自動氣象觀測系統(tǒng)傳感器連接方式的探討

閆知途

摘要：現(xiàn)行自動觀測設(shè)備多以采用RS485、RS2 32協(xié)議通過傳感器直接傳入下滑臺或臨近的PCM機，經(jīng)過接線柱、Port server等設(shè)備輸入到交換機，最后傳入自觀主機進行數(shù)據(jù)的處理與分發(fā)。該種形式無論是在線路的升級維護上，還是對線纜損壞的容錯率上都有很多明顯的缺點。然而通過采用新的光纖及相應(yīng)傳輸設(shè)備不但可以解決上述問題，還能在傳輸線路意外發(fā)生斷裂的情況下仍維持自觀設(shè)備的正常工作。

關(guān)鍵詞：氣象自動觀測系統(tǒng)；傳輸方式；改造

中圖分類號P4 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0042-02

隨著大型機場航班起落架次不斷提升，自動觀測系統(tǒng)在航班保障過程中起到越來越重要的作用。老式自動觀測系統(tǒng)在連接方式上過于繁瑣，容錯率低不利于升級維護等操作。為了解決這些弊端本文以實際機場為例，分別列舉了由光纖環(huán)構(gòu)成的連接幾種方式，以及成環(huán)連接所需的連接轉(zhuǎn)化設(shè)備。

1.氣象自動觀測系統(tǒng)的作用與現(xiàn)狀

1.1自動觀測系統(tǒng)在民航的作用

空中交通的保障水平是民航運輸生產(chǎn)的主要組成部分，隨著全國航空運輸業(yè)的擴大，各地的通用航空產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，導致航空運輸總量持續(xù)快速增長，從而對航空運行安全和航班正常率提出了更高的要求。其中氣象因素是影響飛行安全和正常的最不可控因素之一。如何安全、可靠地保證探測設(shè)備正常運行，成為民航安全保障的第一問題。

飛機在起飛、降落都過程中都會受到天氣要素的制約。例如，氣溫對飛機載重和滑跑距離產(chǎn)生的影響。飛機在飛行過程中需用地面所測氣壓值來校準氣壓高度表。風速、風向直接影響著飛機起飛降落的安全。而自動氣象觀測系統(tǒng)（wos）就是為空管、飛行機組等相關(guān)部門提供跑道能見度、風向風速、溫度、濕度、氣壓、云高、降雨量等與飛行有關(guān)氣象數(shù)據(jù)的重要系統(tǒng)。這些氣象數(shù)據(jù)需24h實時傳送到機組及管制部門，所以有效的保證自觀數(shù)據(jù)正常傳輸以及提高設(shè)備傳輸過程中的容錯率是非常必要的。

1.2傳統(tǒng)自動觀測系統(tǒng)傳感器連接方式

現(xiàn)行自觀設(shè)備多以RS485、RS232協(xié)議由傳感器直接傳入下滑臺或臨近的PcM機，經(jīng)過接線柱、Portserver等設(shè)備輸入到交換機，最后傳入白觀主機進行數(shù)據(jù)的處理與分發(fā)。可以看到整個傳輸過程繁瑣、復雜，中間環(huán)節(jié)較多且分散。需用到大量信號處理、轉(zhuǎn)換設(shè)備。并且白觀系統(tǒng)在每條跑道兩端及中間地帶均設(shè)有多種類型的傳感器，使得系統(tǒng)連接過程變得十分復雜，很難針對某一線路上的設(shè)備進行升級維護而不影響其他傳感器的正常工作。同時過多的中間環(huán)節(jié)不但容易發(fā)生故障，還增加了排查故障的時間。并且沒有冗余度，無法在發(fā)生傳輸線纜斷裂等突發(fā)情況下，保證自動觀測系統(tǒng)的正常使用。

2.自動觀測系統(tǒng)新型連接方式

2.1光纖連接方

如果能減少或者摒棄RS485、232以及PCM、接線柱等傳統(tǒng)的傳輸方法，改為采用光纖直接連接各傳感器，在借助相應(yīng)光通訊設(shè)施的前提下，可依據(jù)各機場運行等級設(shè)計連接鏈路。這樣不但能簡化整個傳輸過程，提高設(shè)備維護、故障排查的效率，還能加快數(shù)據(jù)的傳輸速率。并且傳感器間采用不同的連接方式，還可以在傳輸線路出現(xiàn)一到兩個甚至3個斷點的情況下，仍能保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。極大的提高了白觀系統(tǒng)在傳輸方面的容錯率。以下從白觀設(shè)備連接方式和必要的通訊設(shè)備兩方面，簡述自動觀測系統(tǒng)的光纖連接方式。

