民航氣象觀測培訓模擬系統的設計與應用

鮑凌宇 楊明

摘 要：為了切實提高觀測從業人員的業務水平，強化典型復雜天氣和突發情況的保障訓練，提高觀測員的良好心理素質和應急處置能力。依托現有培訓形式與資源，根據民航氣象觀測業務規范與標準，開發了用于民航氣象觀測業務培訓的系統平臺，該系統能夠進行場景數據圖像模擬，從而實現觀測業務模擬培訓，同時能夠實現案例演示與理論測試培訓，研發完成后，系統在崗位人員培訓中取得了良好的效果。該系統投入小、安裝快、易操作，因此在民航氣象領域內極具推廣使用價值。

關鍵詞：民航氣象觀測；培訓模擬；系統

1引言

民航氣象觀測是航空氣象的基礎。觀測工作質量的高低，與飛行安全密切相關，準確發布實況報文和及時通報天氣是管制科學指揮重要決策依據。因此，提高觀測人員的業務水平尤為重要。目前現有的觀測業務培訓缺乏一套系統完整的業務培訓模擬平臺，并且存在以下局限：1）復雜天氣的出現具有隨機性，觀測員跟班或值班期間不一定都能遇到，一旦真正遇到特殊情況時就會手足無措，影響飛行安全；2）試卷考核對觀測員業務規范的掌握具有較好的檢查效果，但不能較好地測試觀測員 “身臨其境”的情況下的心理素質和應對情況，也不能完整再現觀測保障工作的準確及時性。

綜上所述，結合民航氣象觀測的業務運行實際和發展需求，該系統的開發具有很強的重要性、緊迫性和適用性。該系統模擬各種復雜、罕見天氣條件，模擬業務操作。同時該系統還具備模擬執照考試等功能，能夠提高觀測業務培訓的系統性和高效性。空管系統管制專業早已擁有自己的模擬機系統，民航氣象臺站還沒有一套屬于自己的模擬系統用于觀測業務學習和培訓。因此，設計開發氣象觀測業務模擬系統是氣象業務培訓的一大創新，能提升氣象觀測從業人員的綜合能力，對飛行安全有很好的促進作用。

2 民航氣象觀測培訓模擬系統軟件概述

民航氣象在民航領域中的作用非常重要，合理的利用現代化信息技術對于民航氣象的發展尤為重要，能給日常飛行業務帶來極大的便利。

軟件開發均在Windows操作系統上進行，依托計算機處理技術在.net環境下開發，能夠很好的在Windows平臺下運行。程序主要基于面向對象編程語言開發，SQL數據庫支持，采用MVC架構，WEBAPI服務形式，以及C/S的框架搭建。從而實現以下功能：1）能夠建立一個提供天氣要素數據、模擬聲音、圖像以及各種特情應急事件的模擬場景，使得場景能夠按照時間順序發生，讓軟件使用者可以真實感受觀測業務中的各種特情應急場景；2）可以隨意增加或編輯特殊天氣及特情事件數據作為模擬環境，訓練觀測的業務能力和應急處理能力；3）能夠完成觀測業務知識和執照題庫的錄入，存儲，選題并生成執照試題及答案供觀測員學習考核。[1]

3 軟件總體設計

3.1設計原則

1）可移植原則：在進行系統功能設計時，還要充分考慮將來可能進行的推廣，因此為了隨時增加模擬試題，系統對模擬測試數據的處理采用簡潔的EXCEL模式和讀取AWOS的History數據，方便編輯，存儲；

2）安全性原則：系統在設計和開發過程中考慮安全性，對于數據的處理和存儲均采用封閉形式，各類用戶權限明確，均需登陸后操作；

3）一致性和完整性：一致性是指系統中數據編碼、采集、信息通信要具備一致性設計規范應標準，完整性是指系統作為一個統一的整體而存在，系統功能應盡量完整。

3.2架構圖

軟件主要分為服務端、客戶端和數據庫三大部分：

服務端：主要用于數據結構創建與維護，數據通信服務。

客戶端（學生端、教師端）：學生端可以向服務端索取數據，實現天氣與特情模擬、案例演示以及理論測評操作。教師端可以進行原始數據的訪問、修改及存儲，設置基礎配置，完成天氣與特情模擬、案例演示以及理論測評的數據處理及操作。

