廣域網飛機動態監控系統的質量控制

權 赟

（西安歐亞學院 基礎部，西安 710065）

1 項目背景

飛機動態監視系統就是地空數據鏈地面應用系統的一個重要部分：通過空地數據鏈進行飛機飛行動態監視，有效解決了目前飛機起飛后，航空公司對其飛行情況知之甚少，甚至一無所知的情況；飛機飛行動態監視系統實現了飛機飛行全階段（包括飛行滑出機位前至滑入機位后）的狀態監視與空地雙向數據通信與服務。當前航空公司數據鏈的使用情況是：國內三大航空公司及其子公司都已安裝了地面處理系統，與網控中心通過專線進行連接，實現了地空數據鏈報文的地面傳輸，能夠對航空公司80%以上的飛機飛行動態進行時實的監控，并進行機務、簽派等日常事務處理。

2005年上半年開始，三家民營航空公司成功首航，民營航空公司走的是低成本路線，之后開始會有更多的小航空公司進入航空運輸市場。民航總局規定實施定期客運飛行的承運人必須具備獨立與空管部門的有效地空雙向通訊手段，同時可對飛機進行全場的航班運行監控。鑒于這種情況，小航空公司有自己特殊的情況，租用專用鏈路對于小航空公司來說代價太高，小航空公司趨向于使用廣域網對飛機實施動態監控。隨著小航空公司的不斷增多，他們迫切需要購買成本低、系統維護成本低、可靠性高、使用方便的飛機動態監控與雙向通訊系統，當前國外有類似產品（如ARINC的WEBASD，以及基于銥星數據通訊的Advances Track Mapping Web Service），現在還沒有進入中國。航空公司運行及控制部門需要隨時監控飛機的位置，并能夠與飛機進行通訊。飛機動態監控系統能夠滿足工作人員的需要，幫助他們高效的完成工作。

廣域網飛機動態系統的實現，將會有更大的應用前景。無論是在大航空公司還是小航空公司，還是機場、或者是空管單位，都能得到廣泛地應用，可為需要隨時隨地監控本公司飛機的航空公司管理人員提供專門的服務。

2 需求階段質量控制

2.1 GIS數據需求評審

首先，我們來關心地理信息系統的中心問題，檢查是否明確了系統數據的要求。

在飛機飛行監控系統里涉及三類數據，一類是動態的飛機信息；一類是動態的氣象圖片信息，包括云圖、霧圖；另一類是相對靜態的情報資料數據。在地圖上動態顯示的飛機位置、高度信息，是解析空地通信報文位置信息的結果，而報文的獲得是通過WebService與ACARS網關連接，實時收取報文來實現的。動態的云圖是氣象中心時實發布給航空公司用戶的，用戶將開放一個FTP文件服務端口，供本系統專門獲取氣象資料。情報資料的顯示、是通過讀取本地情報數據來實現的，要求在系統服務端具有情報資料編輯功能，同時能夠通過WebService對本地情報數據進行同步更新。在本系統中，空間對象有三類：點、線、面。如航路點，飛機的動態位置點；國內航線，海岸線；扇區，限制區，情報區等。其中，線可看作是特殊的起、始點重合的面類型，在設計數據存儲結構時可以考慮用同一種表示方法。

評審意見：從需求分析的結果來看，對數據的分析比較清楚，并且反應了系統實際數據的要求。

2.2 功能需求評審

只有解決了系統“做什么”的關鍵問題，才可能為用戶做出量體裁衣的系統，否則系統就會偏離用戶期望。此階段質量控制的內容主要是對需求進行確認，是否與用戶期望相符。

評審意見：從系統需求簡述來看，從功能及性能兩方面描述了用戶的需求，體現了軟件需求質量特性的要求。如功能性，對系統要實現的功能進行了全面、詳細的說明；可靠性：在用戶權限管理和WEB服務中均有體現；可維護性，則是通過提供智能客戶端來實現的；可使用性；通過提出人性化的地圖操作來實現。

