房云龍

（中國民用航空青島空中交通管理站，山東 青島266100）

0 引言

航空氣象服務(wù)的目的是為航空飛行的安全、正常、效率服務(wù)。航空氣象探測和天氣預(yù)報是航空氣象服務(wù)的基礎(chǔ)和組織實施飛行的重要依據(jù)[1-5]?！吨袊裼煤娇諝庀蠊ぷ饕?guī)則》規(guī)定民航氣象服務(wù)單位應(yīng)使用“電碼格式的民航氣象情報（Code format Civil Aviation Meteorological Information，CCAMI）” 進行發(fā)布和交換民航氣象信息。CCAMI包含種類很多，本文僅指民航領(lǐng)域最常用的 “機場例行天氣報告SA”“機場特殊天氣報告SP”“9小時機場預(yù)報FC”“24小時或30小時機場天氣預(yù)報FT”，其中SA，SP包含附加其后的趨勢型著陸預(yù)報。由于CCAMI編碼本身的復(fù)雜性、不同氣象人員對編碼的理解程度不同、各地發(fā)送CCAMI的軟件終端不同，加之一些人為或通信的因素，都可能造成發(fā)布和交換的CCAMI并不符合行業(yè)標準的要求，進而影響了氣象信息的準確性與真實性。因此，CCAMI編碼的規(guī)范性成了航空氣象保障能力和服務(wù)水平的重要一環(huán)。全國每天有上千份CCAMI參與國內(nèi)或國際交換，人工進行質(zhì)量控制顯然不合實際，因此有必要利用軟件技術(shù)手段對參與發(fā)布與交換的CCAMI進行質(zhì)量監(jiān)控。

本文根據(jù)目前民航氣象領(lǐng)域存在的各類CCAMI發(fā)布軟件糾錯原理和實現(xiàn)過程，并結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗，歸納總結(jié)出兩種CCAMI糾錯方案，即“集成法”和“解析法”，并從糾錯原理及實現(xiàn)方式等方面分析二者差異和優(yōu)缺點，為CCAMI糾錯軟件的編寫提供參考。

1 兩種糾錯方法介紹

CCAMI一般由“報頭”和“情報內(nèi)容”組成。由于報頭為固定編碼，構(gòu)成簡單，一般不易出錯，故本文主要針對情報內(nèi)容進行質(zhì)量控制。CCAMI情報內(nèi)容是由情報中各類關(guān)鍵詞、機場四字代碼、發(fā)布時間、有效時段以及若干氣象要素構(gòu)成，本文把這些統(tǒng)稱為CCAMI組成要素（Meteorological Information Components，MIC），各組成要素之間以空格分隔。

CCAMI糾錯依據(jù)是民用航空氣象各類標準、規(guī)范等，具體包括：《中國民用航空氣象工作規(guī)則》（交通運輸部2016年第23號），《民用航空飛行氣象情報發(fā)布與交換辦法》（AP-117-TM-01R2），《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》（AP-117-TM-02-R1），《民用航空氣象預(yù)報規(guī)范》（AP-117-TM-2019-01）。為簡便起見，下文中對以上各種規(guī)定標準等統(tǒng)稱為“規(guī)范”。

1.1 集成法

“集成法”依靠軟件界面分解出CCAMI各組成要素，分別進行糾錯控制之后，按照固定順序集成為完整CCAMI?；?“集成法”的發(fā)布軟件界面控件與CCAMI各組成要素一一對應(yīng)，表1是CCAMI組成要素對應(yīng)常見的軟件界面控件。以Windows系統(tǒng)為例，根據(jù)組成要素的特點，常用下拉框或文本框。每個CCAMI組成要素嚴格對應(yīng)軟件界面的某一控件，這樣在編輯情報之前就通過軟件界面把CCAMI分解成獨立部分，以便于糾錯工作的展開。

