關鍵詞：氣壓；數(shù)據(jù)對比；自動氣象觀測系統(tǒng)

0 引言

修正海平面氣壓（QNH） 是指將場面氣壓按照標準大氣條件修正到平均海平面的氣壓值。航空器在起飛或著陸階段需要準確的跑道面高度信息，該信息可通過航空器高度表指示的氣壓高度減去QNH計算得出[1]。如果QNH不正確，航空器將無法獲得準確的跑道面高度信息，這可能導致提前接地或高度過高而無法降落等安全風險[2]。在嚴重情況下，甚至可能發(fā)生航空器撞山、撞地或沖出跑道等安全事故，造成人員傷亡和財產損失。為確保提供準確的場面氣壓數(shù)據(jù)，空管領域采取了“人防”和“技防”措施，其中“技防”主要依靠氣壓對比軟件來監(jiān)視氣壓數(shù)據(jù)[3]。

MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款廣泛應用于民航空管領域的自動氣象觀測系統(tǒng)，能夠測量、處理并提供跑道周邊的氣象要素信息。MIDAS IV系統(tǒng)具有豐富的配置文件和良好的可擴展性，本文通過擴展其配置文件，設計了一種新的氣壓數(shù)據(jù)對比方法，能夠在數(shù)據(jù)差異過大時及時發(fā)出告警。

1 系統(tǒng)架構與配置文件簡介

自動氣象觀測系統(tǒng)[4]是VAISALA公司設計的一款基于遠程對象體系結構的氣象要素探測與處理系統(tǒng)，由服務和對象兩部分組成，每個功能可由一個或多個服務實現(xiàn)，對象由服務生成并用于存儲數(shù)據(jù)。MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款自動氣象觀測系統(tǒng)，該系統(tǒng)有多種配置文件[5]，用于存儲系統(tǒng)運行所需的參數(shù)，例如傳感器數(shù)據(jù)格式、氣象要素計算方法和網(wǎng)絡配置等。本文通過擴展配置文件實現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)對比與預警，相關配置文件簡介如下：

1） Sensors.ini文件用于配置傳感器基本信息，定義傳感器的傳輸線路、驗證方式、工作模式和消息格式等；

2） Message.ini文件用于解析傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按獲取時間、獲取頻次、消息頭域和消息尾域等內容進行劃分拆解；

3） Ports.ini文件定義了網(wǎng)絡配置信息，用于傳感器與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)；

4） Eval_srv.ini文件用于自定義數(shù)值運算與邏輯判斷；

5） Listalert.ini文件用于制作警告消息；

6） Av_alarms.ini文件用于將警告信息與系統(tǒng)顯示控件關聯(lián)，實現(xiàn)告警顯示功能。

2 氣壓對比的方法設計

本機場使用兩套自動氣象觀測系統(tǒng)探測跑道周邊的氣象要素信息，跑道同端的氣壓數(shù)據(jù)由位于不同位置的傳感器測量獲取。由于環(huán)境和設備差異等因素，測量結果可能存在細微差異，但過大的差異則表明數(shù)據(jù)可能存在錯誤，且無法確定失效的傳感器。為及時識別錯誤的氣壓數(shù)據(jù)，快速識別出失效的傳感器，本文在現(xiàn)有氣壓數(shù)據(jù)的基礎上，通過擴展Sensors.ini和Message.ini配置文件，引入振筒式氣壓儀作為第三個數(shù)據(jù)源，并將測量數(shù)據(jù)輸入MIDAS IV系統(tǒng)，再配置Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件，實現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)對比和異常數(shù)據(jù)告警功能。

2.1 振筒式氣壓儀數(shù)據(jù)的接入方法

振筒氣壓儀是一種測量氣壓的傳感器，當傳感器接收到系統(tǒng)發(fā)出的查詢命令時會返回一組氣壓數(shù)據(jù)，這種工作模式稱為輪詢模式。首先需要通過配置Sensors.ini使MIDAS IV系統(tǒng)能夠識別振筒氣壓傳感器。在Sensors.ini文件中，字段TYPE用于定義傳感器類型，此字段設置為Generic表示振筒氣壓傳感器屬于通用類傳感器；字段COMMUNICATION_MODE 用于定義傳感器的工作方式，標識4表示傳感器工作方式為輪詢模式；字段COMMUNICATION_ID定義了振筒氣壓傳感器與系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡參數(shù)；字段ITEMS、ITEM_1和FORMAT_1用于存儲振筒氣壓傳感器返回的氣壓數(shù)據(jù)。Sensors.ini配置如下。

