多監視源集中監視分析系統的設計與實現

摘? 要：為提高對監視探測設備監測、維護和管理能力，利用大數據技術與分布式架構，設計研發多監視源集中監視分析系統。該系統實現了多監視源數據集中錄取、統一監視、對比分析和質量評估。發現問題第一時間給予告警提醒，快速定位問題源，讓運維人員及時采取應急措施，提高工作效率，減少對管制影響時間。通過該系統可以有效地提高對監視探測設備的監視維護效果。

關鍵詞：監視數據解析;監視數據分析;軟件系統

中圖分類號：TP277? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0043-03

Abstract：In order to improve the ability of monitoring，maintenance and management of surveillance equipment，using big data technology and distributed architecture，a centralized monitoring and analysis system of multiple surveillance sources is designed and developed. The system realizes centralized data record，unified monitoring，comparative analysis and quality evaluation. In case of any problem，it is required to give an alarm and reminder as soon as possible，locate the source of the problem quickly，and let the operation and maintenance personnel take emergency measures in time，so as to improve the work efficiency and reduce the impact time on the air traffic control. The system can effectively improve the monitoring and maintenance effect of surveillance equipment.

Keywords：surveillance data decoding;surveillance data analysis;software system

0? 引? 言

中華人民共和國《“十三五”規劃綱要》中指出：“實施國家大數據戰略。把大數據作為基礎性戰略資源，全面實施促進大數據發展行動，加快推動數據資源共享開放和開發應用”。國家大數據戰略與“互聯網+”行動計劃充分表明數據集中收集挖掘與互聯共享勢在必行。

多監視源集中監視分析系統將遵照國家大數據戰略與“互聯網+”行動計劃要求，充分利用網絡資源互通共享與大數據挖掘，具備多監視源數據集中錄取、統一監視、對比分析、質量評估等功能。可應用于終端自動化，監視接入自動化系統各監視源質量情況，及時發現方位偏差、正北時間間隔異常、扇區錯誤、假目標等問題并第一時間發出告警，提醒運維人員進行處理。此外，系統定期對各監視源運行質量數據進行分類統計，根據定量規則進行評分，給出“健康指數”和“體檢報告”，讓設備維護人員有的放矢地開展運維工作。本系統在安徽空管分局監視新技術研究及應用實驗室中完成了實驗驗證。

1? 多監視源集中監視分析系統的設計

1.1? 架構設計

多監視源集中監視分析系統采用分布式架構，提高系統的可擴展性和容錯性，可以實現至少32路以上監視源數據的接入、處理和分析。系統架構圖如圖1所示，各任務節點根據功能和負荷情況分散部署在多個服務器中，分別負責一路監視源的數據錄取、解析預處理、質量分析，其中一個節點的退出不會導致整個系統癱瘓。任務節點間通過消息隊列進行數據通信，協同完成整個監視分析過程。

系統采用集中配置分發和日志記錄。各任務節點統一從配置與日志服務節點獲取配置數據，并將運行產生的日志信息提交給配置與日志服務節點進行記錄和轉發。

客戶端通過數據內部交換與輸出網絡從配置與日志服務節點獲取各任務節點配置情況以及運行狀態、日志信息，從各任務節點直接獲取輸出的結果數據予以顯示。

1.2? 功能設計

多監視源集中監視分析系統主要面向空管自動化、雷達、ADS-B、多點定位系統運維和管理人員需求。用于監測監視源運行狀態和數據質量，發現異常提供告警服務，提高設備保障能力和排查效率。具備輔助運維人員排查故障的能力，可以提供相關數據支持。

系統接入設備支持常用的HDLC、TCP/IP等數據傳輸協議，RS-422、RS-232等接口，支持常用的9 600 bps、19 200 bps、38 400 bps、64 000 bps等傳輸速率。

1.2.1? 配置與日志服務節點

該服務節點通過數據內部交換與輸出網絡為各任務節點和客戶端提供全部后臺程序的配置數據，負責對配置文件進行集中保存、修改。同時，該節點實時采集各任務節點的運行狀態形成日志記錄，提供統一的轉發和查詢服務。

1.2.2? 數據錄取節點

該任務節點通過數據接入網絡直接采集原始監視源數據進行保存，根據記錄時長或文件長度自動分段錄取監視源數據。同時，監測磁盤空間，當達到告警門限后，發出告警，并根據設置決定是否自動刪除最早的歷史數據。

1.2.3? 數據預處理節點

該任務節點通過數據接入網絡直接采集原始監視源數據進行解析，并對接收數據進行CRC校驗。支持ASTERIX CAT 001/002/020/021/034/048、ALENIA MP2等雷達、ADS-B、多點定位系統格式數據，可擴展ASTERIX、MH/T 4008其他類型監視數據格式。對于S模式寄存器數據項，能解析BDS（1，0）、BDS（1，7）、BDS（2，0）、BDS（3，0）、BDS（4，0）、BDS（5，0）、BDS（6，0）。同時，該節點根據配置的監視源信息，對各監視源探測的目標進行坐標轉換、時空對準，得到統一時間坐標的4D位置。預處理產生的數據將通過內部交換與輸出網絡分發給數據質量分析節點和客戶端目標實時顯示系統。

