高永剛

（民航安徽空管分局，合肥 230051）

目前我國空管的通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備外臺站通常是分散管理的模式，即通信、導(dǎo)航、監(jiān)視臺站分屬不同的科室管轄，每個專業(yè)均設(shè)置相應(yīng)的值班崗位，由崗位人員負(fù)責(zé)對所轄臺站進(jìn)行日常的巡視、維護(hù)、維修等工作，這樣分散的運(yùn)行管理模式也造成了人力和維護(hù)成本的提升以及效率的下降。隨著民航事業(yè)的發(fā)展，在空管“大運(yùn)行、大崗位、大值班”管理模式的需求下，一崗多能，集中化的外臺站管理將是必然趨勢。要做好集中化的外臺站管理，關(guān)鍵之一在于人員能力的全面提升，能夠達(dá)到勝任從事工作的水平；關(guān)鍵之二在于需要一個強(qiáng)大的集中監(jiān)控管理平臺，能夠?qū)λ犕馀_站的設(shè)備、動力、環(huán)境和安防4 個要素的信息進(jìn)行全面、快速、準(zhǔn)確獲取，甚至輔助決策。通常情況下，通信導(dǎo)航監(jiān)視臺站的信息采集系統(tǒng)較為分散，設(shè)備、環(huán)境、動力和安防監(jiān)視都有著不同的系統(tǒng)，各類數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)協(xié)議差異大，監(jiān)控信息不集中，告警信息、故障信息無分級，大大增加了臺站管理的難度。尤其是設(shè)備監(jiān)控側(cè)重于設(shè)備故障告警和設(shè)備參數(shù)修改，設(shè)備健康狀態(tài)管理缺失，對設(shè)備運(yùn)行趨勢無法預(yù)測。設(shè)備、環(huán)境、動力和安防監(jiān)控信息之間缺乏聯(lián)系，不能提供量化建議，也無法為維護(hù)人員提供決策分析，越來越難以滿足當(dāng)前設(shè)備保障工作的需求。

1 “智慧臺站”建設(shè)背景

在加快建設(shè)“四強(qiáng)空管”的道路上，樹立智慧理念，突出智慧力量，是空管高質(zhì)量發(fā)展的主要訴求。為了能夠以智慧提升空管臺站管理效能，“智慧臺站”的概念應(yīng)運(yùn)而生，“智慧臺站”的建設(shè)主要就是利用信息化手段替代傳統(tǒng)的人工值守，實(shí)現(xiàn)臺站各類數(shù)據(jù)信息的自動采集分析、設(shè)施設(shè)備的自主運(yùn)行、故障信息的遠(yuǎn)程告警、電子值班記錄的自動生成，從而可以最大程度地減少臺站運(yùn)行人工干預(yù)，有效節(jié)約臺站人力資源成本、降低人工勞動程度，提升臺站的科學(xué)化、信息化管理水平。

近年來，國內(nèi)民航系統(tǒng)涌現(xiàn)了大量的“智慧臺站”的建設(shè)需求，2019 年，民航局空管局推出了《通信導(dǎo)航監(jiān)視智慧臺站研究及示范應(yīng)用》的研究課題，民航安徽空管分局作為此次項(xiàng)目的協(xié)作單位，承擔(dān)了大量的示范驗(yàn)證工作，目前正在積極地開展“智慧臺站”的建設(shè)。

此次“智慧臺站”建設(shè)，主要思路是改變現(xiàn)有分散模式的臺站監(jiān)控，以臺站為基本元素，設(shè)計(jì)符合臺站管理的先進(jìn)架構(gòu)，最終建立具備動力、環(huán)境、安防和空管設(shè)備監(jiān)控、管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估等全面的監(jiān)控管理能力的智慧化臺站。其能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)自動化處理和日常運(yùn)維工作的高度信息化，實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一的信息共享、相互協(xié)調(diào)和設(shè)備聯(lián)動等功能，將臺站整體監(jiān)控及管理所需要的重要信息進(jìn)行綜合處理、集中管理，充分采用智能化技術(shù)，減少人工運(yùn)維的壓力，同時利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和實(shí)時數(shù)據(jù)查看。

2 “智慧臺站”系統(tǒng)架構(gòu)

