廈門機場觀測數據顯示及查詢軟件的研發

王健治

文章編號：2095-6835（2016）17-0073-03

摘 要：為了更好地利用自動氣象探測設備開展航空氣象服務工作，以廈門機場的自動氣象觀測系統為例，結合氣象、通訊等專業的知識，運用計算機編程技術進行軟件開發，開發出一整套實用的自動觀測系統實時數據采集、入庫、顯示及查詢軟件。該軟件已經投入業務使用，能夠實時直觀地顯示數據，方便了用戶使用，提高了天氣監控效率，保障了飛行安全。該軟件簡單易用，適用對象廣，值得在全國機場推廣使用。

關鍵詞：廈門機場；民航氣象；軟件開發；自動觀測系統

中圖分類號：V351 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.073

根據《國際民用航空公約》附件3《國際航空氣象服務》要求：機場必須安裝測量或適當時，監視和遠程顯示地面風、能見度、跑道視程、云底高、氣溫、露點溫度以及氣壓的自動化設備，以幫助進近、著陸和起飛。自動氣象觀測系統（Automated Weather Observing Systems，簡稱AWOS）就是國內外機場最常見和最重要的自動探測設備。該設備投資巨大，動輒好幾百萬美元；而且該系統提供的跑道視程（Runway Visual Range，簡稱RVR）是機場運行標準的重要參數之一，與飛行安全息息相關。根據《航空器機場運行最低標準制定和實施規定》（中國民用航空局令第98號）第42條規定：當機場同時使用RVR和本場主導VIS時，并且同時存在RVR和本場主導VIS落地標準時，應將RVR作為航空器起降時能見距離的標準。在《觀測技術政策》第35條重點提到：加強觀測技術設備本地化應用研究。如何利用現有的探測設備實現更高效率的預警及預報，提高飛行保障裕度，成為民航氣象的研究課題。如何最大程度地用好自動氣象觀測系統，為航空飛行、空中管制、氣象運行等服務已經成為迫在眉睫的課題。本文著重介紹筆者基于廈門機場引進的芬蘭自動觀測系統MIDAS ⅳ所進行的軟件開發實踐。

1 自動觀測系統的組成及存在的問題

1.1 自動觀測系統的組成

自動氣象觀測系統（AWOS）是一套高精密的觀測設備，由探測模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、輸入輸出模塊等好幾部分組成，包括測量跑道視程、常規氣象要素、云和天氣現象等傳感器以及相應的監控和遠程顯示的集成自動化系統。現在的自動觀測系統基本上被芬蘭的VALSALA公司所壟斷，全世界目前有100多個國家使用該公司產品，我國大部分機場安裝的也是該公司的產品。由于引進時間的差異，存在版本的差異，但其從終端顯示界面、數據采集、傳輸方式等存在一脈相承的特性，存在的問題也是大同小異。

1.2 自動觀測系統存在的問題

2008年年初，廈門機場引進了芬蘭VALSALA公司生產的自動觀測系統MIDAS ⅳ。該系統繼承了早期自動觀測系統的某些特性，改進性能并增加了許多新的功能。但仍存在不少不足之處。

1.2.1 顯示方面的不足

顯示方面的不足主要體現在以下3方面：①顯示界面為全英文的，不直觀，看得很費勁；②某些數據輸出不規范，比如風速等沒有按照《民用航空行業標準民用航空氣象 第1部分：觀測和報告》的要求進行相應的取整處理，風向不是以10°為間隔的360方向度等；③重要要素，比如RVR的顯示不突出，無法做到一目了然，影響使用。

1.2.2 查詢數據不方便

查詢數據不方便主要體現在以下3方面：①沒有實用的數據庫，實時數據的存儲還是早期的類似文本的格式，只能通過終端去訪問歷史數據；②查詢數據很不方便，各個要素的存儲也是分開的，必須進入主機的歷史文件夾，再打開相應的文件調閱查詢，無法輸出；③數據只保存1年，超過1年自行覆蓋，數據無法長期保存。

