全。因此，本輔助系統(tǒng)需要具備即時處理能力。

1.3 開放性

本輔助系統(tǒng)為原有的藍(lán)波系統(tǒng)提供了一個開放的接口，后續(xù)可以根據(jù)該接口對報文進(jìn)行更多更有效的操作處理，進(jìn)一步減少人工操作，提高氣象報文處理效率和準(zhǔn)確率。

1.4 簡易性

空管部門的專業(yè)氣象人員是本輔助系統(tǒng)的使用對象，該系統(tǒng)要求簡單易用，這樣才方便用戶快速上手使用本系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

按照上述需求，本輔助系統(tǒng)主要有以下幾個功能模塊組成：

2.1 參數(shù)設(shè)置模塊

該模塊實現(xiàn)定時提醒、關(guān)鍵字、提醒方式等參數(shù)的修改控制。

2.2 電報數(shù)據(jù)讀取模塊

該模塊在不影響主系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)對串口接收到的電報數(shù)據(jù)的讀取，并根據(jù)用戶設(shè)置提取關(guān)鍵字。

2.3 時間顯示模塊

本模塊實現(xiàn)在輔助系統(tǒng)界面上顯示日期及時間的功能。

2.4 觸發(fā)提醒模塊

該模塊按照用戶設(shè)定的方式，根據(jù)關(guān)鍵字、定時間隔實現(xiàn)提醒的功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 串口數(shù)據(jù)捕捉

報文實時提取是實現(xiàn)本系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，現(xiàn)有電報系統(tǒng)中報文數(shù)據(jù)通過Modem解調(diào)后經(jīng)DB9串口到終端電腦。常規(guī)編程中，串口一旦被占用，其他設(shè)備就無法再使用這個串口，串口硬件資源無法共享。要實現(xiàn)串口復(fù)用，常用的有兩種方法。一是通過硬件焊接實現(xiàn)復(fù)用。此方法主要修改電報Modem到終端電腦的數(shù)據(jù)線，將Modem輸出端公頭焊接引出另一根數(shù)據(jù)線接至電腦終端的另一個串口，當(dāng)收到電報時，兩個串口同步接收，輔助系統(tǒng)和主系統(tǒng)各占一個串口，不形成沖突。二是利用虛擬串口軟件模擬復(fù)制出另一個串口，輔助系統(tǒng)調(diào)用虛擬串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。但方法一采用人工焊接，容易出現(xiàn)虛焊，有可能危害電報主系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，同時目前電腦主板只預(yù)留一個串口，如增加串口需要增加轉(zhuǎn)接板。方法二在實際使用中，常用的虛擬串口軟件并不能直接將某一實際串口接收到的數(shù)據(jù)同步復(fù)制到虛擬串口。在本輔助系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，我們利用VxD（Virtual Device Driver，虛擬設(shè)備驅(qū)動）技術(shù)實現(xiàn)了這一功能。

VxD是微軟視窗操作系統(tǒng)里對各種硬件資源識別、管理、維護(hù)運作的擴(kuò)展API接口，在Windows95版本中第一次提出。VxD和VMM（虛擬機管理器）一起工作，不可單獨調(diào)用。隨著版本迭代，Windows XP版本中使用了WDM（Win32 Driver Model）整合了VxD和VMM，成為微軟全新的驅(qū)動程序模式。本輔助系統(tǒng)運行在WIN XP系統(tǒng)下，故采用WDM模式實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)復(fù)用。

3.2 報文關(guān)鍵字提取

中國民航航空固定格式電報網(wǎng)AFTN（Aeronautical Fixed Telecommunication Network 航空固定電信網(wǎng)）目前擔(dān)負(fù)著國內(nèi)與國際航線的空中交通管制，飛行實時動態(tài)，航行航路氣象以及相關(guān)業(yè)務(wù)部門工作處理等的信息交換業(yè)務(wù)，是民用航空飛行安全、準(zhǔn)點、高效和經(jīng)濟(jì)運轉(zhuǎn)的有力保障。根據(jù)最新發(fā)布的文件《民用航空飛行動態(tài)固定電報格式》（MH/T 4007-2006），局方規(guī)范了AFTN報文格式的組成構(gòu)架、關(guān)鍵字類型等相關(guān)內(nèi)容，是AFTN報文拍發(fā)、解析的唯一標(biāo)準(zhǔn)。其中，電報種類用三個字母代號表示，具體代號說明如下圖：

PLN 飛行預(yù)報 COR 修訂飛行預(yù)報

ABS 取消重復(fù)與非重復(fù)性飛行預(yù)報 FPL 領(lǐng)航計劃報

CHG 修訂計劃報 CNL 取消領(lǐng)航計劃報

DEP 起飛報 ARR 落地報

DAL 延誤報 RTN 返航報

ALN 備降報 CPL 飛行變更報

EST 預(yù)計飛躍報 CDN 管制協(xié)調(diào)報

ACP 管制協(xié)調(diào)接收報 LAM 邏輯確認(rèn)報

RQP 請求飛行計劃報 RQS 請求領(lǐng)航計劃補充信息報

SPL 領(lǐng)航計劃補充信息報 ALR 告警報

RCF 無線電通信失效報

圖1 電報種類

本輔助系統(tǒng)通過藍(lán)波電報網(wǎng)接入AFTN，根據(jù)不同來報類型對應(yīng)提醒預(yù)報員發(fā)送相應(yīng)報文，因此報文類型識別是系統(tǒng)設(shè)計重點。按照規(guī)范文件的要求，AFTN標(biāo)準(zhǔn)報文由報頭、報體組成。報頭包含發(fā)報部門、發(fā)報時間、接收部門、接收時間等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項，報體包含由固定格式組成的信息內(nèi)容。據(jù)此，報文類型識別工作的主要任務(wù)就是：提取報文類型的關(guān)鍵字。

