王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮(zhèn)，胡凱文

廈門機場氣象觀測多功能應用系統(tǒng)的研發(fā)

王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮(zhèn)，胡凱文

（民航廈門空管站，福建 廈門 361006）

民航氣象觀測的主要任務是“觀測并發(fā)報”，觀測員急需一款能夠實時監(jiān)控設備狀態(tài)、及時發(fā)出氣象預警信息同時又具有應急發(fā)報功能的系統(tǒng)，輔助觀測員完成特情處置。廈門空管站氣象臺研發(fā)了一套應用系統(tǒng)，通過監(jiān)控兩套自動氣象觀測設備的實時數(shù)據(jù)和發(fā)報網(wǎng)絡節(jié)點，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常和報文發(fā)送的不正常，并提供相應解決方案。該系統(tǒng)已經(jīng)投入業(yè)務使用，通過技防手段實現(xiàn)自動監(jiān)控并語音告警，提高了觀測的效率及特殊報的發(fā)布速度；一鍵傻瓜式發(fā)報的功能保障了報文的及時發(fā)送，規(guī)避了遲發(fā)報或漏發(fā)報的風險。該系統(tǒng)簡單實用，值得在全國機場推廣使用。

氣象觀測；應急發(fā)報；設備監(jiān)控；軟件研發(fā)

飛機起飛、著陸和在空中飛行，都受氣象條件的制約。因此，民用航空氣象地面觀測與飛行關系密切，是飛行安全和正常的重要保障工作之一。其主要工作是準確、及時、連續(xù)地觀察和測量本站及視區(qū)，尤其是機場跑道和進近著陸地帶及起飛爬升區(qū)域的有關氣象要素及其變化，并按照規(guī)定的標準、格式，編制和發(fā)布這些要素[1]。概括起來，民航氣象觀測的主要任務就是“觀測并發(fā)報”。要完成該任務，必須有一套實用的觀測綜合業(yè)務系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計

1.1 設計要求及規(guī)范

根據(jù)《民用機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術規(guī)范》第六節(jié)“監(jiān)控、糾錯與告警”的要求：機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)應當具有糾錯功能、工作狀態(tài)檢測及運行異常告警等一系列功能，目前全國大部分機場都沒有配備符合上述條件的氣象觀測資料處理系統(tǒng)，也沒有廠商生產(chǎn)專門的配套設備，只能立足于自己開發(fā)。廈門空管站氣象臺從本機場的設備配備和業(yè)務運行實際出發(fā)，嚴格按照《技術規(guī)范》[2]要求，根據(jù)觀測員的使用習慣及需求，進行了專門的程序設計，開發(fā)相應的功能，有針對性地解決問題。

1.2 設計思路

1.2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控及預警模塊的設計

廈門機場現(xiàn)有兩套自動氣象觀測設備：芬蘭Vaisala公司的自動氣象觀測系統(tǒng)（Automatic weather observation system，簡稱AWOS）和上海氣象科學研究所的自動氣象站（Automatic Weather Station，簡稱AWS）。經(jīng)過研究兩套設備，發(fā)現(xiàn)它們都有串口實時數(shù)據(jù)輸出功能，而且都提供了相應的技術參數(shù)和輸出格式，可以根據(jù)這些參數(shù)和格式讀取實時數(shù)據(jù)。有了數(shù)據(jù)源，就可以對輸出的數(shù)據(jù)進行篩選校對，挑出對飛行有影響的數(shù)據(jù)作為重點，進行時間軸上的縱向及橫向的對比，及時發(fā)現(xiàn)有重大變化的要素。同時，可以對兩套系統(tǒng)的溫度、氣壓等數(shù)據(jù)進行實時對比，發(fā)現(xiàn)差異并監(jiān)控兩套系統(tǒng)的運行狀況。當某一系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離度較大或輸出有問題時，及時提醒機務員進行維護操作。為了更好地起到監(jiān)視提醒的作用，利用科大訊飛的語音合成系統(tǒng)生成所需的人聲報警聲音文件，形成一個“提醒聲音文件庫”，在程序中根據(jù)需要調(diào)用所需的聲音文件，進行語音報警。系統(tǒng)具體流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.2.2 報文監(jiān)控及應急發(fā)報模塊的設計

