基于ACARS數據的航空氣象應用軟件設計

李鵬 楊昶

摘? 要：航空氣象服務在民航運輸系統中發揮著重要的作用。研究航空氣象應用軟件以提高氣象信息的準確性，對于提高飛機性能，優化飛行路線，減少由于氣象原因引起的飛行事故等都具有十分重要的意義。文章通過研究ACARS系統報文，使用C#編程語言構建了基于ACARS報文的航空氣象應用軟件。研究成果可以提高高空風溫圖的準確性和實時性，對于航空公司飛行計劃的制作和機組的使用與判斷氣象信息具有一定參考。

關鍵詞：飛機通訊尋址和報告系統;航空氣象;高空風和溫度預告圖;C#

中圖分類號：V355.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0078-03

Abstract： Aviation meteorological service plays an important role in civil aviation transportation system. The research on aviation meteorological application software to improve the accuracy of meteorological information is of great significance for improving aircraft performance， optimizing flight routes and reducing flight accidents caused by meteorological reasons. In this paper， through the study of message of aircraft communication addressing and reporting system （ACARS）， the aviation weather application software based on ACARS message is constructed by using C # programming language. The research results can improve the accuracy and real-time performance of the high-altitude wind temperature map， and have a certain reference for the production of airline flight plans， the use of units and the judgment of meteorological information.

Keywords： aircraft communication addressing and reporting system （ACARS）; aviation meteorology; upper air wind and temperature forecast chart;

引言? ACARS（Aircraft Addressing and Reporting System）是一種地-空數據鏈系統，該系統由飛機系統和地面系統兩個子系統組成。ACARS的通信設施能夠使飛機成為航空公司運營系統的子系統發布命令，控制和管理系統。ACARS是航空公司內部數據通信系統不可或缺的組成部分。同樣可以利用飛機機載ACARS數據鏈通訊以及定位功能，實時跟蹤飛機，監測ACARS數據鏈的下傳報文。根據航空氣象服務需要，從ACARS報文中提取數據，可以獲取比一次雷達、二次雷達更豐富的數據，如：垂直高度、風速、溫度等[1]。

航空氣象服務是民用航空運輸所必需的重要組成成分之一，是航班運行安全有效保障的必要基礎。本文針對目前航空氣象預報所使用的主要預報資料“高空風和溫度預告圖”，選擇ACARS報文中的氣象信息來制作“高空風和溫度預告圖”并顯示。

1 ACARS數據鏈研究

ACARS報文主要有表1所示的幾種類型。

在進行ACARS報文的傳輸時，報文的主體組成部分最大為220個字符，大于220個字符的報文會被系統分成多個部分并分別進行傳輸，地面設備也會在收到所有部分的報文后再統一對這份報文進行處理。此外ACARS具有兩種報文傳輸的物理鏈路：VHF鏈路傳輸和衛星鏈路傳輸。

1.1 ARINC標準

ACARS規則主要依據ARINC解析標準來制定，ARINC解析標準主要文件有ARINC618、ARINC620等。ARINC618文件重點解釋了ACARS的電報結構和各組成部分的定義，其中包括全部的空/地報文的格式和其中每一個字段的信息定義。還定義了ISO-5字符集字符的授權使用范圍和ACARS MU消息傳遞協議的優先級多模塊處理和ACARS通過甚高頻收發器用于音頻的傳輸這樣一個功能。ARINC620文件具體介紹了ACARS報文中地/地信息的結構和各組成部分的定義，用來向數據鏈路用戶開發應用程序提供其所需要的信息，對數據傳輸服務和數據文檔的使用提供了相應的指導，并且使鏈接服務提供商在傳輸信息時具有一定的標準性[3]，此外ARINC 620文件規定了ACARS報文的基本格式，所以當進行對ACARS報文的解析時，可以將報文的報頭部分和正文部分分開并分別進行解析。