“智慧臺站”項(xiàng)目在民航安徽空管分局的示范驗(yàn)證，具體是以合肥新橋THALES 雷達(dá)站和桃花導(dǎo)航臺2 個臺站為主開展建設(shè)。合肥新橋THALES 雷達(dá)站為1部THALES 單二次雷達(dá)和相應(yīng)的輔助設(shè)施設(shè)備，桃花導(dǎo)航臺為1 套THALES DVOR/DME 導(dǎo)航系統(tǒng)和相應(yīng)的輔助設(shè)施設(shè)備。

2.1 搭建設(shè)備采集架構(gòu)，進(jìn)行多維度信息采集

本項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)的采集架構(gòu)如圖1 所示，首先是對主要空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備即二次雷達(dá)和DVOR/DME 的信息采集，其難點(diǎn)是對于設(shè)備ICD 數(shù)據(jù)的解析。THALES 公司未開放二次雷達(dá)和DVOR/DME 設(shè)備協(xié)議，我們通過巡檢機(jī)器人+監(jiān)控顯示采集+OCR識別技術(shù)，捕獲二次雷達(dá)及DVOR/DME 監(jiān)控軟件界面及設(shè)備面板指示信息來判斷設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，并以獲取的增設(shè)外置傳感器的方式來進(jìn)行設(shè)備機(jī)械部分的晃量、傾角、振動等未納入設(shè)備監(jiān)控軟件ICD 但又是日常維護(hù)中需要關(guān)注的一些參量，力爭做到監(jiān)控信息的全面性。

圖1 設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

其次是對臺站環(huán)境的監(jiān)控，由于空管臺站的環(huán)境多樣性，我們認(rèn)為重點(diǎn)是對臺站關(guān)鍵信息的梳理，并制訂信息采集方案。對于常規(guī)性的數(shù)據(jù)如溫濕度、水浸、門禁等通過加裝相應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集，部分設(shè)備如已有相關(guān)監(jiān)控通信協(xié)議如高低壓設(shè)備、UPS、電池組和精密空調(diào)等，通過在相應(yīng)接口上接出協(xié)議數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析即可。臺站安防信息則通過在臺站加裝電子圍欄、脈沖報(bào)警主機(jī)、室外攝像機(jī)和硬盤錄像機(jī)來直接輸出報(bào)警信號、視頻信號。報(bào)警信號會聯(lián)動相關(guān)的室外攝像機(jī)，監(jiān)控軟件彈出攝像畫面。

除了這些，根據(jù)實(shí)際的維護(hù)需要，我們也創(chuàng)新地增加了接地電阻、電磁干擾監(jiān)測等信息采集及空調(diào)控制、油機(jī)自動加熱、自動排水等控制功能。通過一系列的部署，為智慧化的巡檢維護(hù)打下基礎(chǔ)。

在此次“智慧臺站”的設(shè)計(jì)中，還有對備件信息的采集中，我們選用非封閉式備件貨架，遠(yuǎn)距離RFID 讀卡器以及備件室攝像機(jī)，當(dāng)攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)有人員進(jìn)入備件區(qū)域時，讀卡器保持讀卡狀態(tài)。當(dāng)備件被維護(hù)人員移出貨架區(qū)域后，讀卡器將記錄送至集中監(jiān)控主機(jī)，同時上傳獲取的人員圖像或視頻信息。

2.2 搭建采集數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

對采集到的數(shù)據(jù)，需要通過數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，匯入到數(shù)據(jù)中心，如圖2 所示。采集系統(tǒng)24 h 不間斷地獲取臺站相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，各類傳感器數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)傳輸協(xié)議使用485、串口、網(wǎng)口等物理線路匯聚到現(xiàn)場的一個或多個物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，同時在現(xiàn)場部署一臺服務(wù)器，服務(wù)器上部署物聯(lián)數(shù)據(jù)接入服務(wù)，此服務(wù)作為一個中間層直接和現(xiàn)場的各個物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行交互，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入服務(wù)作為TCP 的服務(wù)端，使用插件的方式針對不同的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)廠家，適配不同的數(shù)據(jù)交換協(xié)議。

