民航空管傳輸業務故障診斷系統的設計與實現探究

羅朝輝

（民航甘肅空管分局，甘肅 蘭州 730000）

1 系統結構體系與技術

1.1 B/S 架構

伴隨Internet 技術的發展，瀏覽器與服務器（B/S）結構下，用戶能順利利用瀏覽器訪問瀏覽界面，在前端（Browser）能實現一些邏輯，而主要的系統邏輯是在后端達成的，即服務器端（Server）。把系統與數據統一存儲在后端，能夠明顯減輕前端設備的負荷，降低系統維護與升級工作量和時間成本，減少了用戶的總開銷。B/S 三層體系結構采用三層客戶端服務器結構，將以中間層增設到客戶端與服務器端之間，故而該體系被叫作三層結構。

伴隨中間層技術成熟度的提高，這種三層結構日益流行，理論上把該結構體系細分成顯示層、邏輯層、數據層3 個處理層次。以上這3 個層次相互獨立，一層不改變時不會影響另一層的狀態。

1.2 技術

（1）SecureCRT：以IP/ATM 架構形成的數據通信操作系統平臺（VRP）是空管傳輸故障診斷系統建設的基礎。應用SecureCRT 能順利登陸到空管傳輸系統內，進到業務窗口，能夠完整地查看端口統計到的業務信息。SecureCRT 被公認成銜接Windows、UNIX、VMS 等的理想化工具，其能于Windows 下登錄華為VRP 系統，并對該系統進行相應操作。

（2）PHP 技術：這是一種多用途腳本語言，特別是在Web 開發領域表現出較高的適用性。PHP 語法特殊，混合應用了C 語言、Java、Perl 和PHP 的自創語法。一般利用PHP 解釋器處理PHP，這種解釋器和CGI 或Perl 相比較，能更快速有效地執行動態網頁[1]。利用PHP 制作出的動態頁面和其他類型的編程語言做對比，能更加順利地把PHP 代碼嵌入HTML 代碼內，編譯能實現加密與完善代碼運行過程，進一步提高實際執行效率。

2 系統設計

2.1 系統概要

（1）功能結構設計：可以把該診斷系統的功能分成故障診斷、數據庫維護、系統登錄、留言板等。其中，故障診斷功能有自動診斷、人工干預診斷之分；數據庫維護主要由業務信息、自動診斷及人工干預診斷規則維護等部分構成。

（2）整體結構設計：如圖1 所示，本文設計的故障診斷系統和專家系統有很大相似之處，知識庫、推理機、動態頁面等是該系統的主要構成[2]。

圖1 診斷系統結構圖

在該系統內，主要用動態數據庫存儲系統知識庫之外的其他數據，故障診斷相關知識被統計在知識庫內。知識庫聚集系統正常運行所需的知識，基于檢修人員工作的歸納及自身檢修維護經驗去獲得相應知識。在后期工作中可以持續修改知識庫內的知識，排解掉對故障問題診斷結果產生影響的主觀意見，提升最后診斷結果的精準度。推理機主要是管理控制故障求解過程的，其結合故障診斷的目標對象，以設計好的計算機推理過程為依托推導出結論，而后和規則庫內的規則進行匹配，生成最后結果。人機接口為系統和運維人員溝通的頁面，幫助檢修人員運用系統對故障問題作出合理診斷。動態頁面是Web 多種功能實現的重要基礎。

（3）網絡結構設計：完善結構設計效果，確保診斷系統和空管傳輸系統有效銜接，設計該診斷系統的網絡結構如圖2 所示[3]。在監控機房內安裝服務器、客戶端，客戶端的部署位置不固定。交換機的功能主要是銜接空管傳輸系統與診斷系統，服務器執行B/S 架構內全部系統邏輯層、數據層的測算任務，客戶端用于呈現B/S 架構。

