機場自觀QNH值實時監控告警系統的設計與應用

田星

摘 要 為了解決機場自動氣象觀測系統中的QNH值常常出現的誤報漏報等現象，本文設計了一套QNH值實時監控告警系統。該系統利用RS-232串口通訊分別收集跑道數據和振筒氣壓儀數據，實時判斷QNH差值是否正常，并在手機客戶端顯示監控狀態。通過一定時間的測試，驗證了該系統的可靠性。

【關鍵詞】QNH值 監控告警 RS-232 app客戶端

1 背景介紹

修正海平面氣壓（QNH）是機場自動觀測系統中非常重要的探測資料，是航空器著陸時的重要參考數據。世界民航空難史里，許多災難是因為氣壓數據的誤差而導致的。因此，QNH值的準確性將直接影響到飛行安全，涉及到無數乘客的生命財產安全。

通常，QNH值是由位于跑道附近的傳感器采集的氣壓原始數據經過機房服務器程序修正而得到的。為了解決自觀數據QNH值出現的誤報漏報等現象，實現自我監控等功能，本文設計了一套QNH值實時監控告警系統。該系統如圖1所示，分為三部分：數據采集單元、數據處理單元、數據顯示單元。

2 數據采集單元

數據采集單元負責機場QNH值和振筒氣壓儀QNH值的采集和傳輸。

機場原始機場QNH值可由自觀機房服務器提供，服務器可利用RS-232串口定時輸出含有QNH值的報文，通過格式解析即可獲取。

振筒氣壓儀QNH值由XDY-03型雙振筒氣壓儀獲取。該氣壓儀是以兩只振筒壓力傳感器為基礎，高性能單片微處理器為核心的數字化智能儀器，具有測量準確度高、可靠性好等優點，基于RS-232串口可與計算機等設備連接通訊。

獲取QNH值的口令為“r”，而該QNH值只能代表氣壓儀所在地點的QFE值，不能直接對比計算。為了保證氣壓儀數據的準確性，每隔半年送回廠家做儀器校準。

3 數據處理單元

數據處理單元負責與數據采集單元通訊，計算對比QNH值，生成監控信息，存儲原始數據，以及對數據顯示單元開放端口推送數據。該單元所有功能由一臺服務器承擔完成。

服務器程序設計流程：

（1）程序啟動后，判斷用戶界面輸入的參數。若參數無誤，則啟動任務線程。

（2）程序開始從指定的串口讀取原始數據，添加時間戳，保存在本地，以便發生故障時查詢分析。

（3）根據特定格式，程序分別提取機場QNH值和振筒氣壓儀QNH值。

（4）修正同化QNH值，計算判斷，生成監控信息。

（5）響應手機客戶端的socket連接請求，實時發布監控信息。

參數設置。自觀系統的port server的串口參數為：9600，N，8，1。振筒氣壓儀的串口參數為：2400，N，8，1；XDY-03型雙振筒氣壓儀只能提供QFE值，需要乘以系數才能換算成QNH值，該系數默認為1.003；設置發送“r”命令的間隔時間，默認為30秒；設置QNH值的合理上下限范圍；設置兩個QNH值的差值預警閾值。

參數配置完成，點擊運行按鍵，程序啟動，同時后臺將啟動兩條線程。

線程1：

用于接受兩個串口數據，分析格式，提取修正QNH值，判斷QNH值是否有效，計算QNH的差值，生成監控信息，發送給線程2；每條串口數據，保存在磁盤日志，如圖4所示；經過計算和判斷后生成的三類信息：數據丟失告警、差值過大告警、數據正常。

線程2：

用于開放對外服務端口（該系統默認值為9010）和手機客戶端建立socket連接，并實時發送最新的監控信息。為了減小服務器的壓力，該系統將socket連接對象上限設為10。每隔5分鐘，該線程向各個客戶端發送詢問消息，若對方無回執，則在socket列表里剔除該對象，回收資源。

4 數據顯示單元

數據顯示單元負責與服務器通訊，顯示實時監控信息，發出告警信息。該系統基于安卓4.0版本開發了手機客戶端。當手機和服務器都處于同一局域網內便可訪問實時數據和獲取監控信息。

當客戶端接受到含有數據丟失告警和差值過大告警的監控信息后，手機會彈出置頂提示信息提醒用戶注意。在客戶端界面上，黃色表示數據丟失告警，紅色表示差值過大告警，綠色表示正常。

5 測試驗證

該系統在開發調試完成后，經過了3個月的測試驗證。其中，發現了一些問題，并及時解決，完善了整個系統。整個測試過程中，出現了程序BUG、串口松動、通訊線路故障等問題。其中多數問題是因為編寫的程序中有BUG而導致的。通過一定時間調試后，系統趨于穩定，在業務應用中逐漸發揮作用。如，6月一次振筒氣壓儀出現故障，系統成功發出告警，使值班人員及時發現和排除了故障。

6 總結

本文設計的機場自動氣象觀測站QNH值實時監控告警系統，采用數據對比方式，在手機客戶端聯網顯示，并實現了對機場跑道QNH值的實時監控與告警功能。系統通過長時間的測試驗證了其可靠性，降低了QNH值誤報漏報的故障率，并在業務運行中逐漸應用開來，提高了安全生產效益。

參考文獻

[1]林銳，韓永泉.高質量程序設計指南：C++/C語言.（第3版）[M].電子工業出版社，2012（412）.

[2][民用航空氣象 第9部分：自動氣象觀測系統數據輸出格式][Z].中國空中交通管理局，2011.MH/T 4016.9-2011.

作者單位

1.中國民用航空西南地區空中交通空管局氣象中心 四川省成都市 610225

2. 中國民用航空華北地區空中交通空管局氣象中心 北京市 100621