銀川機場自觀系統光纖傳輸及無線備份傳輸設計

羅程輝，廖彬武

（民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750000）

隨著銀川經濟快速發展，銀川河東國際機場吞吐量連年攀升，航班量大幅增長，氣象保障壓力顯著增加。自動氣象觀測系統（以下簡稱“自觀系統”）作為氣象保障的主要手段，是航空安全保障的重要設備之一，自觀系統的穩定運行在飛行安全中扮演著至關重要的角色。而河東機場自觀系統所用到的通信電纜為1997 年機場建設時鋪設的，已運行22 年，線路老化導致其穩定性較差，對安全保障造成極大影響，所以自觀系統光纖傳輸改造刻不容緩。

1 銀川河東機場自觀系統運行現狀

1.1 自觀系統設備現狀

銀川河東國際機場為4E 級機場，跑道長度3 600 m，所用自觀系統設備為芬蘭維薩拉公司（Vaisala）生產，2009 年建成，自2010 年9 月起正式投入運行至今。目前銀川河東國際機場自觀系統傳感器有2 套云高儀（CL31）、3 套大氣透射儀（LT31）、1 套前向散射儀（FD12P）、2 套自動站（MAWS301）和1 套單風站，其中2 套云高儀分別安裝在跑道兩端中心延長線260 m 處，其余設備分別按要求安裝在跑道北端（21號）、跑道南端（03 號）和跑道中間端（MⅠD）中心線向東90～110 m 處。銀川機場自觀系統設備及傳輸線路如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，安裝于跑道南、北、中間端室外設備傳感器采集到的數據最終到達CDU（中央數據處理服務器），經CDU 進行數據處理后發往各用戶終端使用。其中，室外設備傳感器到MCU111 之間全部由大對數線纜連接，Modem 傳輸，距離長達3～5 km，中間節點較多，經過了各航向臺、下滑臺和信標臺，到達機場辦公樓，再到老航管樓，最終到達新航管樓中心機房。

圖1 自觀系統設備及傳輸線路圖

1.2 自觀系統傳輸線路現狀

從圖1 中可以看到，室外設備傳感器輸出信號先接入至旁邊的航向臺、下滑臺和信標臺房屋里的大對數配線架，這一段距離在20～300 m 左右不等，距離較短，且于2009 年自觀系統建設時鋪設，年代較近，信號傳輸較穩定。信號從各臺出來后經過機場辦公樓機房、老航管樓，最后到達新航管樓，其中除老航管樓到新航管樓線纜為2017 年機場三期建設新鋪設外，其余均為1997 年河東機場建成時鋪設，使用年限超過20 年，線路老化嚴重、距離過長、信號質量較差。

此外，由于機場部門已使用光纖傳輸代替大對數線纜，此段線纜便無人維護，信號傳輸問題成為自觀系統最頻繁故障點，對安全保障造成了極大隱患。

2 光纖傳輸改造方案設計

2.1 組建光環網[1]

考慮到傳輸的冗余性、可靠性、穩定性及長遠規劃，擬建立光環網。組建后的光環網及室外設備連接如圖2 所示。

圖2 自觀系統光環網示意圖

從圖2 中可以看出，在南北航向臺、南北下滑臺、信標臺里加裝MOXA 串口服務器、交換機和光傳輸設備。其中，串口服務器用于將傳感器輸出的數據信號轉換為TCP/ⅠP 網絡信號，交換機用于交匯數據，光傳輸設備（華為OSN1500）用于組建光環網。

擬鋪設一條18 芯光纜將常規觀測場、北航向臺、北下滑臺、信標臺、南下滑臺、南航向臺及風廓線雷達連接起來，利用現有的常規觀測場至老航管樓光纜、老航管樓至新航管樓光纜和風廓線雷達至新航管樓光纜形成環網。在新航管樓放置環網管理終端，監控環網工作情況。

2.2 自觀各設備接入光環網

光環網組建后，各設備接入環網方法如下。

南北航向臺、南北下滑臺和信標臺內安裝機柜，在機柜內安裝機架式串口服務器、交換機和光傳輸設備。

云高儀CL31：利用原有線纜將CL31 接入串口服務器，將串口數據轉換為TCP/ⅠP 網絡數據，然后將串口服務器接入交換機，最后將交換機接入光傳輸設備傳回航管樓中心機房。

大氣透射儀LT31：將LT31 傳輸模式調整為RS485模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設備。

自動站MAWS301：在MAWS301 數據采集器中加裝DSⅠ486B RS485 模塊，傳輸模式調整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設備。

