一種氣象電報輔助系統設計

張正東

摘 要：隨著民航事業的飛速發展，機場對氣象信息依賴性越來越強，現有航空氣象電報處理軟件效率不高。文章簡要論述了一種氣象電報輔助系統的方案構想和初步設計，著重論述了涉及到的相關技術。

關鍵詞：電報分析民航；輔助系統；設計

在民航領域，管制、情報、氣象等各個部門對電報的使用非常頻繁。目前，由青島藍波公司開發的16路電報處理系統廣泛地應用于民航飛行學院各個訓練機場，提供基礎的電報處理功能。但在日常操作中，氣象預報員需要根據報文提示及時發出航路氣象報（ROFOR），在每一整點拍發例行天氣報（METAR）。同時，預報員還要兼顧日常的天氣預報工作，在復雜天氣情況下易出現錯、漏、忘的情況。為解決這一現象，提高電報操作效率，本文提供一種電報輔助系統，可以根據報文的不同關鍵字，采用屏幕抖動或語音提示等手段提示預報員及時發送相應報文。

1 設計要求

1.1 可靠性

根據設備使用機場的實際情況，飛行訓練全天開展，對本輔助系統的平均故障時間間隔要求很長，因此需要具備非常高的可靠性。

1.2 時效性

該系統處理航空氣象報文，涉及機場天氣（METAR、TAF）和航路天氣報（ROFOR），和飛行訓練的指揮工作密切相關，因此要求本輔助系統能夠在短時間內及時處理收到的報文，如果未能及時處理會影響正常飛行計劃，甚至影響飛行安全。因此，本輔助系統需要具備即時處理能力。

1.3 開放性

本輔助系統為原有的藍波系統提供了一個開放的接口，后續可以根據該接口對報文進行更多更有效的操作處理，進一步減少人工操作，提高氣象報文處理效率和準確率。

1.4 簡易性

空管部門的專業氣象人員是本輔助系統的使用對象，該系統要求簡單易用，這樣才方便用戶快速上手使用本系統。

2 系統組成

按照上述需求，本輔助系統主要有以下幾個功能模塊組成：

2.1 參數設置模塊

該模塊實現定時提醒、關鍵字、提醒方式等參數的修改控制。

2.2 電報數據讀取模塊

該模塊在不影響主系統的情況下，實現對串口接收到的電報數據的讀取，并根據用戶設置提取關鍵字。

2.3 時間顯示模塊

本模塊實現在輔助系統界面上顯示日期及時間的功能。

2.4 觸發提醒模塊

該模塊按照用戶設定的方式，根據關鍵字、定時間隔實現提醒的功能。

3 關鍵技術

3.1 串口數據捕捉

報文實時提取是實現本系統的關鍵功能，現有電報系統中報文數據通過Modem解調后經DB9串口到終端電腦。常規編程中，串口一旦被占用，其他設備就無法再使用這個串口，串口硬件資源無法共享。要實現串口復用，常用的有兩種方法。一是通過硬件焊接實現復用。此方法主要修改電報Modem到終端電腦的數據線，將Modem輸出端公頭焊接引出另一根數據線接至電腦終端的另一個串口，當收到電報時，兩個串口同步接收，輔助系統和主系統各占一個串口，不形成沖突。二是利用虛擬串口軟件模擬復制出另一個串口，輔助系統調用虛擬串口實現數據收發。但方法一采用人工焊接，容易出現虛焊，有可能危害電報主系統數據穩定性，同時目前電腦主板只預留一個串口，如增加串口需要增加轉接板。方法二在實際使用中，常用的虛擬串口軟件并不能直接將某一實際串口接收到的數據同步復制到虛擬串口。在本輔助系統實現過程中，我們利用VxD（Virtual Device Driver，虛擬設備驅動）技術實現了這一功能。

VxD是微軟視窗操作系統里對各種硬件資源識別、管理、維護運作的擴展API接口，在Windows95版本中第一次提出。VxD和VMM（虛擬機管理器）一起工作，不可單獨調用。隨著版本迭代，Windows XP版本中使用了WDM（Win32 Driver Model）整合了VxD和VMM，成為微軟全新的驅動程序模式。本輔助系統運行在WIN XP系統下，故采用WDM模式實現串口數據復用。

3.2 報文關鍵字提取

中國民航航空固定格式電報網AFTN（Aeronautical Fixed Telecommunication Network 航空固定電信網）目前擔負著國內與國際航線的空中交通管制，飛行實時動態，航行航路氣象以及相關業務部門工作處理等的信息交換業務，是民用航空飛行安全、準點、高效和經濟運轉的有力保障。根據最新發布的文件《民用航空飛行動態固定電報格式》（MH/T 4007-2006），局方規范了AFTN報文格式的組成構架、關鍵字類型等相關內容，是AFTN報文拍發、解析的唯一標準。其中，電報種類用三個字母代號表示，具體代號說明如下圖：

