IT信息技術在云南人工影響天氣空域申請中的應用

杜 峰

云南省人工影響天氣中心 云南 昆明 650000

1 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統功能簡介

系統項目建設主要圍繞人工影響天氣作業的空域申請展開,建設的人影地面作業空域自動化申請系統軟件部分共分為:人工影響天氣作業申報管理平臺、人工影響天氣作業申報軟件、人工影響天氣作業語音申報平臺及人工影響天氣作業實時監控系統四個子系統。

1.1 人工影響天氣作業申報管理平臺

包含組織架構管理、用戶權限管理、作業點管理、作業記錄管理、作業記錄統計報表等功能。通過該平臺,便于管理部門有效管理作業點信息,及時了解作業點動態;準確記錄作業情況,進行數據統計分析,為管理工作決策提供有效數據支撐。

1.2 人工影響天氣作業申報軟件

包含作業申請、作業審批、作業情況回復、作業時間預警、系統自動同步對時五個子功能。主要用于完成人工影響天氣作業中的作業空域申請申報及批復。

1.3 人工影響天氣作業語音申報平臺

包含作業申請、作業查詢、作業取消、作業情況語音留言回復四個子功能。采用智能語音系統進行語音導航,在沒有條件使用人工影響天氣作業申報軟件的地區使用該平臺完成空域申請的自動化申報及批復。同時在作業申報軟件系統因網絡或其他突發因素導致系統離線時,該平臺作為備份系統,保證人工影響天氣作業工作的順利完成。

1.4 人工影響天氣作業實時監控系統

包含GIS地理信息、管制區域信息、航線信息、作業點信息、作業情況實時顯示。省級空管部門和各級人工影響天氣指揮中心通過該系統,可以對全省的作業情況進行實時監控。

2 系統分析及設計

2.1 業務分析及設計

2.1.1 省、市（區縣）人影辦的監控和作業管理設計

在云南省、市、區縣三級人影指揮中心安裝的作業空域監控與申請終端主要完成自動接收作業點的作業申請與空域申請批復,實現作業點動態信息顯示和作業空域申請情況監控,并將作業申請信息實時傳遞到軍航管制中心人影作業批復席位,接收該席位的批復信息,實時監測的同時向相應作業點下達準確的作業指令。同時具備地理信息背景上的作業動態信息顯示、監控能力、一級地理信息背景的控制操作能力;具備靜態作業數據、動態申請批復信息的記錄處理管理能力;具備與軍航作業批復席位同步的時鐘自動校準能力。做到準確傳遞作業申請、作業批復信息與顯示,準確監控作業動態,達成作業空域申請批復的自動化,提高作業批復效率,從而提高作業效率。

云南省人工影響天氣空域自動化申請管理系統的基本定位:作業點申請空域時省、市、區縣三級人影指揮中心都必須具有空域申請監控功能,實時的自動接收各級空域申請及席位批復信息情況。

2.1.2 軍、民航空管分析與設計

軍隊及民航空管部門對人影對空射擊空域的總體要求是:建立人工影響天氣管理與控制系統,是為了提高人工影響天氣空域申請的時效性,增強管制人員飛行調配的預見性、計劃性、實時性和準確性,更好地為人工影響天氣服務。

軍、民航管制中心要求在管制員席位上完成作業情況監控和作業申請批復,為了保證空中飛行安全,該席位必須具備自動校準時鐘和準確時鐘顯示和導入的能力;管制員還需要對所轄人影作業點及其申請計劃的動態掌握,所有作業申請被及時處理成炮射信息,并在地理信息背景上動態顯示;與此同時,作業地理背景的基本需求,必須具備各類圖層顯示控制、地圖測量工具、地圖控制工具、動態距離測量（航跡與作業點間的動態距離）作業點數據管理等能力。由此,空管中心的人影作業批復席位可以真正實現完成自動批復、作業狀態監控,達成提高作業效率的最終目標,并可以確?？罩酗w行安全。

2.1.3 提高管制值班效率

人工申報,平均每次審批需要5-8分鐘,平均每小時只能批復20余次作業申請。使用對空射擊自動申報系統后,對空射擊管理所需的信息可以自動顯示在一個平臺上,審批時間明顯縮短,可以控制到平均1-2分鐘可審批一次,預期每小時可審批40-50次申請。

2.1.4 提高信息精準度

原有對空射擊審批方式以語音通話為主,通話過程中可能由于口音、口誤、通話線路質量等原因在信息傳遞中造成差錯,存在安全隱患。新系統則以氣象寬帶網和數字專線網絡通信方式保證了信息傳遞的可靠性、精準度,杜絕了由此可能引發的危及飛行安全情況的發生。

