機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統設計與實現

范大偉，劉育錦，安志強，曹敦波

機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統設計與實現

范大偉，劉育錦，安志強，曹敦波

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

針對目前機場多普勒天氣雷達業務運行中存在的問題，設計開發了機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統，該系統能夠實時監視雷達的運行狀態和產品狀態，出現問題時通過指示燈和中文語音的方式進行告警。

多普勒天氣雷達；業務運行；監視系統；預報工作站

民航新疆空管局現有一部C波段全相參機場多普勒天氣雷達（以下簡稱“雷達”），它是預報員分析中小尺度天氣系統、制作短時臨近預報的強有力工具，同時也是管制員指揮航空器進行雷雨繞飛的重要參考依據[1-2]。目前，雷達業務運行保障主要涉及兩個部門，即設備室和信息室，具體的業務運行保障分工如圖1所示。設備室主要負責雷達、主用數據服務器、備用數據服務器、預報工作站、維護工作站以及雷達附屬設備的日常維護；信息室負責雷達產品服務器的維護。這里需要說明的是雷達產品服務器為了向氣象信息綜合服務系統提供雷達產品而后期增加的，氣象信息綜合服務系統安裝于雷達產品服務器上。

圖1 多普勒天氣雷達系統業務運行保障分工示意圖

雷達產品的主要用戶有預報員、管制員、航空公司和當地機場集團。用戶獲取產品的方式主要有2種：①預報員通過預報工作站獲取雷達產品；②管制員包括其他用戶通過氣象信息綜合服務系統獲取雷達產品。

預報工作站與維護工作站一樣可以實時獲取雷達發射機、接收機、伺服和數據處理系統的工作狀態，完成雷達的開關機和產品的顯示功能。氣象信息綜合服務系統為第三方開發的軟件，采用B/S建構，目前管制員只能通過該系統查看雷達產品。在實際的業務運行中存在以下問題：①該雷達于2009年投入運行，截至目前已經使用10年多，設備存在很嚴重的老化問題，雷達數據服務器運行不穩定，時常出現雷達產品不能及時生成的問題，影響用戶使用，而且現有的工作站沒有相應的產品監視功能；②由于信息室不負責雷達的運維，因此雷達的業務運行情況不能掌握，進而導致氣象信息綜合服務系統中雷達產品不更新時，不能掌握雷達的運行情況，不能及時進行有效的信息通報，降低對外服務質量。為解決以上兩個問題，開發了機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統，下面將對系統的開發流程、系統實現進行詳細介紹，并通過個例展示本系統的實際效果。

1 開發流程

系統開發流程如圖2所示。本系統可獲取雷達的運行狀態，包括開關機狀態和故障狀態；獲取3臺服務器的磁盤映射狀態；獲取3臺服務器產品狀態；將所有的狀態以指示燈的形式進行顯示，并在出現問題時以中文語音告警的方式進行提示。雷達運行狀態、服務器映射狀態、服務器產品狀態和最終顯示都在.NET平臺下，采用C#語言完成。

圖2 系統開發流程圖

2 系統實現

2.1 雷達運行狀態獲取

雷達的運行狀態由開關機狀態和故障狀態組成。開關機狀態包括冷卻、低壓、準加和高壓四項；故障狀態主要包括發射系統、接收系統、信號處理系統和伺服系統四個方面，共計37項。日常業務運行中雷達系統會自動生成一個狀態文件（Z_R_DWRN_SRSI_C5_ZWMM_20190808153015.bin），包含雷達參數信息和雷達狀態信息，其中雷達參數信息包括雷達型號、經緯度、掃描模式、發射功率和噪聲電平等；雷達狀態信息包括發射系統、接收系統、信號處理和伺服系統等故障信息。狀態文件每3 min生成一個并上傳，雷達運行狀態信息可以從中獲取。但是考慮到增加1個節點后，在實際運行中就會增加1個可能的故障點，因此，本系統直接從雷達發送的信息中提取狀態信息。通過對雷達廠家提供的技術資料分析得到，雷達運行狀態信息由雷達監控主板采用組播的方式實時向雷達網絡上的終端進行發送，通過正確設置端口號就可以得到故障、狀態、測量參數等信息，根據約定的數據格式就可獲取到所關心的狀態信息。根據約定每個狀態信息長度為8個字節，由于涉及的狀態比較多，數據格式就不一一列舉，以冷卻、低壓、準加和高壓回饋為例，具體的定義如表1所示。

表1 數據格式表

狀態數據格式解釋說明 冷卻回饋FF B1B1 01## xxxx xx##=55H，表示冷卻風機未開；##=AAH，表示冷卻風機已經打開；“x”表示任意態，下同 低壓回饋FF B1B1 02## xxxx xx##=55H，表示未加低壓；##=AAH，表示已加低壓 準加回饋FF B1B1 03## xxxx xx##=55H，表示無“準加”回饋；##=AAH，表示有“準加”回饋 高壓回饋FF B1B1 04## xxxx xx##=55H，表示未加高壓；##=AAH，表示已加高壓