1.2.3 顯示終端及輸出端口的不足

自動觀測系統安裝完成后，主機（CDU）上一般配有四五個顯示終端和三四個串行通訊輸出口。VALSALA公司為了其商業利益，對終端的數目和串行通訊口的個數進行了限制。當用戶多了以后，顯示終端及通訊端口往往不夠用。如何解決這些問題，成為擺在我們面前的難題。

2 解決辦法

通過現場調研我們發現，自動觀測系統安裝完成后，主機上一般配有三四個串行通訊口。這幾個串行通訊口是系統重要的輸出設備，可以輸出實時數據和報文等。系統型號不同，輸出格式也略有不同，一般是10 s發送一組實時數據，每小時發送一次自動METAR報。

設計思路：了解了自動觀測系統的實時數據輸出方式后，我們能不能通過接收串行口輸出的實時數據，按需求重新做一個新的直觀且實用的顯示界面，同時把歷史數據存儲成我們需要的數據格式，通過簡單的查詢動作實現我們所需要的查詢數據的功能，并且能把經過處理的數據按照一定的格式重新發送到任何一個新的終端上呢？

如果這樣的設想能夠實現，上文提到的系統存在的問題就可以迎刃而解了，而且不會影響系統的正常運行，終端數目也可以無限擴充了。

通過摸索和實踐，筆者發現，這種方法是可行的，而且所有的功能也是可以實現的。

3 軟件功能及實現方法

3.1 功能設計

功能：根據《民用機場氣象觀測資料處理系統技術規范》第十條：“機場氣象觀測資料處理系統應當具有實時采集自動氣象觀測設備測量的各種氣象要素的功能”和第十一條：“機場氣象觀測資料處理系統應當具有同步顯示自動氣象觀測設備測量的各種氣象要素的功能”。我們要開發的軟件應該具有實時采集和同步顯示自動觀測系統數據的功能。

具體設計：通過軟件編程，接收串行口輸出的實時數據，做一個中文版的實時數據顯示界面，同時把歷史數據存儲成通用的數據格式（例如簡單易用的ACCESSS數據庫），再通過SQL查詢語句實現我們需要的查詢功能，而且把經過處理過的規范的數據按照一定的格式通過網絡線或通訊端口送到任何一個新的終端上。

3.2 軟件實現

3.2.1 接收實時數據

在了解了自動觀測系統的工作原理及實時數據輸出方式后，就需要通過編程實現數據的讀取，筆者所采用的是微軟的軟件開發工具——VISUAL BASIC。VISUAL BASIC（簡稱VB）是微軟公司開發的一套編程工具，具備簡單易用，與WINDOWS操作系統兼容性好，功能極其強大等優點。

通過介紹我們知道，實時數據已經通過串行端口送出來了。要實現預期的功能，首先要把實時數據串完整而正確地接收下來。這就需要一定的串行通訊知識，比如波特率、數據位、奇偶校驗、停止位等?，F在的編程軟件已經高度集成化，可以調用現成的控件編程，只要輸入相應的參數就可以了。筆者用的就是VB的COMM通訊控件。COMM通訊控件提供了一系列標準通訊命令的使用界面。使用它可以建立與串行端口的連接，通過串行端口連接到其他通訊設備，對接收口等參數進行正確設置就可以了。當一切設置妥當，就可以讀出一組實時數據字符串。以下是筆者從系統串行通訊口讀出來的一串數據，系統為MIDAS ⅳ自動觀測系統，數據為10 s/次，可以使用VB的時鐘控件進行時間設置，控制每隔10 s讀取一次串口數據。

（MIDASDATACAAC 2009-03-20T06：04：10 8.30 5.20 8.30 6.94 4.00 10.60 7.11 90 88 128 101 80 126 104 4200 2100 0 1010.57 1012.64 -999 24.80 16.39 59.00 27.40 17.10///0 6558 1 100 0 4900 2100 19.80 7.70 10.90 9.22 6.90 11.40 9.28 109 97 120 109 95 121 107 8000 2100 0 1011.19 1012.64 -999 24.00 16.65 63.00 26.70 17.30 4931 PWSTART BR PWEND RWSTART///RWEND 4300 4200///ENDZSAM）