PLN 飛行預報 COR 修訂飛行預報

ABS 取消重復與非重復性飛行預報 FPL 領航計劃報

CHG 修訂計劃報 CNL 取消領航計劃報

DEP 起飛報 ARR 落地報

DAL 延誤報 RTN 返航報

ALN 備降報 CPL 飛行變更報

EST 預計飛躍報 CDN 管制協調報

ACP 管制協調接收報 LAM 邏輯確認報

RQP 請求飛行計劃報 RQS 請求領航計劃補充信息報

SPL 領航計劃補充信息報 ALR 告警報

RCF 無線電通信失效報

圖1 電報種類

本輔助系統通過藍波電報網接入AFTN，根據不同來報類型對應提醒預報員發送相應報文，因此報文類型識別是系統設計重點。按照規范文件的要求，AFTN標準報文由報頭、報體組成。報頭包含發報部門、發報時間、接收部門、接收時間等基礎數據項，報體包含由固定格式組成的信息內容。據此，報文類型識別工作的主要任務就是：提取報文類型的關鍵字。

通常采用兩種數據提取方法。一是“定位分析法”，根據報文類型關鍵字在報文中特定位置這一特征來提取數據項。“定位分析法”需要以下兩個條件來提取數據項：數據項的起始位置和數據項的長度。“定位分析法”代碼思路簡單明確，代碼易于閱讀編譯，執行效率高。二是“正則分析法”，正則表達式是數學上的一種公式，通常是指一種格式或方程式去匹配一類字符串。按照局方AFTN報文規范，不同的數據項必須有區別于其他數據項的特征，我們通過觀察、數學分析，最終提取出各數據項的特征值或特征方程，通過正則表達式表現出來，然后在報文解析時調用此正則表達式尋找相應數據項，提取報文關鍵字。

報文在拍發、傳輸以及接收整個過程中受到的偶然因素影響較大，常常導致報文各個數據項的前后順序、字符長度發生交叉、錯誤，此時采用“定位分析法”提取關鍵字難度較大，甚至容易出現錯誤。“正則分析法”完全根據數據項的特征來提取數據項，故而即便數據項由于某種原因在原報文中出現不規則順序，利用“正則分析法”也能夠準確地將之提取出來，但是，準確分析出數據項的表達式比較困難，這一點是“正則分析法”的缺點。

“定位分析法”和“正則分析法”都能對AFTN報文進行有效解析，“定位分析法”執行效率較高，但網絡傳輸環境要求嚴格；“正則分析法”可用于相對較差的網絡傳輸環境，但執行效率比較低。由于項目所在機場氣象臺原有電報線路采用固定電話銅芯線傳輸數據，部分線路老化，環境差，故本系統采用“正則分析法”提取報文類型關鍵字。

4 可靠性分析

4.1 系統可靠性分析

（1）系統穩定性。電報的收發讀取工作是本輔助系統正常工作的先決條件，它決定了整個系統的可靠性。在設計方案中，此功能通過調用系統底層服務來實現，保證了電報讀取的可靠性，將系統的不穩定性降到最低。

（2）信號穩定性。根據所在機場實際情況，轉報系統是基于固定電話網絡構架建設的，電話信號的穩定性直接影響著系統的正常運轉。如果信號中斷或者斷續，影響到收發服務的正常工作，也會影響本輔助系統的使用。

（3）終端穩定性。終端包括處理終端電腦和調制解調器

（Modem），終端對整個系統的穩定性影響相對較小，不會影響報文的接收和數據的存儲，但是會影響到用戶收發報文。

4.2 提升可靠性的措施

（1）操作系統定時重啟，根據微軟公司的建議，這一點可有效減少系統假死的概率，若采用服務器版的操作系統，可靠性會更高。根據運行機場實際運行時間的要求，在程序中編寫一個自動重啟的模塊，設定在每日凌晨5點鐘時執行重啟操作。

（2）開發遙控程序，升級本系統，增加遠程提醒功能。本輔助系統本身可以不斷檢測系統的工作狀態，可以設置為出現特殊情況時發送遠程提醒，值班人員可以通過根據提醒內容及時采取處理措施。

（3）相關設備備份，例如Modem，相關線路也要備份，做到一主一備。

（4）配置不間斷電源（UPS）保障供電穩定。

5 結束語

本系統實現了自動、及時、準確地對航空氣象報文關鍵字的抓取，并根據對應關鍵字提示用戶進行相應操作，對目前的電報操作程序進行了簡化，解決了原先軟件中存在的一些缺陷，提高了工作效率，給用戶工作帶來了方便。另外，本系統采用模塊化編程設計，在以后的實際運行中，會隨著用戶的要求不斷的完善增加，滿足用戶的不同需求。相信隨著本系統的投入使用，預報人員的工作效率會進一步提升，成為適合相關單位使用的電報輔助提示系統。

參考文獻

[1]智俊平.中國民航AFTN報文解析方法探究[J].內蒙古科技與經濟，2011（09）：94-95.

[2]李宗琦.關于我國航空機務維修成本管理信息化的思考[J].計算機工程，2005（S1）：15-16+19.