2.2必要的通訊設(shè)備

現(xiàn)行自動觀測系統(tǒng)傳感器信號的傳輸主要是以RS485、232協(xié)議為主，如果想采用新型的光纖連接方式，傳輸時就必需將這些從傳感器搜集來的原始數(shù)據(jù)信號整合、轉(zhuǎn)化成為光信號。而芬蘭VAISALA提供了一種通訊盒解決方案：將布置在每個通訊盒周圍的傳感器，通過RS485等接口協(xié)議，將探測數(shù)據(jù)引接到通訊盒內(nèi)對應(yīng)的連網(wǎng)服務(wù)器上。經(jīng)轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)由太口輸出，再通過網(wǎng)線連接至通訊盒內(nèi)的管理交換機，最終轉(zhuǎn)化為光信號，以光纖的形式與布置在跑道上的其他通訊盒構(gòu)成環(huán)形連接（見圖1）。同時每臺管理交換機還具備路由尋址功能，保證了數(shù)據(jù)在各通訊盒間擁有最優(yōu)的傳輸路徑。從而有效解決了信號轉(zhuǎn)化、傳輸?shù)膯栴}。極大的簡化了中間傳輸過程，并且為構(gòu)建環(huán)形鏈路提供了必要條件。

2.3光纖環(huán)路連接實例

鑒于自動觀測數(shù)據(jù)在機場運行中的作用，如果想在光纖傳輸鏈路意外出現(xiàn)斷點的情況下，仍保證數(shù)據(jù)的正常傳輸，使傳輸鏈路具有一定的容錯率，除了擁有上文提到的通訊盒外，還需將各通訊盒按特定的結(jié)構(gòu)連接。現(xiàn)以配備3條跑道的機場為例，列舉單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)的連接方式及其優(yōu)缺點。

考慮到各機場運行保障等級與資金的投入量，作為性價比最高的光纖單環(huán)連接方式，不但保證了傳輸線路的容錯率，還最大限度的節(jié)約了人力物力。

光纖單環(huán)的具體鏈接方式為：在每條跑道上配備5個通信盒，每個通信盒連接附近對應(yīng)的自動觀測傳感器，同時各通信盒以光纖互連形成閉合環(huán)路，最終將觀測數(shù)據(jù)傳到自觀系統(tǒng)主機位置。由于是閉合的單環(huán)路，所以該方式可以保證任何兩通訊盒間光纖斷開，白觀數(shù)據(jù)仍能正常尋址傳輸至主機。并且該方式光纖鋪設(shè)距離最短，節(jié)省開支及工作量。但缺點是整個環(huán)路任意兩通信盒之間只能存在一個斷點，若有兩個或者以上的斷點則會形成斷路，影響部分數(shù)據(jù)的傳輸。

為了解決環(huán)路只能存在一個斷點的弊端，可進行雙環(huán)模式連接。該模式最大的特點是在保證不增加其他設(shè)備的情況下，各通訊盒連接成兩個閉合環(huán)路。如果斷點同時發(fā)生在兩個環(huán)路上，各傳感器仍可正常傳輸。

但隨著國內(nèi)機場航班量不斷攀升，飛機起落間距越來越小，白觀數(shù)據(jù)實時傳輸性要求不斷提升。作為最保險的多環(huán)連接方式，雖然較前兩種方式實施起來略顯復雜，但可保證閉合環(huán)路在同時出現(xiàn)兩個斷點、以及部分環(huán)路出現(xiàn)3個斷點的情況下，各傳感器的探測數(shù)據(jù)仍能正常尋址傳輸至主機。

以上3種方式無論采取哪種，最主要的一點就是要構(gòu)成閉合的雙光纖環(huán)路。這樣才能利用通訊盒的自動選址能力，保證出現(xiàn)斷點時數(shù)據(jù)可以通過不同的路徑傳遞到白觀處理主機。

3.結(jié)論

通過采用光纖環(huán)路連接的方式，不但從技術(shù)上直接保證了白觀設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c穩(wěn)定。同時更少的中間環(huán)節(jié)也調(diào)高了機務(wù)人員對故障設(shè)備排查、維修的效率，從而間接的加強了設(shè)備的可靠性。隨著國內(nèi)各大機場航班量不斷飆升，飛機起落間隔越來越短，氣象要素對于風行安全的影響越來越明顯。自動觀測系統(tǒng)作為飛機起落的重要保證手段，為了保證其24小時不間斷運行，并在突發(fā)情況下保有一定的自我修復能力，新型連接方式、連接設(shè)備的運用顯然是十分必要的。