每個CCAMI組成要素都有固定的編寫規(guī)定，不同要素之間還有相應(yīng)的一致性原則，本文把“規(guī)范”規(guī)定的CCAMI所必須滿足的約束條件統(tǒng)稱為“編報規(guī)則”?！凹煞ā弊铒@著的特點就是CCAMI要素與軟件界面控件相互綁定，一一對應(yīng)?！凹煞ā奔m錯工作的本質(zhì)就是把CCAMI“編報規(guī)則”轉(zhuǎn)化為軟件界面控件對應(yīng)的文本內(nèi)容之間相互關(guān)系的約束，例如“編報規(guī)則”規(guī)定風(fēng)的編報必須滿足陣風(fēng)與平均風(fēng)速之差≥5 m/s，根據(jù)軟件界面陣風(fēng)與平均風(fēng)速對應(yīng)的控件把文本轉(zhuǎn)化為數(shù)值型變量，然后進行判斷即可（圖1）。

具體操作過程中，按照軟件界面的不同設(shè)計風(fēng)格，既可以把多個組成要素合并為整體對應(yīng)一個軟件界面控件（例如多個天氣現(xiàn)象對應(yīng)一個“天氣現(xiàn)象控件”），也可以把單獨組成要素拆分為不同組成部分對應(yīng)不同的軟件界面控件（例如把單獨的“云層”分為“云量”“云狀”“云高”三個組成部分，并分別對應(yīng)三個不同的軟件界面控件）。待所有軟件界面控件均進行糾錯檢驗之后，把控件文本內(nèi)容按照固定的順序集成組合起來即為完整的CCAMI。

表1 CCAMI組成要素及對應(yīng)的軟件界面控件

1.2 解析法

“解析法”是通過解析完整CCAMI獲取各組成要素進而根據(jù)“規(guī)范”判斷CCAMI正確新的一種糾錯方法?！敖馕龇ā卑淹暾腃CAMI作為計算機程序中的一個字符串，以“空格符”或者“回車”或者“換行”將字符串解析成CCAMI的組成要素，然后根據(jù)各個組成要素的特點對CCAMI進行糾錯。

“解析法”不依賴于發(fā)布軟件界面控件，無論通過何種方式形成的CCAMI均可通過“解析法”進行糾錯處理。依然以“平均風(fēng)速與陣風(fēng)”為例來說明“解析法”的工作原理。如圖1所示，通過解析CCAMI獲取情報“風(fēng)組”數(shù)據(jù)，并進一步根據(jù)“風(fēng)組”的結(jié)構(gòu)屬性解析出“平均風(fēng)速”與“陣風(fēng)”，然后根據(jù)“編報規(guī)則”進行糾錯判斷。雖然要素“解析法”關(guān)于要素糾錯方法與“集成法”完全一致（如圖2中“風(fēng)的糾錯方法”），但兩種糾錯方法最本質(zhì)的區(qū)別在于要素的獲取方式的差異，“集成法”通過軟件界面控件直接獲取，而“解析法”去通過解析原始CCAMI獲取要素數(shù)據(jù)。

圖1 “集成法”與“解析法”糾錯流程圖（以陣風(fēng)與平均風(fēng)速之間約束條件為例）

圖2 “集成法”與“解析法”的工作流程結(jié)構(gòu)圖

雖然“解析法”糾錯過程與軟件界面無關(guān)，但這并不意味著“解析法”不需要軟件界面，設(shè)計優(yōu)異的軟件界面會提高民航氣象人員編輯CCAMI的工作效率。無論采用何種界面，只要最后形成的CCAMI相同，糾錯結(jié)果就完全一致。

2 兩種糾錯方法優(yōu)缺點比較

2.1 工作原理不同，代碼量不同

如圖2所示，“集成法”原理簡單，包含3個過程，分別為“信息轉(zhuǎn)化過程”“要素糾錯過程”和“情報集成過程”?！靶畔⑥D(zhuǎn)化過程”把軟件界面控件對應(yīng)的文本信息轉(zhuǎn)化為程序可識別的各類數(shù)據(jù)。要素糾錯（Element Error Connection，EEC）過程包含“單要素獨立糾錯 （Single element Independent error Connection，SIC）” 和 “多要素組合糾錯 （Multi-element Combinational error Connection，MCC）”兩個步驟。SIC只涉及要素本身語法規(guī)則，MCC則考慮不同要素之間的匹配關(guān)系。滿足SIC與MCC后，“情報集成過程”把各要素按照固定順序集成為CCAMI即可。“集成法”中，“信息轉(zhuǎn)化過程”和“情報集成過程”處理方式簡單，“要素糾錯過程”是“集成法”的主體與核心。

