氣壓報警系統的設計與實現

伊德日呼　代沁　智軍

摘 要：隨著民航氣象業務的不斷發展，各用戶單位對氣象服務的需求隨之增加，民航氣象地面觀測業務作為航空氣象工作的基礎，與飛行安全有著密切的關系。其中，地面觀測員提供給相關用戶單位的修正海平面氣壓值是影響飛行安全的重要氣象要素之一，《民用航空自動氣象觀測系統技術規范》第二十四條規定，當氣壓、氣溫等氣象要素發生異常變化或不符合規定要求時，系統應當自動產生聽覺和文字提示信息。為了符合自動氣象觀測系統技術規范相關要求，更好地服務于客戶，減輕觀測員工作壓力，提高工作效率，內蒙古空管分局氣象臺研發了氣壓報警系統，對不同氣壓傳感器測量的數據進行實時對比，當氣壓數據異常或者設備故障時，產生聽覺和文字提示信息。

關鍵詞：QNH；powerbuilder9.0；告警；自動觀測系統

1 概述

在飛機起飛、降落和空中飛行的各個階段都會受到氣象條件的影響，風、氣溫、氣壓都是影響飛行的重要氣象要素。飛機在高空飛行時是靠測量大氣壓力來獲得飛行高度數值的，這個高度也叫氣壓高度。飛行與氣壓的關系：地面觀測員提供給相關用戶單位的修正海平面氣壓值是影響飛行安全的重要氣象要素之一。

目前呼和浩特白塔國際機場地面觀測員提供給相關用戶單位的修正氣壓值主要有雙振筒氣壓儀、自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器（呼和浩特白塔機場自動觀測系統氣壓傳感器編號分別為08號、26號兩臺）。氣壓報警系統以powerbuilder9.0作為軟件開發平臺，自動讀取不同氣壓傳感器修正海平面氣壓值數據，對不同傳感器氣壓值進行實時對比顯示。本系統功能分為四個部分，即數據顯示、氣壓數據橫向對比報警、氣壓數據縱向對比報警及數據記錄功能。

1.1 數據顯示

實時顯示系統時間、自動觀測系統傳感器讀取時間、數據自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器及雙振筒氣壓傳感器修正海平面氣壓值。

1.2 氣壓數據橫向對比

對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當某一個傳感器的修正海壓值與另外兩個傳感器的修正海壓差值超過閾值時，則產生氣壓傳感器數據異常的文字提示并產生告警音樂，提示用戶檢查，告警持續到數據正常為止，同時把數據記錄下來。界面上還設計了靜音按鈕，用戶發現數據異常后通過此按鈕靜音。

1.3 氣壓數據縱向對比

對比每一臺儀器相鄰兩個整點修正海平面氣壓值，當其差值超過閾值時，則產生氣壓傳感器數據異常的文字提示并產生告警音樂，提示用戶檢查，氣壓差值小于閾值后提示文字自動消失，同時把數據記錄下來。

1.4 數據記錄與錯誤日志

氣壓報警系統每分鐘記錄一條修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值。系統錯誤日志記錄系統產生錯誤的時間及原因，以便用戶查詢。

2 總體方案設計

2.1 硬件方案設計

氣壓報警系統的硬件由MIDASIV自動觀測系統服務器、雙振筒氣壓儀、交換機、氣壓報警系統主機、串口線、網線等組成。

在氣壓報警系統中自動觀測系統服務器提供自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值。

太原市太航壓力測試科技有限公司生產的XDY-03型雙振筒氣壓儀是一種便攜式的壓力傳感器，本雙振筒氣壓儀實時顯示場面氣壓（QFE）及修正海平面氣壓數據（QNH），并且有串口數據通信功能。

氣壓報警系統通過串口與雙振筒氣壓儀數據通信，通過軟件讀取雙振筒氣壓儀場面氣壓數據，在氣壓報警系統內部進行換算得到雙振筒氣壓儀修正海平面氣壓值；通過交換機連接自動觀測系統服務器及氣壓報警系統主機，通過軟件讀取自動觀測系統服務器歷史數據打包文件，得到自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器修正海平面氣壓值（自動觀測系統服務器每分鐘存一次外場傳感器數據）。并實時顯示自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器及雙振筒氣壓傳感器的修正海平面氣壓值。圖1為氣壓報警系統硬件結構圖。

2.2 軟件方案設計

氣壓報警系統采用powerbuilder9.0作為軟件開發平臺，實時顯示雙振筒氣壓儀及自動氣象觀測系統跑道兩端傳感器數據；實時橫向對比雙振筒氣壓儀及自動氣象觀測系統跑道兩端傳感器數據；對每臺傳感器相鄰整點氣壓數據進行縱向對比；對傳感器數據、對比值及系統狀態進行實時記錄。氣壓報警系統界面效果如圖2所示：其中，北京時間是氣壓報警系統主機系統時間，世界時間是打包文件讀取時間，26QNH顯示自動觀測系統26號傳感器修正海平面氣壓值（跑道號可以修改，文章以呼和浩特白塔機場為例），08QNH顯示自動觀測系統08號傳感器修正海平面氣壓數據，修正海平面氣壓值有效數據為小數點后兩位數。

