杜 峰

云南省人工影響天氣中心 云南 昆明 650000

1 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統(tǒng)功能簡介

系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)主要圍繞人工影響天氣作業(yè)的空域申請展開,建設(shè)的人影地面作業(yè)空域自動化申請系統(tǒng)軟件部分共分為:人工影響天氣作業(yè)申報管理平臺、人工影響天氣作業(yè)申報軟件、人工影響天氣作業(yè)語音申報平臺及人工影響天氣作業(yè)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)四個子系統(tǒng)。

1.1 人工影響天氣作業(yè)申報管理平臺

包含組織架構(gòu)管理、用戶權(quán)限管理、作業(yè)點(diǎn)管理、作業(yè)記錄管理、作業(yè)記錄統(tǒng)計(jì)報表等功能。通過該平臺,便于管理部門有效管理作業(yè)點(diǎn)信息,及時了解作業(yè)點(diǎn)動態(tài);準(zhǔn)確記錄作業(yè)情況,進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,為管理工作決策提供有效數(shù)據(jù)支撐。

1.2 人工影響天氣作業(yè)申報軟件

包含作業(yè)申請、作業(yè)審批、作業(yè)情況回復(fù)、作業(yè)時間預(yù)警、系統(tǒng)自動同步對時五個子功能。主要用于完成人工影響天氣作業(yè)中的作業(yè)空域申請申報及批復(fù)。

1.3 人工影響天氣作業(yè)語音申報平臺

包含作業(yè)申請、作業(yè)查詢、作業(yè)取消、作業(yè)情況語音留言回復(fù)四個子功能。采用智能語音系統(tǒng)進(jìn)行語音導(dǎo)航,在沒有條件使用人工影響天氣作業(yè)申報軟件的地區(qū)使用該平臺完成空域申請的自動化申報及批復(fù)。同時在作業(yè)申報軟件系統(tǒng)因網(wǎng)絡(luò)或其他突發(fā)因素導(dǎo)致系統(tǒng)離線時,該平臺作為備份系統(tǒng),保證人工影響天氣作業(yè)工作的順利完成。

1.4 人工影響天氣作業(yè)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

包含GIS地理信息、管制區(qū)域信息、航線信息、作業(yè)點(diǎn)信息、作業(yè)情況實(shí)時顯示。省級空管部門和各級人工影響天氣指揮中心通過該系統(tǒng),可以對全省的作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2 系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)分析及設(shè)計(jì)

2.1.1 省、市（區(qū)縣）人影辦的監(jiān)控和作業(yè)管理設(shè)計(jì)

在云南省、市、區(qū)縣三級人影指揮中心安裝的作業(yè)空域監(jiān)控與申請終端主要完成自動接收作業(yè)點(diǎn)的作業(yè)申請與空域申請批復(fù),實(shí)現(xiàn)作業(yè)點(diǎn)動態(tài)信息顯示和作業(yè)空域申請情況監(jiān)控,并將作業(yè)申請信息實(shí)時傳遞到軍航管制中心人影作業(yè)批復(fù)席位,接收該席位的批復(fù)信息,實(shí)時監(jiān)測的同時向相應(yīng)作業(yè)點(diǎn)下達(dá)準(zhǔn)確的作業(yè)指令。同時具備地理信息背景上的作業(yè)動態(tài)信息顯示、監(jiān)控能力、一級地理信息背景的控制操作能力;具備靜態(tài)作業(yè)數(shù)據(jù)、動態(tài)申請批復(fù)信息的記錄處理管理能力;具備與軍航作業(yè)批復(fù)席位同步的時鐘自動校準(zhǔn)能力。做到準(zhǔn)確傳遞作業(yè)申請、作業(yè)批復(fù)信息與顯示,準(zhǔn)確監(jiān)控作業(yè)動態(tài),達(dá)成作業(yè)空域申請批復(fù)的自動化,提高作業(yè)批復(fù)效率,從而提高作業(yè)效率。