“解析法”原理復(fù)雜，涵蓋面廣，包含“解析過程”“判斷過程”“要素糾錯過程”“排序過程”以及“其他糾錯過程”等結(jié)構(gòu)。 “解析法”通過“解析過程”拆分CCAMI獲取字符串，通過“判斷過程”分析字符串對應(yīng)何種要素，然后進行ECC，最后通過“排序過程”與“其他糾錯過程”進行檢驗最后形成糾錯結(jié)論。

“集成法”與“解析法”均包含ECC，但區(qū)別在于ECC是“集成法”的主體與核心，占據(jù)了“集成法”95%以上的代碼量；而“解析法”中，ECC僅為整個算法的一個組成部分，占全部代碼量的30%左右。

2.2 “集成法”糾錯結(jié)果受制于軟件界面，“解析法”與外部界面無關(guān)

分析CCAMI各組成要素是所有糾錯方法的基礎(chǔ)?！凹煞ā敝蠧CAMI各組成要素與軟件界面綁定，即“集成法”依靠軟件界面分解各組成要素，這種方案雖然在一定程度上降低了分析原始CCAMI的難度，但其固有工作方式也對糾錯過程造成了很多限制，不同的軟件界面對應(yīng)著不同的糾錯方法。理論上不同的糾錯方法應(yīng)該有相同的糾錯結(jié)果，但隨著軟件代碼量的增大，加之氣象代碼本身的復(fù)雜性，很難保證糾錯結(jié)果的一致性。如圖3所示，“集成法”有三個軟件界面，由于不同界面對應(yīng)的CCAMI要素不同，因此有三種糾錯方法和三種糾錯結(jié)果，雖然最后形成的CCAMI一致，但三種糾錯結(jié)果可能不完全一致?！敖馕龇ā敝苯咏馕鯟CAMI本身，這樣只有一種糾錯方法和一種糾錯結(jié)果。無論軟件界面如何，只要最后形成的CCAMI一致，那么糾錯方法和糾錯結(jié)果就一致。

2.3 “集成法”先糾錯后情報；“解析法”先情報后糾錯

如圖3所示，“集成法”依靠軟件界面分解出CCAMI組成要素并進行單獨和組合糾錯，待糾錯完成后將個要素集成為完整的CCAMI，糾錯過程在形成情報之前。這種糾錯方法可能造成最后形成的CCAMI存在錯誤，因為即使各組成要素完全正確，也無法保證CCAMI的正確性，即存在“集成錯誤”的可能性?！敖馕龇ā钡墓ぷ鲗ο笫峭暾腃CAMI，通過軟件技術(shù)將CCAMI解析成單獨要素并進行單獨寄組合糾錯。由于“解析法”直接檢驗最終的CCAMI，故不存在“集成錯誤”。

2.4 基于“集成法”的軟件界面層和邏輯層結(jié)合，而基于“解析法”的軟件界面層和邏輯層分離

“界面層”與“邏輯層”是軟件工程理論證實的較好的軟件設(shè)計理念。“解析法”的糾錯方法是一個獨立的邏輯處理模塊，可編譯為單獨動態(tài)鏈接庫文件（DLL），可供多個界面（界面層）調(diào)用，具有很好的可移植性，如果發(fā)現(xiàn)算法錯誤，修改也很簡單；“集成法”糾錯過程以來界面設(shè)計，界面層和邏輯層結(jié)合在一起，只能編譯成獨立的“可執(zhí)行文件”，幾乎沒有移植性，發(fā)現(xiàn)錯誤就要重新更改應(yīng)用程序，維護和修改的難度大大增加。

圖3 “集成法”與“解析法”中軟件界面與糾錯方法關(guān)系的比較

2.5 “解析法”測試效率遠高于“集成法”