氣象觀測報文由觀測實況和趨勢預報兩部分組成，觀測實況由觀測員在進行觀測后編報生成，趨勢預報由預報員在收到觀測實況后，根據(jù)未來2 h的天氣變化情況添加。所以機場實況報文的編發(fā)需要觀測員和預報員聯(lián)動進行發(fā)布，需要設置專門的觀測終端和預報終端，相當于有2個發(fā)報節(jié)點，任何一個節(jié)點發(fā)生問題都可能引起報文無法正常發(fā)送。所以必須對節(jié)點進行監(jiān)控并實現(xiàn)實時語音告警才能保證報文能夠及時發(fā)送并參與氣象情報交換。

設計思路：通過局域網(wǎng)將觀測終端、預報終端和應急發(fā)報計算機進行連接，在應急發(fā)報計算機上開發(fā)監(jiān)控程序，對觀測終端、預報終端上收發(fā)的報文進行實時監(jiān)控，當節(jié)點之間發(fā)生線路故障或任一節(jié)點發(fā)生電腦死機或程序卡死，并最終導致發(fā)報流程終止時，及時通過調(diào)取報文或輔助生成報文功能進行應急預報，保證報文在規(guī)定時間內(nèi)得到及時發(fā)送。

2 系統(tǒng)開發(fā)

根據(jù)運行實際和用戶需求進行程序開發(fā)，采用模塊化設計，將系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)監(jiān)控及預警模塊和報文監(jiān)控及應急發(fā)報模塊這兩個模塊，分別進行功能開發(fā)，最后再整合為一個完整的應用程序。

2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控及預警模塊的開發(fā)

開發(fā)流程：在進行必要的硬件物理連接后，通過軟件編程，計算機通訊，設置相應的通訊參數(shù)實現(xiàn)對串口的偵聽，接收數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)并顯示在專門的顯示界面上（本軟件默認串口COM1接收AWOS的數(shù)據(jù)，串口COM2接收AWS的數(shù)據(jù)）。

串行通訊其實就是字符串的處理問題。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。所用的是VB的COMM通訊控件，對接收口等參數(shù)進行正確設置就可以了。當一切設置妥當，就可以讀出一組實時數(shù)據(jù)字符串。根據(jù)自動觀測系統(tǒng)制造商——芬蘭維薩拉公司提供的數(shù)據(jù)格式，通過軟件編程，將系統(tǒng)串行通訊口輸出的數(shù)據(jù)進行解析后進行顯示，系統(tǒng)為MIDAS iv自動觀測系統(tǒng)[3]，數(shù)據(jù)為每10 s更新一次。

廈門機場常年盛行東北風，05號為機場的觀測基準點。自動氣象站（AWS），與AWOS 的05號設備，一個在05號跑道頭附近，另一個在05號跑道入口端，相距不到100 m，兩者的十分鐘風、氣壓及溫度等數(shù)據(jù)具有較好的對比性。

自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）05號數(shù)據(jù)對比顯示界面如圖2所示。從圖2可以看出，10分鐘風向、場面氣壓和修正海壓具有較好的相關性，溫度相關性差一些?？紤]到機場天氣報告涉及風、溫度和修正海壓，把這三項數(shù)據(jù)列入對比預警要素?？紤]到兩套設備刷新頻率不一樣，AWOS每10 s刷新一次數(shù)據(jù)，AWS每30 s刷新一次數(shù)據(jù)，取30 s為一次對比時間間隔。當AWS刷新數(shù)據(jù)時，自動與最新的AWOS數(shù)據(jù)對比，當兩者相差2個單位數(shù)值時，發(fā)出語音告警。當然可以根據(jù)需要設置專門的預警值，讓系統(tǒng)在監(jiān)控到這些特殊值時，語音告警，提醒觀測員注意，避免特殊報的漏發(fā)。

圖2 自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）05號數(shù)據(jù)對比顯示界面

2.2 報文監(jiān)控及應急發(fā)報模塊的開發(fā)

通過網(wǎng)線將觀測終端、預報終端和應急發(fā)報終端進行物理鏈接，形成觀測發(fā)報局域網(wǎng)。設置每臺計算機的網(wǎng)絡地址，通過網(wǎng)絡地址可以調(diào)取觀測主用發(fā)報計算機和預報終端計算機的實時報文，進行編輯后發(fā)送，大大簡化了發(fā)報流程，實現(xiàn)“一鍵傻瓜式發(fā)報”。報文監(jiān)控及應急發(fā)報界面如圖3所示。