2.1.5 明確坐標信息

以往管制員在接到申請后,需要人工查找對空作業點,查看雷達信號,依據空中飛行動態進行批復,不能精確掌握炮射作業點與航空器之間的相對位置關系。為確保飛行安全,管制員不得不縮短作業時間,擴大炮射活動飛行限制區,空域利用率較低。新系統則使炮射活動與空中航空器的相對位置一目了然,空域利用率提高了51%。

2.1.6 實現GPS統一授時

由于人工影響天氣作業點均為地方工作人員,申請的時間均以自己的手表為依據,值班期間多次出現手表時間與管制值班系統的GPS時間不一致情況。新系統實現了三方統一授時,解決了時間誤差給飛行安全帶來的隱患問題。

2.1.7 進一步規范監管。

新系統使用前,炮射作業的申請批復流程不夠清晰,責任不夠明確,管理手段也很單一,管制員對人工影響天氣炮射的實時監管難以實現。新系統則及時填補了這一空白,架起了炮射單位與空域管理單位之間的橋梁,開通了作業點與管制大廳之間的高速通道,使整個申請批復過程變得明確、規范。

2.2 系統設計

2.2.1 核心業務流程設計

業務流程圖如下:

如上圖:作業點通過甚高頻與縣級申報終端交互,縣級申報終端收到作業申請后①縣級申報終端根據實際情況和操作權限在終端設備上提出申請,申請數據直接送達省級業務調度中心,并將申請轉發至該縣的所有上級部門（注:此時上級部門可以根據權限取消該作業申請）,同時根據業務調度規則將業務申請發送至空管氣象專席。②省級調度中心將作業申請發送到空管氣象專席。③空管氣象專席在收到業務申請后操作受理功能,受理結果發送至省級調度中心。④省級調度中心將空管氣象專席的受理通知發送到申請發起單位。⑤空管氣象專席對已受理的申請進行空域申請,并將批復結果發送到省級調度中心。⑥省級業務調度中心將審批結果發送給縣級申報終端,并同步抄送給該縣的上級管理部門（注:此時上級部門可以根據權限緊急叫停該作業）。⑦作業點在作業結束（注:可能是被叫停,或天氣變化作業取消）后將作業結果通知縣級申報終端,并由縣級申報終端回復至省級業務調度中心。⑧省級業務調度中心將作業結果發送至空管氣象專席。

2.2.2 系統總體橫切分層設計

瀏覽器和客戶端向使用者提供UI交互,完成系統業務展現,并通過WEB服務器（非實時業務）和實時業務傳輸服務器（作業申請等核心業務）接入應用服務器事件總線,整個系統進入拓撲實時在線狀態。

應用服務器處理業務邏輯和數據訪問,詳細架構下節描述。

2.2.3 服務端軟件架構

云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統服務端基本架構設計分為四層:頂層是人工影響天氣地面對空射擊作業業務層,包括人工影響天氣對空射擊作業空域申請,空域使用計劃、空域批復指令和對空射擊作業信息的接收、轉發,作業狀態動態監控顯示等;

第二層是運行支撐層,提供對空射擊作業點的信息資料管理、用戶管理、權限甄別,流程定義,系統管理等功能,為地面對空射擊作業業務運行提供支撐;

第三層是數據服務層,主要進行數據的高速緩存,事務控制,對象級重組和封裝,并對數據進行業務層面的匯總、流轉,為支撐層和底層提供數據信息支持;

底層是傳輸層,處理并發和流控,對內通過氣象廣域網進行信息交互,對外通過綜合接入網關與全軍空管通信網路骨干節點進行信息交換。

2.2.4 功能設計

整個系統功能分為實時業務和非實時業務兩大塊,實時業務處理空域申請相關的核心業務,非實時業務處理基礎維護和作業點審核等功能。

3 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統創新性

3.1 綜合創新

系統的主要特點簡略來說可概括為以下幾方面“審批直達,提高效率。全程監管,隨時介入。流程靈活,自動伸縮。統一授時,避免差錯。數字化溝通,避免歧義。全程記錄,業務重現?！毕旅娓鶕I務職能進行分別論述。

3.1.1 一線單位

使用系統后,人工影響天氣作業申請從以往的獨占式順序處理（一個人接一個電話受理一次申請,電話不斷,受理阻塞）變成了并發處理,全省作業可以同時上報民航空管中心氣象專席,受理通道不會阻塞。自動獲取作業點經緯度、聯系人等相關信息,可以有效避免信息誤報,并同時降低工作量,提高工作效率。全省各部門使用統一的系統時間,減少計時工具不統一帶來的風險。作業信息存儲于數據庫,便于統計和產生報表,減少一線單位的統計和上報工作。杜絕由于地方口音、語速等問題導致的傳統電話申請誤報問題