云南省人工影響天氣空域自動化申請管理系統(tǒng)的基本定位:作業(yè)點(diǎn)申請空域時省、市、區(qū)縣三級人影指揮中心都必須具有空域申請監(jiān)控功能,實(shí)時的自動接收各級空域申請及席位批復(fù)信息情況。

2.1.2 軍、民航空管分析與設(shè)計(jì)

軍隊(duì)及民航空管部門對人影對空射擊空域的總體要求是:建立人工影響天氣管理與控制系統(tǒng),是為了提高人工影響天氣空域申請的時效性,增強(qiáng)管制人員飛行調(diào)配的預(yù)見性、計(jì)劃性、實(shí)時性和準(zhǔn)確性,更好地為人工影響天氣服務(wù)。

軍、民航管制中心要求在管制員席位上完成作業(yè)情況監(jiān)控和作業(yè)申請批復(fù),為了保證空中飛行安全,該席位必須具備自動校準(zhǔn)時鐘和準(zhǔn)確時鐘顯示和導(dǎo)入的能力;管制員還需要對所轄人影作業(yè)點(diǎn)及其申請計(jì)劃的動態(tài)掌握,所有作業(yè)申請被及時處理成炮射信息,并在地理信息背景上動態(tài)顯示;與此同時,作業(yè)地理背景的基本需求,必須具備各類圖層顯示控制、地圖測量工具、地圖控制工具、動態(tài)距離測量（航跡與作業(yè)點(diǎn)間的動態(tài)距離）作業(yè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理等能力。由此,空管中心的人影作業(yè)批復(fù)席位可以真正實(shí)現(xiàn)完成自動批復(fù)、作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控,達(dá)成提高作業(yè)效率的最終目標(biāo),并可以確?？罩酗w行安全。

2.1.3 提高管制值班效率

人工申報,平均每次審批需要5-8分鐘,平均每小時只能批復(fù)20余次作業(yè)申請。使用對空射擊自動申報系統(tǒng)后,對空射擊管理所需的信息可以自動顯示在一個平臺上,審批時間明顯縮短,可以控制到平均1-2分鐘可審批一次,預(yù)期每小時可審批40-50次申請。

2.1.4 提高信息精準(zhǔn)度

原有對空射擊審批方式以語音通話為主,通話過程中可能由于口音、口誤、通話線路質(zhì)量等原因在信息傳遞中造成差錯,存在安全隱患。新系統(tǒng)則以氣象寬帶網(wǎng)和數(shù)字專線網(wǎng)絡(luò)通信方式保證了信息傳遞的可靠性、精準(zhǔn)度,杜絕了由此可能引發(fā)的危及飛行安全情況的發(fā)生。

2.1.5 明確坐標(biāo)信息

以往管制員在接到申請后,需要人工查找對空作業(yè)點(diǎn),查看雷達(dá)信號,依據(jù)空中飛行動態(tài)進(jìn)行批復(fù),不能精確掌握炮射作業(yè)點(diǎn)與航空器之間的相對位置關(guān)系。為確保飛行安全,管制員不得不縮短作業(yè)時間,擴(kuò)大炮射活動飛行限制區(qū),空域利用率較低。新系統(tǒng)則使炮射活動與空中航空器的相對位置一目了然,空域利用率提高了51%。

2.1.6 實(shí)現(xiàn)GPS統(tǒng)一授時

由于人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)均為地方工作人員,申請的時間均以自己的手表為依據(jù),值班期間多次出現(xiàn)手表時間與管制值班系統(tǒng)的GPS時間不一致情況。新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三方統(tǒng)一授時,解決了時間誤差給飛行安全帶來的隱患問題。

2.1.7 進(jìn)一步規(guī)范監(jiān)管。

新系統(tǒng)使用前,炮射作業(yè)的申請批復(fù)流程不夠清晰,責(zé)任不夠明確,管理手段也很單一,管制員對人工影響天氣炮射的實(shí)時監(jiān)管難以實(shí)現(xiàn)。新系統(tǒng)則及時填補(bǔ)了這一空白,架起了炮射單位與空域管理單位之間的橋梁,開通了作業(yè)點(diǎn)與管制大廳之間的高速通道,使整個申請批復(fù)過程變得明確、規(guī)范。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 核心業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)流程圖如下:

如上圖:作業(yè)點(diǎn)通過甚高頻與縣級申報終端交互,縣級申報終端收到作業(yè)申請后①縣級申報終端根據(jù)實(shí)際情況和操作權(quán)限在終端設(shè)備上提出申請,申請數(shù)據(jù)直接送達(dá)省級業(yè)務(wù)調(diào)度中心,并將申請轉(zhuǎn)發(fā)至該縣的所有上級部門（注:此時上級部門可以根據(jù)權(quán)限取消該作業(yè)申請）,同時根據(jù)業(yè)務(wù)調(diào)度規(guī)則將業(yè)務(wù)申請發(fā)送至空管氣象專席。②省級調(diào)度中心將作業(yè)申請發(fā)送到空管氣象專席。③空管氣象專席在收到業(yè)務(wù)申請后操作受理功能,受理結(jié)果發(fā)送至省級調(diào)度中心。④省級調(diào)度中心將空管氣象專席的受理通知發(fā)送到申請發(fā)起單位。⑤空管氣象專席對已受理的申請進(jìn)行空域申請,并將批復(fù)結(jié)果發(fā)送到省級調(diào)度中心。⑥省級業(yè)務(wù)調(diào)度中心將審批結(jié)果發(fā)送給縣級申報終端,并同步抄送給該縣的上級管理部門（注:此時上級部門可以根據(jù)權(quán)限緊急叫停該作業(yè)）。⑦作業(yè)點(diǎn)在作業(yè)結(jié)束（注:可能是被叫停,或天氣變化作業(yè)取消）后將作業(yè)結(jié)果通知縣級申報終端,并由縣級申報終端回復(fù)至省級業(yè)務(wù)調(diào)度中心。⑧省級業(yè)務(wù)調(diào)度中心將作業(yè)結(jié)果發(fā)送至空管氣象專席。

2.2.2 系統(tǒng)總體橫切分層設(shè)計(jì)

瀏覽器和客戶端向使用者提供UI交互,完成系統(tǒng)業(yè)務(wù)展現(xiàn),并通過WEB服務(wù)器（非實(shí)時業(yè)務(wù)）和實(shí)時業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)器（作業(yè)申請等核心業(yè)務(wù)）接入應(yīng)用服務(wù)器事件總線,整個系統(tǒng)進(jìn)入拓?fù)鋵?shí)時在線狀態(tài)。

應(yīng)用服務(wù)器處理業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問,詳細(xì)架構(gòu)下節(jié)描述。

2.2.3 服務(wù)端軟件架構(gòu)

云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統(tǒng)服務(wù)端基本架構(gòu)設(shè)計(jì)分為四層:頂層是人工影響天氣地面對空射擊作業(yè)業(yè)務(wù)層,包括人工影響天氣對空射擊作業(yè)空域申請,空域使用計(jì)劃、空域批復(fù)指令和對空射擊作業(yè)信息的接收、轉(zhuǎn)發(fā),作業(yè)狀態(tài)動態(tài)監(jiān)控顯示等;

第二層是運(yùn)行支撐層,提供對空射擊作業(yè)點(diǎn)的信息資料管理、用戶管理、權(quán)限甄別,流程定義,系統(tǒng)管理等功能,為地面對空射擊作業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)行提供支撐;

第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)層,主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速緩存,事務(wù)控制,對象級重組和封裝,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)層面的匯總、流轉(zhuǎn),為支撐層和底層提供數(shù)據(jù)信息支持;

底層是傳輸層,處理并發(fā)和流控,對內(nèi)通過氣象廣域網(wǎng)進(jìn)行信息交互,對外通過綜合接入網(wǎng)關(guān)與全軍空管通信網(wǎng)路骨干節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換。

2.2.4 功能設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)功能分為實(shí)時業(yè)務(wù)和非實(shí)時業(yè)務(wù)兩大塊,實(shí)時業(yè)務(wù)處理空域申請相關(guān)的核心業(yè)務(wù),非實(shí)時業(yè)務(wù)處理基礎(chǔ)維護(hù)和作業(yè)點(diǎn)審核等功能。

