廈門機場氣象觀測多功能應用系統的研發

王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮，胡凱文

廈門機場氣象觀測多功能應用系統的研發

王健治，滕雨薇，劉藝，陳鎮，胡凱文

（民航廈門空管站，福建 廈門 361006）

民航氣象觀測的主要任務是“觀測并發報”，觀測員急需一款能夠實時監控設備狀態、及時發出氣象預警信息同時又具有應急發報功能的系統，輔助觀測員完成特情處置。廈門空管站氣象臺研發了一套應用系統，通過監控兩套自動氣象觀測設備的實時數據和發報網絡節點，及時發現數據的異常和報文發送的不正常，并提供相應解決方案。該系統已經投入業務使用，通過技防手段實現自動監控并語音告警，提高了觀測的效率及特殊報的發布速度；一鍵傻瓜式發報的功能保障了報文的及時發送，規避了遲發報或漏發報的風險。該系統簡單實用，值得在全國機場推廣使用。

氣象觀測；應急發報；設備監控；軟件研發

飛機起飛、著陸和在空中飛行，都受氣象條件的制約。因此，民用航空氣象地面觀測與飛行關系密切，是飛行安全和正常的重要保障工作之一。其主要工作是準確、及時、連續地觀察和測量本站及視區，尤其是機場跑道和進近著陸地帶及起飛爬升區域的有關氣象要素及其變化，并按照規定的標準、格式，編制和發布這些要素[1]。概括起來，民航氣象觀測的主要任務就是“觀測并發報”。要完成該任務，必須有一套實用的觀測綜合業務系統。

1 系統設計

1.1 設計要求及規范

根據《民用機場氣象觀測資料處理系統技術規范》第六節“監控、糾錯與告警”的要求：機場氣象觀測資料處理系統應當具有糾錯功能、工作狀態檢測及運行異常告警等一系列功能，目前全國大部分機場都沒有配備符合上述條件的氣象觀測資料處理系統，也沒有廠商生產專門的配套設備，只能立足于自己開發。廈門空管站氣象臺從本機場的設備配備和業務運行實際出發，嚴格按照《技術規范》[2]要求，根據觀測員的使用習慣及需求，進行了專門的程序設計，開發相應的功能，有針對性地解決問題。

1.2 設計思路

1.2.1 數據監控及預警模塊的設計

廈門機場現有兩套自動氣象觀測設備：芬蘭Vaisala公司的自動氣象觀測系統（Automatic weather observation system，簡稱AWOS）和上海氣象科學研究所的自動氣象站（Automatic Weather Station，簡稱AWS）。經過研究兩套設備，發現它們都有串口實時數據輸出功能，而且都提供了相應的技術參數和輸出格式，可以根據這些參數和格式讀取實時數據。有了數據源，就可以對輸出的數據進行篩選校對，挑出對飛行有影響的數據作為重點，進行時間軸上的縱向及橫向的對比，及時發現有重大變化的要素。同時，可以對兩套系統的溫度、氣壓等數據進行實時對比，發現差異并監控兩套系統的運行狀況。當某一系統出現數據偏離度較大或輸出有問題時，及時提醒機務員進行維護操作。為了更好地起到監視提醒的作用，利用科大訊飛的語音合成系統生成所需的人聲報警聲音文件，形成一個“提醒聲音文件庫”，在程序中根據需要調用所需的聲音文件，進行語音報警。系統具體流程如圖1所示。

圖1 系統流程圖

1.2.2 報文監控及應急發報模塊的設計

氣象觀測報文由觀測實況和趨勢預報兩部分組成，觀測實況由觀測員在進行觀測后編報生成，趨勢預報由預報員在收到觀測實況后，根據未來2 h的天氣變化情況添加。所以機場實況報文的編發需要觀測員和預報員聯動進行發布，需要設置專門的觀測終端和預報終端，相當于有2個發報節點，任何一個節點發生問題都可能引起報文無法正常發送。所以必須對節點進行監控并實現實時語音告警才能保證報文能夠及時發送并參與氣象情報交換。

設計思路：通過局域網將觀測終端、預報終端和應急發報計算機進行連接，在應急發報計算機上開發監控程序，對觀測終端、預報終端上收發的報文進行實時監控，當節點之間發生線路故障或任一節點發生電腦死機或程序卡死，并最終導致發報流程終止時，及時通過調取報文或輔助生成報文功能進行應急預報，保證報文在規定時間內得到及時發送。

2 系統開發

根據運行實際和用戶需求進行程序開發，采用模塊化設計，將系統分成數據監控及預警模塊和報文監控及應急發報模塊這兩個模塊，分別進行功能開發，最后再整合為一個完整的應用程序。

2.1 數據監控及預警模塊的開發

開發流程：在進行必要的硬件物理連接后，通過軟件編程，計算機通訊，設置相應的通訊參數實現對串口的偵聽，接收數據，解析數據并顯示在專門的顯示界面上（本軟件默認串口COM1接收AWOS的數據，串口COM2接收AWS的數據）。