通常采用兩種數(shù)據(jù)提取方法。一是“定位分析法”，根據(jù)報文類型關(guān)鍵字在報文中特定位置這一特征來提取數(shù)據(jù)項?！岸ㄎ环治龇ā毙枰韵聝蓚€條件來提取數(shù)據(jù)項：數(shù)據(jù)項的起始位置和數(shù)據(jù)項的長度?！岸ㄎ环治龇ā贝a思路簡單明確，代碼易于閱讀編譯，執(zhí)行效率高。二是“正則分析法”，正則表達(dá)式是數(shù)學(xué)上的一種公式，通常是指一種格式或方程式去匹配一類字符串。按照局方AFTN報文規(guī)范，不同的數(shù)據(jù)項必須有區(qū)別于其他數(shù)據(jù)項的特征，我們通過觀察、數(shù)學(xué)分析，最終提取出各數(shù)據(jù)項的特征值或特征方程，通過正則表達(dá)式表現(xiàn)出來，然后在報文解析時調(diào)用此正則表達(dá)式尋找相應(yīng)數(shù)據(jù)項，提取報文關(guān)鍵字。

報文在拍發(fā)、傳輸以及接收整個過程中受到的偶然因素影響較大，常常導(dǎo)致報文各個數(shù)據(jù)項的前后順序、字符長度發(fā)生交叉、錯誤，此時采用“定位分析法”提取關(guān)鍵字難度較大，甚至容易出現(xiàn)錯誤?！罢齽t分析法”完全根據(jù)數(shù)據(jù)項的特征來提取數(shù)據(jù)項，故而即便數(shù)據(jù)項由于某種原因在原報文中出現(xiàn)不規(guī)則順序，利用“正則分析法”也能夠準(zhǔn)確地將之提取出來，但是，準(zhǔn)確分析出數(shù)據(jù)項的表達(dá)式比較困難，這一點是“正則分析法”的缺點。

“定位分析法”和“正則分析法”都能對AFTN報文進(jìn)行有效解析，“定位分析法”執(zhí)行效率較高，但網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境要求嚴(yán)格；“正則分析法”可用于相對較差的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境，但執(zhí)行效率比較低。由于項目所在機場氣象臺原有電報線路采用固定電話銅芯線傳輸數(shù)據(jù)，部分線路老化，環(huán)境差，故本系統(tǒng)采用“正則分析法”提取報文類型關(guān)鍵字。

4 可靠性分析

4.1 系統(tǒng)可靠性分析

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性。電報的收發(fā)讀取工作是本輔助系統(tǒng)正常工作的先決條件，它決定了整個系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計方案中，此功能通過調(diào)用系統(tǒng)底層服務(wù)來實現(xiàn)，保證了電報讀取的可靠性，將系統(tǒng)的不穩(wěn)定性降到最低。

（2）信號穩(wěn)定性。根據(jù)所在機場實際情況，轉(zhuǎn)報系統(tǒng)是基于固定電話網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架建設(shè)的，電話信號的穩(wěn)定性直接影響著系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。如果信號中斷或者斷續(xù)，影響到收發(fā)服務(wù)的正常工作，也會影響本輔助系統(tǒng)的使用。

（3）終端穩(wěn)定性。終端包括處理終端電腦和調(diào)制解調(diào)器

（Modem），終端對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響相對較小，不會影響報文的接收和數(shù)據(jù)的存儲，但是會影響到用戶收發(fā)報文。

4.2 提升可靠性的措施

（1）操作系統(tǒng)定時重啟，根據(jù)微軟公司的建議，這一點可有效減少系統(tǒng)假死的概率，若采用服務(wù)器版的操作系統(tǒng)，可靠性會更高。根據(jù)運行機場實際運行時間的要求，在程序中編寫一個自動重啟的模塊，設(shè)定在每日凌晨5點鐘時執(zhí)行重啟操作。

（2）開發(fā)遙控程序，升級本系統(tǒng)，增加遠(yuǎn)程提醒功能。本輔助系統(tǒng)本身可以不斷檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以設(shè)置為出現(xiàn)特殊情況時發(fā)送遠(yuǎn)程提醒，值班人員可以通過根據(jù)提醒內(nèi)容及時采取處理措施。

（3）相關(guān)設(shè)備備份，例如Modem，相關(guān)線路也要備份，做到一主一備。

（4）配置不間斷電源（UPS）保障供電穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了自動、及時、準(zhǔn)確地對航空氣象報文關(guān)鍵字的抓取，并根據(jù)對應(yīng)關(guān)鍵字提示用戶進(jìn)行相應(yīng)操作，對目前的電報操作程序進(jìn)行了簡化，解決了原先軟件中存在的一些缺陷，提高了工作效率，給用戶工作帶來了方便。另外，本系統(tǒng)采用模塊化編程設(shè)計，在以后的實際運行中，會隨著用戶的要求不斷的完善增加，滿足用戶的不同需求。相信隨著本系統(tǒng)的投入使用，預(yù)報人員的工作效率會進(jìn)一步提升，成為適合相關(guān)單位使用的電報輔助提示系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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