圖2 采集數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖

對于無法通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，例如雷達(dá)運(yùn)行數(shù)據(jù)、OCR 識別數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，則直接在服務(wù)器上部署相關(guān)數(shù)據(jù)解析服務(wù)，然后把相關(guān)數(shù)據(jù)也統(tǒng)一發(fā)送給物聯(lián)數(shù)據(jù)接入服務(wù)。

視頻數(shù)據(jù)存儲在本地NVR，不在數(shù)據(jù)中心存儲，當(dāng)數(shù)據(jù)中心需要點(diǎn)播某路視頻，則通過NVR 和視頻聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播和錄播功能。

這樣插入一個采集標(biāo)準(zhǔn)化中間層做到對上下層的解耦，物聯(lián)數(shù)據(jù)接入服務(wù)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚解析為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，然后采用專用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)投遞到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心按照標(biāo)準(zhǔn)化格式和策略進(jìn)行統(tǒng)一存儲。這種架構(gòu)的優(yōu)勢是：如果臺站與數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)因?yàn)楫惓Ｇ闆r中斷，臺站會把數(shù)據(jù)暫存在本地服務(wù)器上，一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，支持將網(wǎng)絡(luò)中斷期間未上報(bào)的數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)到數(shù)據(jù)中心，同時也分擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的壓力。

2.3 搭建本地監(jiān)控管理平臺和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心監(jiān)控管理平臺

本地監(jiān)控管理平臺主要實(shí)現(xiàn)對本地空管臺站的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理，并將相關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心，如圖3 所示。數(shù)據(jù)中心用于數(shù)據(jù)收集處理、記錄查詢以及統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)顯示和故障告警功能。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心監(jiān)控管理平臺可以按照不同的維度輸出分析報(bào)告，以圖表或者大屏的方式展現(xiàn)給維護(hù)人員。維護(hù)人員可以快速直觀地了解到臺站的設(shè)備運(yùn)行狀況，通過可視化界面能夠?qū)崟r直觀地看到整個臺站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其關(guān)鍵部分工作情況，實(shí)現(xiàn)對分布式臺站的集中監(jiān)管和智慧運(yùn)維。最后，利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通過移動端APP 或小程序?qū)Α爸腔叟_站”進(jìn)行監(jiān)控和管理。

圖3 監(jiān)控平臺界面

3 “智慧臺站”軟件平臺

“智慧臺站”軟件平臺作為維護(hù)人員和管理者進(jìn)行臺站維護(hù)管理的接口，其設(shè)計(jì)不僅要將所采集的臺站信息進(jìn)行高效展示，也要易于維護(hù)，體現(xiàn)臺站管理的智慧型，目前軟件平臺的主要模塊包括以下內(nèi)容。

3.1 總體運(yùn)行態(tài)勢

綜合展示所有接入臺站信息。系統(tǒng)可通過報(bào)表分析能夠有序地展現(xiàn)臺站運(yùn)行狀態(tài)的所有管理指標(biāo)，生成各種分析報(bào)告和圖表，全面呈現(xiàn)設(shè)備資源、告警統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行狀況等，為故障診斷和用戶決策提供科學(xué)、可量化的依據(jù)。目前我們在此界面對臺站地理位置、人員值班態(tài)勢、重點(diǎn)數(shù)據(jù)看板和維護(hù)周期進(jìn)行了展現(xiàn)。

3.2 單站可視化展現(xiàn)

建立單個臺站的3D 建模，輔以數(shù)字標(biāo)簽，以三維可視化界面從整體上把控單站運(yùn)行態(tài)勢，同時可按多種設(shè)備類型使用多個圖層進(jìn)行分類展示，對可控設(shè)備支持在圖層上直接進(jìn)行操作，點(diǎn)擊相關(guān)設(shè)備元素顯示設(shè)備的詳細(xì)數(shù)據(jù)看板，包括設(shè)備的照片、實(shí)時情況、告警情況、歷史數(shù)據(jù)和維保情況。

3.3 平臺管理

平臺管理主要包括用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、機(jī)構(gòu)管理、平臺管理和日志管理等功能模塊。平臺管理系統(tǒng)主要功能是為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的人員基礎(chǔ)信息、組織機(jī)構(gòu)、角色、權(quán)限和平臺運(yùn)行參數(shù)的管理與維護(hù)的途徑，并通過周密的日志系統(tǒng)確保平臺的穩(wěn)定性。