串行通訊其實就是字符串的處理問題。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。所用的是VB的COMM通訊控件，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。根據自動觀測系統制造商——芬蘭維薩拉公司提供的數據格式，通過軟件編程，將系統串行通訊口輸出的數據進行解析后進行顯示，系統為MIDAS iv自動觀測系統[3]，數據為每10 s更新一次。

廈門機場常年盛行東北風，05號為機場的觀測基準點。自動氣象站（AWS），與AWOS 的05號設備，一個在05號跑道頭附近，另一個在05號跑道入口端，相距不到100 m，兩者的十分鐘風、氣壓及溫度等數據具有較好的對比性。

自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統（AWOS）05號數據對比顯示界面如圖2所示。從圖2可以看出，10分鐘風向、場面氣壓和修正海壓具有較好的相關性，溫度相關性差一些。考慮到機場天氣報告涉及風、溫度和修正海壓，把這三項數據列入對比預警要素。考慮到兩套設備刷新頻率不一樣，AWOS每10 s刷新一次數據，AWS每30 s刷新一次數據，取30 s為一次對比時間間隔。當AWS刷新數據時，自動與最新的AWOS數據對比，當兩者相差2個單位數值時，發出語音告警。當然可以根據需要設置專門的預警值，讓系統在監控到這些特殊值時，語音告警，提醒觀測員注意，避免特殊報的漏發。

圖2 自動氣象站（AWS）與自動氣象觀測系統（AWOS）05號數據對比顯示界面

2.2 報文監控及應急發報模塊的開發

通過網線將觀測終端、預報終端和應急發報終端進行物理鏈接，形成觀測發報局域網。設置每臺計算機的網絡地址，通過網絡地址可以調取觀測主用發報計算機和預報終端計算機的實時報文，進行編輯后發送，大大簡化了發報流程，實現“一鍵傻瓜式發報”。報文監控及應急發報界面如圖3所示。

圖3 報文監控及應急發報界面

該模塊可用不同顏色來提醒系統狀態及節點的報文發送情況：當報文未及時發送時，整個監控窗口是紅色的；當某個節點接收到報文后，該節點的報文顯示窗口變成白色狀態；當某個節點接收到報文并成功發送后，該節點的報文顯示窗口變成黃色狀態。觀測員通過顏色變化就可以直觀地監控到整個報文的流轉情況。

同時，該模塊還具有監控整個發報局域網網絡狀態的功能。當網絡上的計算機發生死機時，能夠及時發現并告警，基本避免了由于設備原因造成遲發報現象的出現。

該模塊還具有輔助觀測員形成最新報文并發送的功能，點擊“正點應急”按鈕，系統會根據最新的氣壓等資料形成一份完整的報文，觀測員只要進行簡單修改或操作，就可以最快的速度編輯并發送正點報文，避免了遲發報造成的安全風險。

3 系統使用效果

該系統于2014-10開發成功，在廈門機場投入使用后取得了較好的使用效果。實時的自動監控手段，提高了監控效率，減輕了觀測員和機務員的勞動量；明確的語音告警，有利于值班人員及時診斷特情，做出正確的處置；一鍵傻瓜式發報功能，極大提高了發報效率，避免了遲發報；不同顏色區分的報文監控界面，能夠及時掌握報文流轉情況，避免了漏發報的風險；個性化的監控閾值設置，滿足了不同航空用戶的需求；2016-09廈門“莫拉蒂”臺風期間發揮了較好的預警作用，提高了氣象的保障能力。

4 系統推廣前景

系統是根據廈門機場的運行實際情況開發的，全國空管一盤棋，在設備配備、人員配置等許多方面具有相似性。

4.1 數據源一致性好

系統數據源來自自動觀測系統（AWOS）和自動氣象站（AWS），均為國內機場標配的氣象探測系統，具有生產廠家相同、格式基本統一、運行模式基本相同的特點，自動觀測系統為芬蘭維薩拉公司生產。

4.2 報文發布時間及格式等要求一致

全國的氣象觀測報文完全根據《民用航空飛行氣象情報發布與交換辦法》的要求進行發布，格式統一，要素一致。對于報文發布時間的嚴格要求決定了應急手段必須改進。

4.3 面臨的問題也基本相似

全國各個機場在運行時，遇到的問題大同小異，如監控手段單一、人員配備不足等，本系統投入使用后可以有效提高工作效率，較好保障飛行安全。

綜上所述，本系統投入運行后，可以有效緩解民航氣象觀測在運行中存在的監控手段單一、預警能力不足及應急不夠迅速等問題，具有普遍適用性，可以在全國機場推廣使用。

［1］中國民用航空局空管行業管理辦公室.民用航空氣象地面觀測規范（AP-117-TM-02R1）［Z］.2012-02-28.

［2］中國民用航空局空管行業管理辦公室.民用機場氣象觀測資料處理系統技術規范（AP-117-TM-2012-14）［Z］.2012-11-30.

［3］芬蘭Vaisala公司.MIDAS IV AWOS 技術手冊［Z］.2008- 04-18.

V321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.067

2095－6835（2019）17－0143－03

王健治（1977—），男，理學學士，高級工程師，主要從事航空氣象觀測、預報及業務軟件開發等工作。

〔編輯：嚴麗琴〕