數據庫：采用Code First技術，提供了開放、可靠及易用的數據庫，維護人員能夠方便快捷的控制、更改數據庫信息。

系統運行中客戶端主要完成用戶操作及數據錄入與訪問，而服務端完成數據結構維護，數據通信處理，其運行框架（如圖1）。

服務端與客戶端交互及通信設計（如圖2）所示，數據庫端使用SQLSERVER 2008R2搭建數據庫服務，WEBAPI使用Entity Framework技術與數據庫進行數據交互，同時為了提高開發效率與減少工作量，利用CODE FIRST技術對數據庫進行管理和維護。系統采用JSON格式數據傳輸，有效的提高數據傳輸效率，字符串形式的JSON格式數據也更有利于MVC架構。客戶端則使用HTTP REQUEST與服務端進行通信，為了保障開發與測試的效率，本架構中使用了SWAGGER部署管理工具，該工具可根據符合RESTful規范的WABAPI接口自動生成說明文檔與測試服務。

4 軟件的實現

4.1天氣與特情模擬

天氣與特情處理界面（如圖3），該界面中也將例行天氣報告、特殊天氣報告、天氣通報及演變記錄等實際業務保障過程中出現的操作按流程包含在內，主要包括兩個窗口：

1）模擬操作窗口：模擬觀測員發布各類氣象報文并查詢報文的內容、發送時間等信息，當發報線路故障或發報主機故障時，該功能無法使用，觀測員需要根據實際業務流程采用應急發報功能，該功能在任意條件下均可使用。當氣象要素達到特殊標準時需及時以文字形式向有關部門通報并記錄，并且記錄特殊天氣的演變過程。

2）演示窗口：用于顯示包括AWOS探測數據和人工觀測輸入的數據在內的各類數據，觀測員需要根據業務需要用正確的數據進行編報。顯示已發生或即將發生的特殊事件通知，觀測員需要根據特情進行處理。利用TTS語音合成技術模擬電話接入，觀測員可以接收其他部門的信息并及時反饋。還有顯示相關的系統信息。

4.2案例演示

案例演示主要是通過將用戶已模擬的天氣過程重新演示，該功能可以顯示案例過程中的各種信息，包括AWOS數據、人工數據、特情事件。并將用戶在天氣模擬過程中的保障操作過程與內部預設的正確過程進行對比，讓用戶更為直觀的發現在操作過程中出現的問題（如圖4）。用戶可根據需求選擇需要演示的案例，自由設置播放狀態，包括播放時間間隔（可設置2秒、5秒、10秒）、暫停和繼續播放。

4.3理論測評

理論測評是對氣象執照考試試題進行匯總編輯所做出的理論知識測試模擬系統（如圖5）。采用與目前執照考試相匹配的機考方式，方便新觀測員及時查漏補缺。該界面分為試題導航和理論測試兩大部分，試題創建后會形成選擇、判斷試題的列表，用戶可以按順序做題也可以進行跳躍式做題。理論測試窗口則顯示每個試題的題干和選項，用戶可進行下一題或上一題的順序操作，結束測試點擊試題提交后，可以顯示得分及正誤，并可以查看正確答案。

總結

系統能夠在計算機上模擬觀測日常工作流程和業務保障，改變傳統的觀測培訓方法和手段，能較好“再現”復雜天氣的生消演變以及觀測員應對處置的全部流程。無論是自主學習還是案例講評都是培訓方式的大膽創新，對新進觀測人員的崗前業務培訓和在崗觀測員的復雜天氣保障案例的總結學習均有很強的適用性。同時，系統設計人性化的人機交互界面，具有很強的兼容性和可移植性，極具推廣價值。對于在使用過程中遇到的問題，項目組將負責后續的改進和升級，提供一套好用、實用、易用的軟件。系統設計開發是多學科交流與學習的過程，它不僅需要扎實的氣象觀測業務理論基礎，還需要較強的軟硬件開發技能，對培養綜合型氣象人才具有較大的支持作用。

作者簡介

鮑凌宇（1991-），男，助理工程師，主要從事航空氣象服務和研究。Email：694591733@qq.com

項目：中國民用航空空中交通管理局科技項目（KJ1501）

（作者單位：民航安徽空管分局）