3 設計階段質量控制

本階段監理方應監督和協助承建方進行軟件設計活動，同時對總體設計、詳細設計的結果進行審核，對設計階段的風險進行識別和預警。

3.1 系統架構設計

系統采用客戶端/服務器（client/server）模式，客戶端通過調用服務器對外接口獲取和處理數據?？蛻舳藶橛脩籼峁┝擞押玫牟僮鹘缑?，通過使用服務器的服務實現對飛機的實時監控。服務器端提供了報文的收發、報文拆分、程序更新維護、Web Service服務、數據存儲等功能，是整個系統的核心，承擔了為所有客戶端提供服務的任務。

圖1 系統總體結構

從飛機信息的流程來看，實時的飛機通信報文經過網關接收到報文處理服務子系統，對處理后報文的拆分結果進行入庫，客戶端飛行動態顯示系統通過WEB服務實時獲取飛機當前最近報文，提取報文中與位置相關的信息，在地圖上顯示其位置和高度。從情報資料信息來看，是由飛行動態顯示系統讀取本地文件來實現顯示；當后臺地圖更新了情報資料后，智通客戶端會自動檢測到更新，并自動更新本地文件，并在飛行動態顯示系統中進行顯示。

3.2 地圖顯示設計評審

在本系統中，地圖的顯示邏輯比較復雜，一方面要顯示不同類型的數據，另外，要對用戶的各種請求進行響應，同時還要對各類消息進行處理，及時刷新顯示。因此，對本系統而言，如何設計用戶界面的顯示是一個值得可慮的問題。這里，系統在對地圖顯示的設計進行了謹慎的考慮，使用MVC設計模式，有效地解決了用戶界面邏輯混亂的問題。

圖2 地圖顯示設計原理

飛行動態顯示子系統從設計上看，分為三個部分，即數據部分、運行控制部分和顯示部分。三部分的關系的作用如圖2所示。這三個部分的區分，在代碼中區分的并不是特別明顯，它是編寫代碼時的一個思路，所有的功能模塊都要按照這個思路進行程序設計的。舉一個簡單的例子，地圖的移動，設計過程是這樣的：地圖顯示（V）從數據部分（M）讀入所需的數據，在這些數據中會包含一個全局的結構變量，記錄了地圖當前中心點的相關數據，顯示部分（V）根據中心點的值決定地圖的顯示位置。地圖移動時，用戶拖動鼠標產生了dx，dy的偏移，控制部分（C）得到這個偏移，改變全局變量值，然后通知顯示部分（V）需要重新畫顯示表面，于是地圖的移動效果就產生了。

3.3 通信設計評審

報文處理是后臺服務的核心系統部分，由多個模塊組成，負責報文的傳輸、拆分和保存。結構如圖3所示。

圖3 報文處理系統結構

其中，網關、通訊服務器、PC報文處理系統復用已有程序，數據服務器程序用來處理廣域網飛機動態監控系統的特殊數據要求。數據服務器與通訊服務器相連，實現飛機實時數據的收發，使用消息隊列接收WebService上發的數據，自身收到的數據存入數據庫，以便用戶隨時使用。使用消息隊列進行后臺進程間的通信，能夠快速、安全地發送消息。消息隊列還能夠在網絡出現問題或者服務器重新啟動的時候自動緩存消息，所以在后臺使用消息隊列可保證系統的穩定與高效。另外，這里使用MSMQ的最大優點就是B/S程序可以很容易地使用MSMQ對象。

評審意見：使用消息隊列進行后臺進程間的通信，能夠快速、安全地發送消息。但報文處理是后臺服務的核心系統部分，在設計時并沒有考慮負載平衡的問題。如果單應用程序無法滿足報文流量的要求時，系統將會出現隱患。

監理建議：在原有設計基礎之上，可以通過開多個應用程序來偵聽同一個消息隊列的方式來實現負載平衡。消息隊列可以保證隊列中的消息以先進先出的機制平均分配到各個接收消息的終端中去。而且，假如某一個接收消息的終端出現問題，不會影響到其他的終端。使用MSMQ來實現負載平衡的優點首先是實現方便，基本上不用為負載平衡編寫什么代碼，而且支持在系統運行時動態地增加和減少終端的數量，即使所有的終端全部都處于不可用狀態，系統仍然會為終端緩存報文，從而保證報文不會丟失。