圖3 報文監(jiān)控及應急發(fā)報界面

該模塊可用不同顏色來提醒系統(tǒng)狀態(tài)及節(jié)點的報文發(fā)送情況：當報文未及時發(fā)送時，整個監(jiān)控窗口是紅色的；當某個節(jié)點接收到報文后，該節(jié)點的報文顯示窗口變成白色狀態(tài)；當某個節(jié)點接收到報文并成功發(fā)送后，該節(jié)點的報文顯示窗口變成黃色狀態(tài)。觀測員通過顏色變化就可以直觀地監(jiān)控到整個報文的流轉情況。

同時，該模塊還具有監(jiān)控整個發(fā)報局域網(wǎng)網(wǎng)絡狀態(tài)的功能。當網(wǎng)絡上的計算機發(fā)生死機時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并告警，基本避免了由于設備原因造成遲發(fā)報現(xiàn)象的出現(xiàn)。

該模塊還具有輔助觀測員形成最新報文并發(fā)送的功能，點擊“正點應急”按鈕，系統(tǒng)會根據(jù)最新的氣壓等資料形成一份完整的報文，觀測員只要進行簡單修改或操作，就可以最快的速度編輯并發(fā)送正點報文，避免了遲發(fā)報造成的安全風險。

3 系統(tǒng)使用效果

該系統(tǒng)于2014-10開發(fā)成功，在廈門機場投入使用后取得了較好的使用效果。實時的自動監(jiān)控手段，提高了監(jiān)控效率，減輕了觀測員和機務員的勞動量；明確的語音告警，有利于值班人員及時診斷特情，做出正確的處置；一鍵傻瓜式發(fā)報功能，極大提高了發(fā)報效率，避免了遲發(fā)報；不同顏色區(qū)分的報文監(jiān)控界面，能夠及時掌握報文流轉情況，避免了漏發(fā)報的風險；個性化的監(jiān)控閾值設置，滿足了不同航空用戶的需求；2016-09廈門“莫拉蒂”臺風期間發(fā)揮了較好的預警作用，提高了氣象的保障能力。

4 系統(tǒng)推廣前景

系統(tǒng)是根據(jù)廈門機場的運行實際情況開發(fā)的，全國空管一盤棋，在設備配備、人員配置等許多方面具有相似性。

4.1 數(shù)據(jù)源一致性好

系統(tǒng)數(shù)據(jù)源來自自動觀測系統(tǒng)（AWOS）和自動氣象站（AWS），均為國內(nèi)機場標配的氣象探測系統(tǒng)，具有生產(chǎn)廠家相同、格式基本統(tǒng)一、運行模式基本相同的特點，自動觀測系統(tǒng)為芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)。

4.2 報文發(fā)布時間及格式等要求一致

全國的氣象觀測報文完全根據(jù)《民用航空飛行氣象情報發(fā)布與交換辦法》的要求進行發(fā)布，格式統(tǒng)一，要素一致。對于報文發(fā)布時間的嚴格要求決定了應急手段必須改進。

4.3 面臨的問題也基本相似

全國各個機場在運行時，遇到的問題大同小異，如監(jiān)控手段單一、人員配備不足等，本系統(tǒng)投入使用后可以有效提高工作效率，較好保障飛行安全。

綜上所述，本系統(tǒng)投入運行后，可以有效緩解民航氣象觀測在運行中存在的監(jiān)控手段單一、預警能力不足及應急不夠迅速等問題，具有普遍適用性，可以在全國機場推廣使用。

［1］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用航空氣象地面觀測規(guī)范（AP-117-TM-02R1）［Z］.2012-02-28.

［2］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術規(guī)范（AP-117-TM-2012-14）［Z］.2012-11-30.

［3］芬蘭Vaisala公司.MIDAS IV AWOS 技術手冊［Z］.2008- 04-18.

V321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.067

2095－6835（2019）17－0143－03

王健治（1977—），男，理學學士，高級工程師，主要從事航空氣象觀測、預報及業(yè)務軟件開發(fā)等工作。

〔編輯：嚴麗琴〕