3.4 工單系統(tǒng)

使用智慧臺站平臺的可以是管理者，也可以是維護(hù)人員，在此模塊管理者以派發(fā)工單的形式派發(fā)任務(wù)給維護(hù)人員，可以關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中相關(guān)資料，匹配有經(jīng)驗(yàn)的員工，亦可統(tǒng)計(jì)維護(hù)人員工作量，作為管理者考核依據(jù)。

3.5 機(jī)器人巡檢

通過手動控制或者設(shè)置定時巡檢等方式控制機(jī)器人對機(jī)房內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行巡檢，采集信息后自動填入維護(hù)記錄當(dāng)中。

3.6 備件管理

備件管理主要針對臺站用到的各類硬件設(shè)備的出入庫統(tǒng)計(jì)管理，包括入庫登記、出庫申請與審批、出庫登記和自動統(tǒng)計(jì)等。

3.7 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包括實(shí)時數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)分析。實(shí)時數(shù)據(jù)分析主要是針對臺站中各類實(shí)時采集的對設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行會快速產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，在達(dá)到設(shè)定的預(yù)警范圍時，即時發(fā)出預(yù)警，以降低或避免設(shè)備出現(xiàn)故障的可能。歷史數(shù)據(jù)分析旨在通過對長時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同維度的同比和環(huán)比分析，找到數(shù)據(jù)和當(dāng)前臺站運(yùn)行環(huán)境之間的某種聯(lián)系，以便在日常工作中通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，預(yù)測臺站運(yùn)行環(huán)境可能會出現(xiàn)的異常情況。

4 “智慧臺站”建設(shè)意義

“智慧臺站”建成之后，將為外臺站集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理提供基礎(chǔ)。

通過“智慧臺站”遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，維護(hù)人員在一個平臺上可以及時獲取管轄范圍內(nèi)所有臺站的總體態(tài)勢信息。同時單個臺站的本地監(jiān)控中心將采集的臺站環(huán)境和通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行態(tài)勢和預(yù)警信息以及視頻信息也將集中展示給維護(hù)人員，便于維護(hù)人員掌握各個臺站的具體運(yùn)行情況。巡檢維護(hù)人員能夠更方便直觀地進(jìn)行管理。設(shè)備巡檢將實(shí)現(xiàn)自動化，“智慧臺站”系統(tǒng)根據(jù)每個臺站的現(xiàn)實(shí)巡視維護(hù)需求，建立巡檢流程和巡檢對象模型，設(shè)定巡檢路線、巡檢時間、巡檢類型和異常判斷等，實(shí)現(xiàn)智能巡檢，大大減輕了人員負(fù)擔(dān)，也降低了人為因素帶來的風(fēng)險。維護(hù)任務(wù)和事件信息將能直觀顯示提醒，并且可以以工單的形式派給指定的維護(hù)人員，人員工作量和維護(hù)類型也能自動進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

維護(hù)人員還可以利用“智慧臺站”平臺上采集的大量真實(shí)數(shù)據(jù)和排故案例，進(jìn)行排故的指導(dǎo)，以及維護(hù)維修和應(yīng)急處置培訓(xùn)，提高人員維護(hù)維修和應(yīng)急處置的能力。

在積累足夠多的數(shù)據(jù)后，基于大量數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析模型建立和預(yù)測還能幫助維護(hù)人員進(jìn)行決策。

該平臺也可將采集到的臺站動力環(huán)境運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)綜合分析，得出臺站健康狀態(tài)提供給管理層；同時將設(shè)備無故障運(yùn)行時間、備件充足狀態(tài)、雷達(dá)威力覆蓋、數(shù)據(jù)質(zhì)量情況和臺站人員信息等匯報(bào)給管理層。通過手機(jī)客戶端，管理人員將可以隨時隨地掌握臺站信息。