前向散射儀FD12P：將FD12P 傳輸模式調整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設備。

單風站：將單風站傳輸模式調整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設備。

航管樓機房內：不再使用MCU111。MCU111 作用就是通過其中的TS16 串口服務器將串口信號轉換為網絡信號，維薩拉公司已不再生產MCU111。改造后，只需要把MCU111 替換為光交換機，將其與光傳輸設備相連，再將CDU 服務器和各用戶終端與交換機相連。

各設備傳感器數據通過串口服務器、交換機和光傳輸設備最終到達中心機房自觀交換機，CDU 服務器與自觀交換機相連，接收并處理數據后發往各用戶端顯示。由于自觀系統運行中還有許多設備需要串口原始數據，所以在自觀交換機上連接一個串口服務器得到串口數據。

3 自觀系統備份無線傳輸方案研究

3.1 備份無線傳輸的必要性和可行性

目前，銀川河東國際機場正在加快進行光纖傳輸改造項目，改造后自觀和遙測系統都會加入光纖環網，大大增加了傳輸的可靠性。但由于主備系統同用一條傳輸線路，加之銀川機場的快速發展，各種工程建設項目不斷增加，同時跑道距離航管樓比較遠，不可控因素較多，一旦施工將光纖挖斷，那自觀和遙測系統數據將會全部丟失，且短時難以恢復，還是存在一定風險。所以有必要備份一套無線傳輸方式。

自觀系統無線傳輸的可行性如下：①銀川機場塔臺高60 m，位于跑道中間端西側1.1 km 處，中間隔著候機樓。塔臺頂部及塔臺14 樓外側平臺能直線看到跑道南北及中間端安裝的自觀設備，且無遮擋物，非常有利于無線傳輸。②無線網橋設備技術成熟、價格低、可實現度高。

3.2 無線傳輸方案設計

擬采用5.8 GHz無線技術搭配MOXA 串口服務器實現自觀無線傳輸。由于銀川機場跑道自觀傳感器分布在5 個位置，且相距較遠，所以需要布置5 個無線網橋發射點，再在塔臺14 樓外側平臺點對點布置5 個無線網橋接收點。數據到達接收網橋后，由網線從14 樓傳回2 樓中心機房。無線網橋布置如表1 所示。

表1 無線網橋布置表

由表1 可知，分別在北航向、北下滑、中間信標臺、南下滑和南航向自觀傳感器處安裝無線發射網橋，北航向CL31 接入網橋1，北下滑FD12P、LT31、MAWS301 接入網橋2，中間端LT31、單風站接入網橋3，南下滑LT31、MAWS301 接入網橋4，南航向CL31 接入網橋5。

北航向處的網橋安裝在云高儀水泥基座上，正對塔臺方向。在云高儀旁安裝小機柜，機柜內放置寬溫串口服務器，將云高儀輸出信號接入串口服務器轉為網絡信號后再接入無線網橋1，云高儀輸出信號線由原來輸出端子并出一路線。

北下滑處的網橋安裝在自動站風桿上，正對塔臺方向。在風桿旁安裝小機柜，機柜內放置寬溫串口服務器，將LT31、FD12P、MAWS301 輸出信號接入串口服務器轉為網絡信號后再接入無線網橋2，各設備輸出信號線都由并線而來。

中間信標臺處的網橋安裝在獨立風桿上，正對塔臺方向。在風桿旁安裝小機柜，機柜內放置寬溫串口服務器，將LT31 和單風站輸出信號接入串口服務器轉為網絡信號后再接入無線網橋3，各設備輸出信號線由并線而來。南下滑和南航向無線網橋安裝及信號線接法同上一樣。

塔臺14 樓外側平臺安裝5 個對應的接收網橋，網橋接收到數據后通過14 樓機房配線架與2 樓中心機房配線架連接，最后數據進入交換機，然后將CDU 服務器接入交換機進行數據處理。

自觀系統無線傳輸數據流程圖如圖3 所示。

圖3 自觀系統無線傳輸數據流程圖

擁有了備份無線傳輸方式后，需要將傳回的數據接入自觀系統進行處理顯示，由于有線和無線傳回的數據不能同時接入同一個CDU 服務器，所以需要新增一臺CDU 服務器供無線傳輸使用，形成2 套獨立的自觀系統，在用戶端將2 種傳輸方式傳回的數據分別獨立顯示，這樣備份可靠性較高。

4 結束語

本文從銀川機場自觀系統設備及傳輸線路現狀著手，根據實際情況探究了光纖傳輸改造的方案，并在此基礎上論述了備份無線傳輸的必要性和可行性，以此提出了銀川機場自觀系統備份無線傳輸方案。此方案在傳感器端無線網橋的位置選擇及最后的數據處理顯示都存在一些缺陷和不合理，需要更多的設計和調整。