本文中利用Socket網絡編程方式獲取狀態信息，Socket是建立在傳輸層協議上的一種套接字規范，是進行程序間通信的一種方法[3-5]。首先調用Socket類創建對象，協議類型為UDP；第二步設定IP地址和端口號；最后進行數據的接收，部分代碼如下：

2.2 服務器映射狀態獲取

服務器映射狀態的獲取涉及到3臺服務器，分別為81服務、82服務器和85服務器。81服務器和82服務器為雷達數據服務器，實現雙機熱備功能，雷達產品保存在這2臺服務器的PHOTO文件下，2臺服務器安裝在設備維修室機房。85服務器為氣象信息綜合服務系統的雷達產品服務器，85服務器定時獲取81服務器或82服務器上的最新產品，并將其放在指定的產品文件夾。本系統將3臺服務器的雷達產品文件夾映射到本地，這種方式便于后續對雷達產品狀態的獲取。由于映射這種方式存在不穩定的情況，因此需要對映射狀態進行監視。本系統通過檢查映射盤中產品文件夾是否存在的方式對映射狀態進行監視。

2.3 服務器產品狀態獲取

81服務器和82服務器產品文件下各有一個Current.INI文件，雷達產品的生成時間會實時寫入到該文件，文件內容如下所示：

[Time]

Year=2019

Month=08

Day=10

Hour=01

Minute=23

Second=17

[Photo]

Distance=150

DataType=3

Type=1

這個時間非常重要，因為所有產品的文件名中都包含這個時間，以組合反射率產品為例，CR文件名為CR-201908100123-0000-150-Z.JPG。本系統中通過比較Current.INI中產品生成時間與產品文件名中的時間一致性確定產品狀態。

日常運行中雷達執行體掃VCP11模式，一個體掃時間為6 min，81服務器和82服務器上的產品正常情況下體掃結束1 min內將生成，因此超過7 min時，81和82服務器上還沒有新產品生成，則產品狀態會告警；而85服務器目前每5 min從81或82服務器復制最新產品，因此超過10 min后85服務器還沒有收到最新產品，則產品狀態會告警。

2.4 雷達狀態顯示

雷達的運行狀態、服務器映射狀態和服務器產品狀態每30 s獲取一次，并通過指示燈的形式進行顯示。冷卻、低壓、準加和高壓用兩種顏色表示，綠色表示打開，灰色表示關閉；故障狀態、服務器映射狀態和服務器產品狀態用綠色和紅色表示，綠色表示正常，紅色表示告警。除了指示燈外，還提供中文語音告警，當狀態燈變紅時，系統會產生相應的語音告警提示工作人員。這里需要注意使用中文語音之前要安裝語音包（SpeechSDK51），同時要添加引用（System.Speech.

Synthesis）。部分關鍵代碼如下：

SpeechSynthesizer synth = new SpeechSynthesizer();

synth.SetOutputToDefaultAudioDevice();

synth.Speak("85服務器產品未更新");

3 系統展示

機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統界面如圖3所示，系統采用指示燈和語音告警的方式為雷達業務運行保障部門提供相關狀態信息。通過這些狀態信息可以幫助信息室和設備室工作人員第一時間掌握雷達的運行態勢，尤其是信息室的工作人員，當雷達本身或者產品更新出現問題時，工作人員能夠第一時間了解情況，做好后續的信息通報工作。

圖3 系統界面圖

4 結束語

針對目前雷達在業務運行中存在問題，以C#為平臺，設計開發了機場多普勒天氣雷達業務運行監視系統，該系統通過指示燈和語音告警的方式監視雷達的運行狀態及服務器產品的生成狀態。利用該系統工作人員可以第一時間發現問題，提高了處理問題的時效性，提升了服務質量。

［1］胡忠文.ADWR雷達速調管故障分析處理［J］.氣象水文海洋儀器，2012（1）：87-91.

［2］范大偉，張利平，張茜，等.機場多普勒天氣雷達三維顯示系統［J］.氣象水文海洋儀器，2018（3）：55-60.

［3］羅志聰，許昊，葉延東.基于Android平臺的模擬計算機輸入設備研究［J］.自動化與信息工程，2018，39（2）：23-27.

［4］呂鵬輝，張起貴.C#實現基于Socket的信息教學系統設計［J］.現代電子技術，2019，42（2）：80-84.

［5］王遠洋，周淵平，郭煥麗. Linux下基于socket多線程并發通信的實現［J］.微計算機信息，2009，25（53）：70-72.

TN959.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.026

2095－6835（2019）18－0069－03

范大偉（1984—），男，研究方向為航空氣象設備維護與維修工作。

〔編輯：張思楠〕