1.2.4? 數據質量分析節點

該任務節點通過數據內部交換與輸出網絡訂閱數據預處理節點輸出的數據進行分析。可監測監視源數據接收延時情況、雷達正北和扇區跨越報文丟失情況、雷達旋轉周期穩定性情況、雷達測試應答機穩定性情況，可計算雷達目標Mode A有效性比率、Mode C有效性比率、Mode A交織比率、Mode C交織比率，并根據速度的不確定性NUCr、位置的不確定性NUCp、氣壓高度的完好性NICbaro、監視完好性級別SIL、位置的精確性NACp數據分析ADS-B信息質量。通過多個相關監視源數據對比統計分析目標位置偏差。當監測項超出設置的告警門限，系統將發出告警數據通知客戶端數據質量監測系統。

1.2.5? 目標實時顯示系統

該客戶端系統通過數據內部交換與輸出網絡訂閱數據預處理節點輸出的目標4D數據進行實時顯示。系統具備在同一個界面上按照平面位置或者高度距離兩種方式以不同顏色實時顯示至少3路監視源目標的能力，具備顯示和設置網格線、目標標牌、歷史軌跡的能力。通過點選目標或者歷史軌跡可顯示其原始十六進制數據和ASTERIX數據項內容。根據高度、距離、方位、A碼、24位地址碼、飛機呼號等信息可篩選目標。同時，還具備測量中心到指定位置、目標到指定位置、目標到目標、指定位置到指定位置4種測量方式，具備地圖顯示和定制功能，支持鼠標滾輪縮放和拖放平移操作。

1.2.6? 數據質量監測系統

該客戶端系統通過數據內部交換與輸出網絡訂閱數據質量分析節點輸出的分析結果顯示各監視源數據質量，從配置與日志服務節點獲取各任務節點的運行狀態。具備日志查詢和配置編輯功能。

2? 多監視源集中監視分析系統的實現

系統各后臺節點程序采用C#語言在.NET Core 2.2框架下開發，可以在Windows和Linux上跨平臺運行。客戶端程序考慮到需要大量圖形圖像繪制，同樣采用C#語言但在.NET Framework 4.6框架下開發，在Windows操作系統下利用SharpDX進行各監視源目標繪制。整個系統關鍵技術實現如下。

2.1? 監視源數據解析的實現

系統最核心的技術就是實現監視數據的解碼。監視數據中包含目標識別、位置、高度等許多信息，通過這些信息我們可以了解監視源生產的“產品”質量，分析性能。但是這些信息被按照特殊格式編碼，無法直接讀懂，需要對其進行解碼翻譯。目前，全國絕大多數監視探測系統數據輸出均支持歐控標準的ASTERIX格式。因此，可以從歐控網站上下載標準說明文檔或從廠家獲取接口控制文檔（ICD），再根據文檔說明編寫程序對監視數據進行解碼。

2.2? 監視源數據引接的實現

雷達設備數據絕大多數通過HDLC同步串行通信方式進行輸出。這種通信方式雖然有利于系統及數據安全，但服務器不提供此類硬件通信設備，不利于數據接入。因此，需要配置HDLC同步串口協議轉TCP/UDP協議的網絡接入設備。ADS-B設備由于數據輸出量較大，一般采用UDP組播輸出。因此，可以直接通過交換機接入系統服務器。

2.3? 監視源目標繪制的實現

已解碼監視目標數據雖然可以被直接讀懂，但是一條條的數值非常抽象、不直觀。如果將這些目標繪制到同一個軟件界面中進行平面位置顯示，就可以直觀地看到各目標位置狀態，有利于理解。系統采用WGS-84坐標統一各監視源目標位置，通過Web Mercator投影將大地坐標系轉換為平面坐標系，再使用SharpDX圖形庫繪制目標和自定義地圖。同時，通過顏色、形狀區分各目標的來源和類型，并在目標旁繪制位置、高度等屬性信息。

3? 結? 論

系統利用大數據思想與分布式架構設計，將多監視源數據集中存儲分析，通過網絡互通共享，實現多監視源目標實時對比顯示、數據質量和運行狀態集中監視。當監測到數據異常第一時間發出告警，讓不容易察覺的數據異常無處遁形。通過系統大數據分析各監視源歷史數據可以輸出圖表形象展示各指標趨勢，發現內在的規律和問題，讓設備管理維護人員有據可循，提升設備管理優化能力。

參考文獻：

[1] 劉敏.淺析民航氣象觀測報文監控系統的設計與應用 [J].科技風，2020（2）：139-140.

[2] 張文軍，王玉剛，陳戰州，等.安全環保信息集中監視系統在寧鋼實現與應用 [J].冶金設備，2019（S1）：88-90.

[3] 梁帥.關于集中監視系統在調控中心的應用 [J].電子測試，2018（14）：64-65.

作者簡介：孫世龍（1987.02-），男，漢族，安徽合肥人，工程師，本科，研究方向：通導設備維護。