1.2 ACARS報文基本結構

ACARS的空/地下行報文和地/空上行報文的格式一般由報頭部分、正文部分和BCS校驗碼部分組成。其基本結構如表2所示。

ACARS地-地報文結構如表3所示。

1.3 高空風和溫度預報圖

高空風和溫度預報圖用來顯示某一高度上的風速、風向和溫度的分布情況，高度的選擇為固定的標準等壓面高度。在高空風和溫度預告圖上，風速的單位為節（Kt，海里/小時）;溫度的單位為攝氏度（℃）;氣壓單位為百帕（hPa），這些數據通過風標在圖中進行定位標注，不同的風速對應不同的風標，間隔為5節，風向為風標桿所指示的方向。溫度顯示在風標旁，并不能與風標重疊，當溫度小于零度時，去掉負號直接顯示數字，當溫度大于零度時，在數字前加“+”或“PS”進行表示[4]。高空風和溫度預告圖的底圖用麥卡托投影方式顯示低緯度的地圖，用蘭勃托投影方式顯示中緯度的地圖，底圖上還會顯示所包含范圍的經緯線，每隔10°進行標注并顯示經緯線的信息[5]。

2 基于ACARS數據的航空氣象應用軟件設計

2.1 軟件設計流程

軟件設計思路如圖1所示。

2.2 軟件運行實驗分析

所使用的ACARS接收機實時接收200海里范圍上空的ACARS信息，并將其按照飛機注冊號顯示在不同日期的數據庫中。所接收的報文將在數據庫中保存一個月的時間，直至下一月的同一日期新的ACARS報文將其覆蓋更新，數據庫如圖2所示。

在編程環境中，通過數據庫AcarsData.Edmx.組建遠程連接到數據庫，可以方便快捷的獲得實時的ACARS數據，進行高空風和溫度預告圖的制作。

（1）運行軟件，顯示軟件窗口，如圖3所示。

（2）選擇要查看的高度，按高度提取數據，可供選擇的高度如圖4所示。

（3）通過“選擇時間”窗口，可以選擇高空風和溫度預告圖顯示的時間范圍。然后點擊顯示圖像，生成所選高度的高空風和溫度預告圖。如圖5所示。

（4）除此之外，還可以通過選擇提取所有，獲得當天所有ACARS數據。如圖6所示。

通過軟件運行得知，該軟件能夠將接收到的完整的正常報文中的數據順利提取出所需要的數據，并顯示在軟件的表格中，并通過其中所需要的信息制作而成了高空風和溫度預告圖，因此達到了論文開題時的要求。但是由于本軟件制作所使用的ACARS數據來自于實驗接收機，使得ACARS數據的來源只能是小范圍內的區域，所制作而成的高空風和溫度預告圖也只有這一小塊區域有氣象信息。因此，想要制作一幅完整的高空風和溫度預告圖，需要更廣泛的ACARS基站去接收更多的ACARS報文。

3 結束語

ACARS航空氣象數據精準度遠高于傳統氣象觀測數據。從ACARS報文中提取航空氣象數據，不僅提高了氣象數據的準確性，而且提升航空氣象數據更新頻率，從而使得高空風和溫度預告圖中的風溫信息更加準確可靠。由于大部分的ACARS報文是飛機在飛行航線中由機載ACARS設備發出，所以報文中的氣象信息具有地域性、實時性、關聯性、環境適應性等特點，具有較高社會經濟價值和科研價值。此外，報文中的氣象信息大多來自于飛機所飛行的高度層，所制作的高空風和溫度預告圖可通過軟件進行不同高度的選擇，告別了以標準等壓面高度為選項的傳統選擇方式，從而可以使高空風和溫度預告圖的高度選擇更加靈活，查詢更加方便。隨著ACARS與ADS-B的應用融合，可通過實時收集航空氣象數據，制作一個實時更新且2D/3D立體化的航空氣象數據觀察軟件，為航空氣象決策提供輔助性幫助。

參考文獻：

[1]張召悅，韓邦村，高春燕.基于數據融合的ADS-B/ACARS空域監視系統設計[J].航空計算技術，2013，43（04）：91-94.

[2]新一代高空氣象探測系統綜合業務觀測手冊[S].北京：中國氣象局，中國氣象局氣象探測中心，2011.

[3]ARINC specification 620-6， Air/ground character-oriented protocol specification[S].Annapolis：ARINC，2007，11-39.

[4]AP-117-TM-02R1，民用航空氣象地面觀測規范[S].北京：中國民用航空局，2012.

[5]AP-117-TM-2019-01，民用航空氣象預報規范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2019.