3 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統(tǒng)創(chuàng)新性

3.1 綜合創(chuàng)新

系統(tǒng)的主要特點(diǎn)簡略來說可概括為以下幾方面“審批直達(dá),提高效率。全程監(jiān)管,隨時介入。流程靈活,自動伸縮。統(tǒng)一授時,避免差錯。數(shù)字化溝通,避免歧義。全程記錄,業(yè)務(wù)重現(xiàn)?！毕旅娓鶕?jù)業(yè)務(wù)職能進(jìn)行分別論述。

3.1.1 一線單位

使用系統(tǒng)后,人工影響天氣作業(yè)申請從以往的獨(dú)占式順序處理（一個人接一個電話受理一次申請,電話不斷,受理阻塞）變成了并發(fā)處理,全省作業(yè)可以同時上報民航空管中心氣象專席,受理通道不會阻塞。自動獲取作業(yè)點(diǎn)經(jīng)緯度、聯(lián)系人等相關(guān)信息,可以有效避免信息誤報,并同時降低工作量,提高工作效率。全省各部門使用統(tǒng)一的系統(tǒng)時間,減少計(jì)時工具不統(tǒng)一帶來的風(fēng)險。作業(yè)信息存儲于數(shù)據(jù)庫,便于統(tǒng)計(jì)和產(chǎn)生報表,減少一線單位的統(tǒng)計(jì)和上報工作。杜絕由于地方口音、語速等問題導(dǎo)致的傳統(tǒng)電話申請誤報問題

3.1.2 上級監(jiān)管部門

整個審批流程的數(shù)據(jù)自動記錄便于統(tǒng)計(jì)、查詢。形成有效的監(jiān)管和總結(jié),并且在事故產(chǎn)生后產(chǎn)生有跡可查的線索,明確責(zé)任劃分?？筛鶕?jù)上級監(jiān)管部門的臨時緊急情況,直接在全市系統(tǒng)中緊急叫停,方便特殊情況應(yīng)急處置。

3.1.3 空域管制部門

通過民航空管氣象專席客戶端結(jié)合航線圖的申報受理系統(tǒng),可由民航空管中心培訓(xùn)民航空管氣象專席,對上報作業(yè)進(jìn)行批量預(yù)處理后再上報民航空管中心（處理模式可與空管中心協(xié)商形成操作規(guī)程）。這樣可以極大的減輕民航空管中心的審批工作量。

3.1.4 全省綜合效能

隨著民航事業(yè)和空軍的發(fā)展,空域使用越來越飽和,可以用于人工影響天氣作業(yè)的間隙越來越碎片化。因此,快速直通的申請模式和高效傳輸?shù)膶徟鞒坛蔀榱巳斯び绊懱鞖庾鳂I(yè)中必須要解決的首要問題。系統(tǒng)使用多播模式簡化申請流程,并采用授權(quán)功能監(jiān)管作業(yè)申請。在云南省使用多年的經(jīng)驗(yàn)顯示,極端情況下的審批也不超過1分鐘,效率大大提升。系統(tǒng)采取了構(gòu)架于傳統(tǒng)PSTN電話網(wǎng)的自動語音申報（全電話按鍵操作）+構(gòu)架于廣域網(wǎng)的多網(wǎng)同步傳輸技術(shù),解決了可靠性問題,兩個傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通,互為備份,實(shí)現(xiàn)了全天候無故障的申請保障。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新

3.2.1 系統(tǒng)基于WCF,架構(gòu)模式采用SOA,后端應(yīng)用服務(wù)采用多層設(shè)計(jì),解耦徹底明確。多線程和并發(fā)模型清晰。通過設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)來處理服務(wù)端智能分發(fā),實(shí)現(xiàn)處理高并發(fā)且便于業(yè)務(wù)調(diào)整。后臺系統(tǒng)采用多層架構(gòu)處理并發(fā),減少延時。