“智慧臺站”平臺也將解決傳統(tǒng)臺站管理中無法解決的一些隱患問題。

例如在雷達(dá)設(shè)備維護(hù)中，只有在換季維護(hù)時才會對雷達(dá)天線基座馬達(dá)進(jìn)行檢查，一般情況下只能通過聽馬達(dá)轉(zhuǎn)動聲音、觀察減速箱油位和是否漏油這3 種檢測方式來檢查，然而設(shè)備的故障出現(xiàn)具有隨機(jī)性，只有在馬達(dá)嚴(yán)重故障并對雷達(dá)信號產(chǎn)生影響時才能夠發(fā)現(xiàn)，這無疑是一種安全隱患。因此在“智慧臺站”建設(shè)中，我們在馬達(dá)上安裝了多個震動傳感器、溫度傳感器和聲音傳感器，因?yàn)閷Υ罅康鸟R達(dá)故障實(shí)例研究分析發(fā)現(xiàn)，震動數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，震動異常往往伴隨著馬達(dá)表面溫度和聲音的異常，而馬達(dá)表面溫度單一數(shù)據(jù)的異常也對馬達(dá)轉(zhuǎn)動異常具有提醒作用，基于以上規(guī)律，筆者在“智慧臺站”系統(tǒng)中增加了以下智慧功能。

（1）當(dāng)震動幅度超過一定數(shù)值時，將對雷達(dá)信號產(chǎn)生輕微影響，將此數(shù)值設(shè)定為預(yù)警門限，當(dāng)單次或連續(xù)多次震動幅度超預(yù)警門限時將產(chǎn)生預(yù)警提醒。

（2）當(dāng)震動幅度超過一定數(shù)值時，將對雷達(dá)信號產(chǎn)生嚴(yán)重影響，將此數(shù)值設(shè)定為告警門限，當(dāng)單次或連續(xù)多次震動幅度超過告警門限時將產(chǎn)生告警強(qiáng)提醒。

（3）如果馬達(dá)震動幅度并未達(dá)到預(yù)警和告警門限，但是震動幅度有升高的趨勢，此時也將產(chǎn)生預(yù)警提醒。

對于雷達(dá)馬達(dá)的表面溫度和聲音的分析結(jié)果也同樣可以設(shè)定告警門限，“智慧臺站”系統(tǒng)將3 種數(shù)據(jù)分析結(jié)果結(jié)合起來，使得維護(hù)人員對馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)有了更加精準(zhǔn)地預(yù)測。這就是“智慧臺站”基于大量數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析模型建立和預(yù)測功能所帶來的好處，通過這種分析，能夠?qū)崿F(xiàn)智能故障預(yù)測，指導(dǎo)預(yù)防性維修，評估設(shè)備的健康狀態(tài)，降低事故風(fēng)險，防患于未然。

“智慧臺站”中的圖像識別算法也對解決實(shí)際隱患有著強(qiáng)大的作用。例如在平常維護(hù)過程中對雷達(dá)天線大盤油位的檢查，是通過巡視時人工觀察大盤油位窗口的方式去判斷，而設(shè)備的油位告警也只有油位下降到指定門限時才會觸發(fā)，所以一般對油位的變化趨勢不會敏感。在“智慧臺站”中，在大盤油位觀察孔正前方和大盤下方部署高清微距攝像頭，通過圖像識別算法來監(jiān)測大盤油位的位置和判斷是否漏油。當(dāng)大盤下方有油漬出現(xiàn)時，此時大盤油位可能下降不明顯，“智慧臺站”系統(tǒng)將依然產(chǎn)生告警，并提示維護(hù)人員大盤某個位置存在漏油情況；當(dāng)監(jiān)測到大盤油位下降，但大盤下方無油漬出現(xiàn)時，“智慧臺站”系統(tǒng)將提醒維護(hù)人員此種情況可能屬于大盤轉(zhuǎn)動帶來的自然損耗，并非漏油導(dǎo)致的，這樣也保證了維護(hù)人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)問題并作出相應(yīng)處理。

5 結(jié)束語

在民航大力倡導(dǎo)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的今天，建設(shè)好“智慧臺站”，形成一個數(shù)據(jù)能監(jiān)控、可視化、信息化、可分析和能決策的智慧平臺，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)臺站全方位運(yùn)維智能管理模式，能夠提升運(yùn)行安全和效率，減少人員和運(yùn)維成本投入，提高外臺站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理能力，從而提升臺站運(yùn)行質(zhì)量、效能及數(shù)字化管理水平，解決傳統(tǒng)臺站管理模式下的低效率和安全隱患問題，是一套行之有效的方法，也必定是未來空管外臺站管理的必經(jīng)之路。