3.1.2 上級監管部門

整個審批流程的數據自動記錄便于統計、查詢。形成有效的監管和總結,并且在事故產生后產生有跡可查的線索,明確責任劃分。可根據上級監管部門的臨時緊急情況,直接在全市系統中緊急叫停,方便特殊情況應急處置。

3.1.3 空域管制部門

通過民航空管氣象專席客戶端結合航線圖的申報受理系統,可由民航空管中心培訓民航空管氣象專席,對上報作業進行批量預處理后再上報民航空管中心（處理模式可與空管中心協商形成操作規程）。這樣可以極大的減輕民航空管中心的審批工作量。

3.1.4 全省綜合效能

隨著民航事業和空軍的發展,空域使用越來越飽和,可以用于人工影響天氣作業的間隙越來越碎片化。因此,快速直通的申請模式和高效傳輸的審批流程成為了人工影響天氣作業中必須要解決的首要問題。系統使用多播模式簡化申請流程,并采用授權功能監管作業申請。在云南省使用多年的經驗顯示,極端情況下的審批也不超過1分鐘,效率大大提升。系統采取了構架于傳統PSTN電話網的自動語音申報（全電話按鍵操作）+構架于廣域網的多網同步傳輸技術,解決了可靠性問題,兩個傳輸系統數據互通,互為備份,實現了全天候無故障的申請保障。

3.2 技術創新

3.2.1 系統基于WCF,架構模式采用SOA,后端應用服務采用多層設計,解耦徹底明確。多線程和并發模型清晰。通過設計有限狀態機來處理服務端智能分發,實現處理高并發且便于業務調整。后臺系統采用多層架構處理并發,減少延時。

3.2.2 領先的多網傳輸方案。實時系統的核心能力在于實時、并發處理和傳輸保障。以前的同類系統大多依靠且僅依靠電腦+網絡,出現系統故障時系統無法運行。而實際應用中,系統環境更加復雜,譬如線路故障,機器故障等等。為了應對實時系統中的種種問題,系統開創性的使用了自動語音申報技術作為主系統的實時備份,依靠傳統電話網實現系統并行在線,自動語音申報的所有數據與主系統共存,無須切換。

3.2.3 界面簡潔,操作簡單。根據一線操作人員的大量反饋,將所有操作壓縮到一至兩個操作,方便快捷。同時界面業務元素突出直觀,所有的業務信息通過顏色,聲音,真正、動等方式一目了然,快捷高效。

3.2.4 系統于2019年融入了智能穿戴,通過定制手環的方式將智能設備融入到業務當中,在大大增加了一線業務人員的靈活性的同時,強化了業務通知的及時性。

4 云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統現狀

云南省人工影響天氣中心空域自動化申請系統全省上線以來,以系統的簡潔明了,高效可靠獲得了一線單位的一致好評。對傳統業務的提升主要體現在以下幾個方面:

4.1 人工影響天氣作業申請實現了并發無阻塞,避免了以前因為電話占線產生的申請無法及時送達。

4.2 系統自動采集作業相關信息,高效準確,同時避免了以往因為地方口音和語速問題導致的申報傳遞不準確。

4.3 地理信息系統準確反應位置,便于和雷達圖進行對比觀測,使作業申請更具科學性。

4.4 自動報表減少了數據統計和上報工作,解放了部分生產力。

4.5 按照權限處理緊急叫停,在毫秒級送到一線單位,實現高效的緊急情況處理。

4.6 上級管理部門和領導按照權限實時在地理信息系統上監控和查看一線作業情況,便于指揮決策和查詢。

5 未來發展方向

5.1 操作系統和應用軟件國產化,確保核心技術自主可控。完全脫離對境外軟件的依賴。確保人工影響天氣作業空域申報這樣的保障系統,不再隨時可能面臨境外技術封鎖

5.2 適配氣象大數據云平臺-天擎環境,實現系統平穩移植和靈活部署。把業務托管于天擎云之上,可以有效地使用天擎云的存儲及計算資源,并可以使用天擎云上的共享數據和算法,為以后拓展更多的應用模式打下良好的平臺基礎。

5.3 面向人工影響天氣作業申請信息系統的典型應用場景,構建以天擎云為底層支撐,國產自研微服務框架為主干,將整個系統按微服務劃分,容器化部署,實現業務容器集群保障和外部訪問統一服務網關。達到以人工影響天氣申請信息系統為發起點,開放融入其他業務系統的業務引擎平臺的目的。