Message. ini 配置如下，其中字段MESSAGE_HEADER和MESSAGE_TAIL分別定義了振筒氣壓數(shù)據(jù)的消息頭和消息尾，字段POLL_STRING定義了輪詢命令，每當振筒氣壓儀收到輪詢命令R時，會返回一個格式為PAINS 的消息。字段FIELD_COUNT 和FIELD_11Ucr8Lxv1PUFChFSjWlS5Q== 定義了數(shù)據(jù)的長度和內容，MIDAS IV系統(tǒng)根據(jù)Message.ini配置文件對消息進行解析，并用于后續(xù)的計算。

2.2 氣壓數(shù)據(jù)差值的計算

通過修改Eval_srv.ini文件實現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)的差值計算。其中FIELD1_EVAL 至FIELD3_EVAL 分別存儲3源氣壓傳感器測量的氣壓數(shù)據(jù)，對3組氣壓數(shù)據(jù)任意兩組做減法，得到的差值存儲到FIELD4_EVAL 至FIELD6_EVAL中。

2.3 告警實現(xiàn)方法

首先根據(jù)行業(yè)標準確定氣壓差值的閾值。當Eval_srv.ini文件中計算得到的氣壓差值超過閾值時，判定傳感器數(shù)據(jù)存在差異，生成告警信息并在顯示終端軟件中發(fā)出告警提示。通過配置Listalert.ini 和Av_alarms.ini文件實現(xiàn)告警提示功能，配置方法如下。

上述內容為1 組數(shù)據(jù)對比實現(xiàn)方法，字段LIST_OBJECT_NAME和LIST_ITEM_NAME用于指定需要進行判斷的數(shù)據(jù)差值，字段HIGH_LIMIT 和LOW_LIMIT指定了數(shù)據(jù)差異的上限和下限，其他兩組數(shù)據(jù)對比配置與上述內容基本相同。

在Av_alarms.ini 文件中，將字段COMPONENT_NAME賦值為控件名稱，字段ALARMSET_ID賦值為Listalert.ini中定義的告警信息編號，實現(xiàn)控件與告警信息的關聯(lián)。

3 實驗結果

為驗證方法的有效性，模擬向MIDAS IV系統(tǒng)同時發(fā)送3組氣壓數(shù)據(jù)，用于驗證系統(tǒng)解析數(shù)據(jù)和判斷數(shù)據(jù)差異的準確性。圖1為數(shù)據(jù)解析與差異判斷的結果，其中ZHENTONG_PRESS表示系統(tǒng)解析振筒氣壓傳感器后得到的氣壓數(shù)據(jù)，DETA1、DETA2和DETA3 表示不同傳感器之間的氣壓差值。實驗結果表明，系統(tǒng)能夠解析振筒氣壓傳感器的氣壓數(shù)據(jù)，能夠計算不同氣壓之間的差值。圖2為數(shù)據(jù)對比顯示與告警提示信息，當氣壓差值超過閾值時，終端顯示軟件會自動發(fā)出告警信息，并標出觸發(fā)告警的數(shù)據(jù)源。

4 總結

為實現(xiàn)氣壓對比功能，本文提出了一種基于MIDAS IV系統(tǒng)的氣壓對比新方法。通過擴展Sensors.ini和Message.ini文件成功接入振筒氣壓數(shù)據(jù)，為判斷失效數(shù)據(jù)奠定了基礎。在Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件中定義了三源氣壓數(shù)據(jù)對比方式和判斷數(shù)據(jù)差異過大的閾值。當氣壓數(shù)據(jù)超過閾值時，系統(tǒng)自動生成告警信息并提示。最后通過實驗驗證了該方法的有效性和準確性。