3 氣壓報警系統具體功能實現

3.1 讀取氣壓傳感器數據

3.1.1 讀取自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器數據

自動觀測系統服務器實時顯示外場各傳感器數據的同時每分鐘記錄一次傳感器數據，通過打包程序（已開發軟件）每分鐘讀取一次自動觀測系統各傳感器的歷史數據，并生成AWOSPKG.DAT打包文件，氣壓報警軟件通過網絡方式讀取自動觀測系統08號、26號氣壓傳感器數據及文件生成時間，本系統讀取的打包文件為如圖3所示。

讀取打包文件函數：

氣壓報警系統讀取自動觀測系統08號、26號氣壓傳感器數據時要定義讀取打包文件的函數，主程序通過調用函數讀取到圖3中帶下劃線的數據，也就是讀取到自動觀測系統08號跑道氣壓傳感器修正海平面氣壓值及自動觀測系統26號氣壓傳感器修正海平面氣壓值。軟件代碼如下：

3.1.2 讀取雙振筒氣壓儀數據

太原市太航壓力測試科技有限公司生產的XDY-03型雙振筒氣壓儀無主動串口輸出功能，通過串口發送“R”命令得到雙振筒氣壓儀場面（QFE）氣壓值，波特率為“2400、8、N、1”。通過QFE和QNH換算公式得到雙振筒氣壓儀修正海平面氣壓（QNH）值，場面氣壓及修正海平面氣壓換算公式（1）所示：

3.2 橫向對比告警功能

氣壓報警系統對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統08號、26號氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當其中一個傳感器計算的修正海壓值與另外兩個傳感器計算的修正海壓差值超過閾值時，則產生氣壓傳感器數據異常的提示并產生音樂告警，提示用戶檢查，告警持續到數據正常或者用戶靜音為止，同時把數據記錄下來。定義橫向對比函數，變了為s，返回值是s。橫向對比告警效果如圖5所示，軟件程序設計流程如圖4所示。

3.3 縱向對比功能

氣壓報警系統對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統08號、26號氣壓傳感器相鄰整點的修正海壓值（QNH）進行對比監控。當無天氣變化的情況下，相鄰兩個整點的修正海平面氣壓值變化不超過閾值，當有天氣變化的時候（比如鋒面過境或者降水）修正海平面氣壓值會突變，對比每一臺儀器相鄰兩個整點測得的修正海壓值，當其差值超過閾值時，產生音樂告警，并提示用戶檢查，提示直到差值小于閾值后消失。顯示界面如圖6所示。

3.4 系統附加功能

為了便于查看數據，氣壓報警系統自動記錄修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值，方便用戶查詢。為更好地判斷系統故障，本系統對遠程數據庫連接情況、串口數據線連接情況、雙振筒氣壓儀運行情況進行監控，當異常時及時告警，同時記錄其他系統故障原因。

本系統增加了“設置”和“幫助”菜單。通過“設置”菜單分別設置自動觀測系統傳感器編號、橫向對比閾值、縱向對比閾值和遠程服務器路徑。通過 “幫助”菜單分別查看系統日志和系統使用說明。當故障或者氣壓傳感器數據異常時，系統自動產生音樂告警，告警持續到系統正常或者數據對比值小于閾值。為了防止連續告警影響觀測員正常工作，系統界面上增加了“靜音”、“報警”二選一按鈕。當觀測員得知系統報警后，點擊“靜音”按鈕，停止報警。

4 結束語

氣壓報警系統實時讀取自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器修正海平面氣壓值。并實時顯示自動觀測跑道兩端氣壓傳感器、雙振筒氣壓傳感器的修正海平面氣壓值。對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當其某一個傳感器的修正海壓值與另外兩個傳感器的修正海壓差值超過閾值時，則產生氣壓傳感器數據異常的文字提示并產生告警音樂，提示用戶檢查，告警持續到數據正常為止，同時把數據記錄下來。對每一臺儀器相鄰兩個整點修正海平面氣壓值進行對比，當其差值超過閾值時，則產生氣壓傳感器數據異常的文字提示并產生告警音樂，提示用戶檢查，氣壓差值小于閾值后提示文字自動消失，同時把數據記錄下來。為更好的判斷系統故障，本系統記錄每分鐘生成一條修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值和系統錯誤日志，對遠程數據庫連接情況、串口數據線連接情況、雙振筒氣壓儀運行情況進行監控，當異常時及時告警，同時記錄其他系統故障原因。利用現有的系統數據和技術資源，不斷改善系統的運行環境和條件，按照用戶需求，可以對自動觀測系統其他氣象要素進行橫向對比并告警（如：溫度、濕度、能見度、跑道視程等）。氣壓報警系統升級為氣象要素報警系統。減輕工作人員勞動強度、降低運行成本。

參考文獻

[1]樊金生，等.PowerBuilder9.0實用教程[M].科技出版社，2004：35-48+215-219.

[2]鄭啟迪，周松建，王高翔.PowerBuilder 9.0 典型范例50講[M].北京希望電子出報社，2005：256-265.

[3]鄭阿奇.PowerBuilder 9.0使用教程（第四版）[M].電子工業出版社，2013：24-95+255-311.

[4]民用航空自動氣象觀測系統技術規范[S].中國民用航空局空管行業管理辦公室，2012：1-8.