3.2.2 領(lǐng)先的多網(wǎng)傳輸方案。實(shí)時系統(tǒng)的核心能力在于實(shí)時、并發(fā)處理和傳輸保障。以前的同類系統(tǒng)大多依靠且僅依靠電腦+網(wǎng)絡(luò),出現(xiàn)系統(tǒng)故障時系統(tǒng)無法運(yùn)行。而實(shí)際應(yīng)用中,系統(tǒng)環(huán)境更加復(fù)雜,譬如線路故障,機(jī)器故障等等。為了應(yīng)對實(shí)時系統(tǒng)中的種種問題,系統(tǒng)開創(chuàng)性的使用了自動語音申報技術(shù)作為主系統(tǒng)的實(shí)時備份,依靠傳統(tǒng)電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并行在線,自動語音申報的所有數(shù)據(jù)與主系統(tǒng)共存,無須切換。

3.2.3 界面簡潔,操作簡單。根據(jù)一線操作人員的大量反饋,將所有操作壓縮到一至兩個操作,方便快捷。同時界面業(yè)務(wù)元素突出直觀,所有的業(yè)務(wù)信息通過顏色,聲音,真正、動等方式一目了然,快捷高效。

3.2.4 系統(tǒng)于2019年融入了智能穿戴,通過定制手環(huán)的方式將智能設(shè)備融入到業(yè)務(wù)當(dāng)中,在大大增加了一線業(yè)務(wù)人員的靈活性的同時,強(qiáng)化了業(yè)務(wù)通知的及時性。

4 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統(tǒng)現(xiàn)狀

云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統(tǒng)全省上線以來,以系統(tǒng)的簡潔明了,高效可靠獲得了一線單位的一致好評。對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的提升主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

4.1 人工影響天氣作業(yè)申請實(shí)現(xiàn)了并發(fā)無阻塞,避免了以前因?yàn)殡娫捳季€產(chǎn)生的申請無法及時送達(dá)。

4.2 系統(tǒng)自動采集作業(yè)相關(guān)信息,高效準(zhǔn)確,同時避免了以往因?yàn)榈胤娇谝艉驼Z速問題導(dǎo)致的申報傳遞不準(zhǔn)確。

4.3 地理信息系統(tǒng)準(zhǔn)確反應(yīng)位置,便于和雷達(dá)圖進(jìn)行對比觀測,使作業(yè)申請更具科學(xué)性。

4.4 自動報表減少了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和上報工作,解放了部分生產(chǎn)力。

4.5 按照權(quán)限處理緊急叫停,在毫秒級送到一線單位,實(shí)現(xiàn)高效的緊急情況處理。

4.6 上級管理部門和領(lǐng)導(dǎo)按照權(quán)限實(shí)時在地理信息系統(tǒng)上監(jiān)控和查看一線作業(yè)情況,便于指揮決策和查詢。

5 未來發(fā)展方向

5.1 操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件國產(chǎn)化,確保核心技術(shù)自主可控。完全脫離對境外軟件的依賴。確保人工影響天氣作業(yè)空域申報這樣的保障系統(tǒng),不再隨時可能面臨境外技術(shù)封鎖

5.2 適配氣象大數(shù)據(jù)云平臺-天擎環(huán)境,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)移植和靈活部署。把業(yè)務(wù)托管于天擎云之上,可以有效地使用天擎云的存儲及計(jì)算資源,并可以使用天擎云上的共享數(shù)據(jù)和算法,為以后拓展更多的應(yīng)用模式打下良好的平臺基礎(chǔ)。

5.3 面向人工影響天氣作業(yè)申請信息系統(tǒng)的典型應(yīng)用場景,構(gòu)建以天擎云為底層支撐,國產(chǎn)自研微服務(wù)框架為主干,將整個系統(tǒng)按微服務(wù)劃分,容器化部署,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)容器集群保障和外部訪問統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)關(guān)。達(dá)到以人工影響天氣申請信息系統(tǒng)為發(fā)起點(diǎn),開放融入其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)引擎平臺的目的。