圖2 系統硬件結構圖

2.2 功能詳細設計

（1）數據信息采集：規劃自動診斷功能前，要設計數據信息采集方法，通過這種方式獲得訓練樣本，實現對神經網絡模型的科學訓練。設計過程可以做出如下概述：首先，設計SecureCRT 腳本。SecureCRT 操作VRP系統，會自動形成session.log 日志，利用其保存VRP 系統的全部操作與顯示信息，為提取日志內的信息創造便利。其次，設計數據采集Matlab 腳本。應用該腳本處置session.log 日志；importdata（）獲得session.log 日志，Data（）提取相應的行，regexp（）則提取行內的數據，成為一個向量；依次進行減法計算，獲得短短10 s 中的業務信息。最后，業務數據采集的運行[4]。把業務數據用在SecureCRT 和Maltab 上，在人機接口頁面怎樣有效控制運作。本系統規劃用PHP 應用程序控制人機接口頁面。PHP 采用四種方法運行系統外的應用程序命令，分別是exec（）、passthm（）、system（）、shell exec（），exec（）執行命令時不輸出結果，是常用的函數，本系統設計時利用exec（）執行應用程序。SecureCRT 與Matlab 運作成功后會生成session.log 與success.txt，以file_ exists（）判斷文件的存在性，來判斷業務數據采集成功與否。

（2）自動診斷功能：設計Matlab 腳本。該腳本要采用前期設計好的神經網絡模型診斷業務數據，用于存儲數據庫的表格類型也有差別。運行自動診斷功能，該功能運行方式和業務數據信息采集一致，均利用exec（）進行控制，具體是在服務器端運行SecureCRT 和Matlab，把形成的診斷結果傳輸到人機接口頁面上。

（3）人工干預診斷功能：首先，維護工作人員進到人工診斷人機接口頁面，完整地呈現出故障現象邏輯表與干預診斷頁面，在此基礎上通過人工檢查故障。其次，執行完故障檢查工作后，于診斷頁面上精準地選出故障現象，隨后點擊查找到診斷規則庫內對應的內容。最后，在人機接口頁面內完整地呈現出人工診斷規則，人工干預診斷流程結束。

（4）數據庫維護功能：具體設計時，要明確被維護的數據類型，具體維護操作，維護過程中要注意的問題等。操作傳輸業務實際位置信息時，要設置修改、新增及刪除信息的功能。在診斷規則庫內設置修改診斷結果的操作，借此方式提升故障診斷的精準度。

（5）登錄功能：用戶把注冊申請呈遞給有關部門，系統管理員采集到申請以后幫助用戶完成注冊，其他人不可私自注冊身份信息。身份信息注冊好以后，應將其輸進人機接口界面，即可登錄系統。

（6）留言板功能；留言板為系統的電子便箋，其在維護人員及管理員溝通中發揮巨大作用，維護者可以把自身遇到的問題及建議等存留在該頁面上，便于他人閱覽。維護人員把留言信息輸到人機接口頁面，把信息填到數據庫內，接口頁面便能完整地呈現出數據庫內所有留言信息（圖3）[5]。

圖3 留言板功能流程圖

2.3 數據庫的整體設計

采用E-R 模型闡釋數據庫結構。本課題設計系統時，遵照整體化原則，把數據表分成如下兩類[6]：其一是動態數據庫，包括業務信息表、業務數據表、用戶及留言信息表等。其二是知識庫的設計。診斷結果庫diagnosis_result 存儲自動診斷所得的結果數據及診斷時間，比如診斷結果1000000，診斷時間2018-11-26 11：33：28；故障現象邏輯表fault_logic 的功能主要是闡釋不同故障現象之間的邏輯關系，主要被用在人工干預診斷方法應用過程中。本系統依照業務故障現象間的邏輯關系建樹，比如甚高頻發射故障被分成本端正常與異常，前者又可以分成遠端正常及異常。對于診斷規則庫的設計，把產生式規則作為規則表現方式，這種規則方式由條件、結論兩部分構成，可以分別被叫作If、Then。自動診斷傳輸業務故障時的產生式規則實例是“If0001000，Then 遠端傳輸設備故障”。

3 系統的實現

3.1 自動診斷功能

（1）SecureCRT 腳本：結合SecureCRT 腳本運行流程，編譯腳本，生成session.log 日志，由其內采集業務數據。以上過程中，采用適宜方法管控SecureCRT 登錄設備，運行VBS 腳本，生成實際所需的session.log 會話文件。