軟件測試是軟件應(yīng)用得非常必要的環(huán)節(jié)?！凹煞ā钡募m錯過程依賴軟件界面，只能通過手動測試，效率低下。“解析法”的糾錯模塊獨立于界面層，故可單獨對糾錯模塊進行測試，利用民航氣象數(shù)據(jù)庫每年幾十萬條完整的CCAMI對“解析法”糾錯模塊進行批量循環(huán)測試，提高了測試的效率，發(fā)現(xiàn)并改正程序中的各種bug，優(yōu)化代碼。

無論從糾錯原理設(shè)計的完整性、產(chǎn)品適用性、可移植性及測試效率等各方面，“解析法”都優(yōu)于“解析法”。

3 民航青島空管站CCAMI“縱橫糾錯法”簡介

民航青島空管站氣象臺歷來重視利用軟件技術(shù)來提升CCAMI的發(fā)布質(zhì)量，從2010年就開始著手研發(fā)具有糾錯功能的CCAMI發(fā)布軟件，成功開發(fā)了基于“集成法”的“TAF報文糾錯軟件”并在青島空管站氣象臺預(yù)報室穩(wěn)定運行。后來對軟件進行功能升級，分離軟件“界面層”與“邏輯層”，編寫基于“解析法”的核心糾錯部件。由于糾錯算法采用了“縱向”不同要素依次順序糾錯與“橫向”三層邏輯控制相結(jié)合，故將此糾錯算法命名為“縱橫糾錯法”。目前，“縱橫糾錯法”已經(jīng)根據(jù) 《民用航空氣象預(yù)報規(guī)范》（AP-117-TM-2019-01）重新修改了糾錯算法，實現(xiàn)了算法的升級。

“縱橫糾錯法”由工作在民航氣象一線，同時具有一定編程能力的專業(yè)氣象人員編寫，可有機結(jié)合民航氣象與計算機編程兩個學(xué)科的特點，避免了計算機軟件人員缺乏民航氣象知識導(dǎo)致的軟件代碼正確性及穩(wěn)定性的問題，目前可以實現(xiàn)FC，F(xiàn)T，SA，SP的糾錯。

“縱橫糾錯法”對近幾年參加情報交換的全國數(shù)十個機場的氣象情報進行循環(huán)測試，已經(jīng)完成了百萬量級的測試工作，保障了算法的糾錯質(zhì)量?！翱v橫糾錯法”現(xiàn)已經(jīng)編譯為dll文件，C#，Visual Basic，Visual Basic.NET，Java等多種語言均可調(diào)用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用青島空管站CCAMI發(fā)布與監(jiān)控系統(tǒng)中，有效保障了青島機場氣象情報的正確性和規(guī)范性。

4 總結(jié)

本文通過研究CCAMI內(nèi)在屬性及組織結(jié)構(gòu)，提出了CCAMI糾錯的兩種基本方法，分別是 “集成法”和“解析法”。“集成法”依靠軟件界面分解出CCAMI各組成要素，分別進行糾錯控制之后，按照固定順序集成為完整CCAMI?！敖馕龇ā蓖ㄟ^解析完整CCAMI獲取各組成要素，進而根據(jù)“規(guī)范”判斷CCAMI正確性。

根據(jù)二者的工作原理及處理流程，比較了二者的不同點，得出以下結(jié)論：

（1）“集成法”原理簡單，主體內(nèi)容為“要素糾錯過程”；“解析法”原理復(fù)雜，涵蓋面廣，除“要素糾錯過程”外，還包含“解析過程”“判斷過程”及 “排序過程”等結(jié)構(gòu)。

（2）“集成法”糾錯結(jié)果受制于軟件界面，“解析法”與外部界面無關(guān)。

（3）“集成法”先糾錯后情報；“解析法”先情報后糾錯。

（4）基于“集成法”的軟件，界面層和邏輯層結(jié)合，沒有移植性；基于“解析法”的軟件，界面層和邏輯層分離，符合軟件工程理念，可移植性強。

（5）“解析法”測試效率遠高于“集成法”。

鑒于“解析法”的優(yōu)點，CCAMI糾錯軟件應(yīng)首選“解析法”。 “縱橫糾錯法”是民航青島空管站氣象人員提出的一種基于“解析法”的CCAMI糾錯算法，可廣泛應(yīng)用于CCAMI發(fā)布、監(jiān)控軟件中。