3.4 W eb Service設計評審

本系統的服務能力主要取決于網絡速度以及Web Service的最大負載。用戶的網絡速度可以建議用戶使用較高帶寬的網絡解決，而且費用很低。Web Service的負載能力主要取決于業務邏輯層的處理能力，Web Service的客戶支持能力是很強的，對于飛機動態監控系統這種專業應用，連接用戶數完全可以滿足需要。提高業務邏輯層的處理能力可以使用服務器集群的方式，將不同類型的業務放到不同的服務器上運行，可以大大提高Web Service的服務能力。

Web Service客戶端升級服務保存了最新的程序文件和數據文件，用戶通過比較版本信息，獲取最新的文件替換本地文件，Web Service服務就是向用戶提供了版本比較和文件下載的方法。

智能客戶端提供了簡單、可靠以及安全的部署方案?？蛻舳说陌姹靖掠上到y自動實現。當智能客戶端程序處于在線狀態啟動時，會自動檢測服務器端的組件是否更新，如果更新的話，則會自動從服務器端下載到用戶本地中。客戶端對用戶密碼采用DES對稱加密，密文與用戶名相關，保證了不同用戶即使采用了相同密碼也會產生不同的密文。密文采用了兩個密鑰進行加密，對于保存在數據庫和本地的密文使用一個密鑰，在網絡或內存中傳輸的密文采用了另一密鑰，防止非法用戶直接使用本地密文進行網絡登錄的不法行為。

3.5 數據庫設計評審

系統要求電子地圖占用資源盡量少，實時性強；要求屏幕刷新速度快，屏幕不能有閃爍，對空間對象數據的訪問速度要求很高?？紤]到系統中地理數據量相對較少，因此采用文件形式按照不同對象類型和顯示圖來組織和存儲相對固定的地圖數據有利于提高系統的運行性能。在系統啟動時，可將地理數據文件全部讀入內存，提高地圖刷新速度。對于存放在oracle數據庫中的飛機報文信息，在每一條報文信息中，分別存放飛機的經度、緯度信息及高度信息。由監控程序獲取數據并顯示。飛機報文量大，用數據庫的方式統一存放在服務端，并提供給用戶歷史記錄查詢的功能。

系統使用分區表進行報文的存儲是非常明智的作法，可以大大提高數據庫性能。使用分區表的優點在于：

1）增強可用性：如果表的某個分區出現故障，表在其他分區的數據仍然可用；

2）維護方便：如果表的某個分區出現故障，需要修復數據，只修復該分區即可；

3）均衡I/O：可以把不同的分區映射到磁盤以平衡I/O，改善整個系統性能；

4）改善查詢性能：對分區對象的查詢可以僅搜索自己關心的分區，提高檢索速度。而最主要的優點則是，對分區表進行操作與其它表是一樣的，因此，不必擔心使用了新的技術而增加數據庫開發及維護的難度。

4 結論

本文運用監理質量控制方法對廣域網飛機動態監控系統嚴格按照監理質量控制框架，充分展現了監理質量控制的思路和具體實施方法，取到了良好的質量控制效果。

從航空事業發展的現狀來看，空中交通地理信息系統將在未來幾年取得更為廣泛的應用。該套理論體系能否在以后的系統建設中發揮作用，值得期待。我國計劃用15～20年的時間，建成新一代航行系統。在新系統中將同時使用ADS和雷達兩種監視手段進行監視。如何利用現有的資源和系統，運用最先進的、最適用于本領域的技術開發出可靠性強、易維護、可擴展的新系統，是承建方、監理方都值得思考的問題，也是共同推進這一領域地理信息系統的應用研究與發展的源動力。

[1] 王明軍.面向對象技術在空管地理信息系統中的應用[J],中國民航飛行學院學報.2004(3).

[2] 陸守一.地理信息系統[M], 高等教育出版社.