（2）Matlab 腳本：對于數據采集腳本，先用importdta（）讀取日志，生成變量Data，精準提取行的相關信息。隨后用函數regexp（）提取業務數據，賦值，str2num（）將其處理成可計算的數字，把10 s 后的業務數據和10 s 前的做減法，就可以得到10 s 中的業務信息。對于自動診斷Matlab 腳本，存儲前期訓練好的BP 神經網絡模型，存儲格式為mat。在該腳本內，可以用load（）直接調取BP 神經網絡模型。

（3）業務數據采集功能[7]：一是管控SecureCRT 運行VBS 腳本，成功執行后生成session.log 日志，用file_exists（）函數檢查session.log 的存在性，判斷腳本是否被成功執行，成功、失敗分別彈窗“程序執行完畢/失敗”。采集Matlab 腳本成功執行以后會生成success.txt日志，file_exists（）函數檢測日志的存在性。當腳本執行成功后會自動剔除session.log 與success.txt。點擊數據采集按鈕后等待10 s，出現“程序執行成功”提示信息，表明業務數據采集任務完成。

3.2 人工診斷功能

該項功能的實現是參照人機接口頁面選出的故障現象，查閱人工診斷規則表內相應的診斷結果，系統會把結果完整地呈現在人機接口頁面上[8]。

把故障現象邏輯表呈現在人工診斷頁面上，該環節應用到了PHP 無限級分類生成樹這種形式，各個故障現象在生成樹上均有相對應的位置。維修工作人員按照先后檢查父級、子級故障現場的邏輯方式，組織人工檢查故障發生情況。隨后把實際故障現象作為查找條件，診斷規則表內的診斷結果作為結果，點擊診斷按鈕，實現查找診斷結果的人工診斷功能。

3.3 數據庫維護功能

具體是配合應用PHP 與MySQL 結合數據庫維護程序流程，實現相應的功能。比如針對修改功能，其實現方法可以做出如下闡述：系統先讀取相應的業務信息，早期建表時各條業務信息均有適宜的id 編號，系統讀獲編號內的業務信息，而后將其完整地呈現在相應頁面上，維護工作人員精準發送，輸進修改信息，配合應用update 的方法把修改所得的信息添加至數據庫內。進到數據庫維護頁面，選出需要進行修改的行，點擊“編輯”按鈕，彈跳出相應的修改頁面，輸進修改后的信息，點擊“確認”完成修改功能。

而在實現刪除功能時，系統先精準找到對應id 編號的業務數據，然后通過delete 的方法直接刪除id 編號的業務信息。選出需要進行刪除的行，單擊“修改”按鈕，確定后執行刪除功能[9]。

3.4 登錄功能

登錄功能實現時應用了PHP+MySQL，先把相關信息輸送到頁面內，隨后輸入邏輯查詢代碼、＄_POST 傳遞參數，在數據庫內反復探查mysql_fetch_array 語句。數據庫查找輸入的兩個參數，一是用戶名，二是密碼。登錄時，系統自動查找用戶信息表內是否存在著用戶名與密碼。前期沒有注冊的人員，數據庫無法查詢到相應結果，返回至登錄失敗界面。在信息驗證成功以后，呈現出系統地址。

3.5 留言板功能

留言板功能即結合留言板功能程序執行情況實現相應功能。留言板自身構造簡單，實用性強，具備多數留言板的基本使用功能。實際操作留言板的過程較簡單，進到留言板頁面后，可以自由瀏覽他人的留言信息，頁面下方能觀察到留言輸入框，輸進內容以后點擊“留言”按鈕就可以完成。

4 結束語

為了使空中交通安全得到保障，民航空管部門不斷提升空中交通指揮水平，但空中交通指揮信息傳輸安全保障長期應用傳統的故障診斷模式，因此做好民航空管傳輸業務的維護工作具有很大的現實意義，應嘗試把智能化與信息化方法用于維護工作的實踐中。本課題設計了空管傳輸業務故障診斷系統，合理應用該系統，提升維護人員的操作效率，使傳輸業務維護工作的質效得到保障，為我國航空事業健康、長久發展保駕護航。