有了實時數據，我們就可以對它解讀，廠家一般會提供數據的輸出格式。前期的自動觀測系統的數據格式與后期的格式有較大不同——前期為字符定位，后期以空格分隔兼字符定位。需要注意的是，系統輸出的字符串有時候并不一定按其給出的格式輸出。這就需要我們進行辨別及糾錯處理，需要在程序中調用相應的字符串處理函數。這是一項需要耐心和細心的工作，還需要一定的處理字符串的能力。

3.2.2 建立顯示界面

通過編程建立一個實時數據顯示界面，把接收下來的實時數據字符串進行處理，取出有用的數據，把它顯示在界面上，按照數據的重要性及優先級進行顏色區分：對RVR用紅顏色突出顯示，10 min發報數據用藍色顯示，2 min、瞬時數據用綠色顯示，其余數據用黑色顯示，做到一目了然，清清楚楚。圖1即實時數據顯示界面。

3.2.3 建立數據庫

利用微軟（MICROSOFE，簡稱MS）的ACCESS 數據庫工具建立一個新的數據庫，考慮兼容各個機場的自動觀測系統，對所有可能輸出的數據都建立了數據字段保存。圖2即接收的實時數據入庫后的情況。

3.2.4 建立查詢界面

為了查詢方便，查詢界面的數據顯示排版采用和顯示界面同樣的樣式，只要在“日期時間”欄輸入正確的日期時間就可以進行相應的查詢。圖3即歷史數據查詢界面。當然，形成數據庫后，我們可以設計更加強大的數據庫查詢功能，這里不再贅述。

3.2.5 數據再輸出

將數據進行接收、顯示及入庫處理后，經過整理后的符合《民用航空氣象地面觀測規范》的數據可以通過網絡線或通訊端口進行再輸出。輸出格式可以根據用戶的需求進行定義。這時，接收的這臺計算機又相當于一臺數據服務器了，功能可以進一步擴展。

4 使用效果

該軟件于2012-01開發成功，在廈門機場投入使用。軟件的開發成功并投入使用，實現了預期的目標，填補了原配自動氣象觀測系統在數據顯示、存儲及查詢等方面的不足，取得了良好的效益。具體體現在以下幾方面：①方便了氣象觀測員和預報員直觀地讀取數據，進行發報、通報等服務工作；②作為自動觀測系統的備份顯示終端，在原配的顯示終端故障時，起到應急作用；③方便了氣象設備維護人員使用，可以實時監控氣象數據是否正常；④方便了管制員、航空公司等用戶的使用，可以直接獲取氣象觀測實時資料。

這項技術在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數據自動處理系統升級改造項目2007”中得到應用，在民航華東地區進行推廣和使用。

5 總結

本文介紹的是筆者通過自己的實踐和摸索，探索出來的一套通過自動讀取自動觀測系統串行通訊端口實時數據，對該數據進行規范化處理，并把實時數據顯示在中文版界面上、入庫保存及查詢的方法，并介紹了通過軟件編程將這種方法實現的具體過程。該軟件具有以下優點：①安全性高。這種讀取數據的方式不會影響自動觀測系統的主機運行，很安全。②適用性廣。適合在全國各個機場推廣使用，兼容自動氣象觀測系統和自動氣象站2種設備。③實用性強。由工作在一線的氣象觀測員開發，實用性強，與氣象業務契合度高。④簡單易用。可以提供給塔臺、航空公司等用戶使用，用戶使用門檻低。⑤可以擴展。前端和后端都留有接口。在取得實時數據并入庫后，我們還可以作進一步的軟件開發，比如嫁接或開發氣象觀測發報軟件；積累下來的實時數據資料還可以用來建立長期的氣象資料庫，進行氣象要素的統計及分析，為氣象預測和預報服務。這些后期開發應用已經在筆者參加的民航華東空管局“民航華東氣象觀測數據自動處理系統升級改造項目2007”和“民用航空氣候資料處理和服務系統2010”中得到實現。

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〔編輯：劉曉芳〕