基于自動氣象觀測系統的氣壓數據對比的設計與實現

關鍵詞：氣壓；數據對比；自動氣象觀測系統

0 引言

修正海平面氣壓（QNH） 是指將場面氣壓按照標準大氣條件修正到平均海平面的氣壓值。航空器在起飛或著陸階段需要準確的跑道面高度信息，該信息可通過航空器高度表指示的氣壓高度減去QNH計算得出[1]。如果QNH不正確，航空器將無法獲得準確的跑道面高度信息，這可能導致提前接地或高度過高而無法降落等安全風險[2]。在嚴重情況下，甚至可能發生航空器撞山、撞地或沖出跑道等安全事故，造成人員傷亡和財產損失。為確保提供準確的場面氣壓數據，空管領域采取了“人防”和“技防”措施，其中“技防”主要依靠氣壓對比軟件來監視氣壓數據[3]。

MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款廣泛應用于民航空管領域的自動氣象觀測系統，能夠測量、處理并提供跑道周邊的氣象要素信息。MIDAS IV系統具有豐富的配置文件和良好的可擴展性，本文通過擴展其配置文件，設計了一種新的氣壓數據對比方法，能夠在數據差異過大時及時發出告警。

1 系統架構與配置文件簡介

自動氣象觀測系統[4]是VAISALA公司設計的一款基于遠程對象體系結構的氣象要素探測與處理系統，由服務和對象兩部分組成，每個功能可由一個或多個服務實現，對象由服務生成并用于存儲數據。MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款自動氣象觀測系統，該系統有多種配置文件[5]，用于存儲系統運行所需的參數，例如傳感器數據格式、氣象要素計算方法和網絡配置等。本文通過擴展配置文件實現氣壓數據對比與預警，相關配置文件簡介如下：

1） Sensors.ini文件用于配置傳感器基本信息，定義傳感器的傳輸線路、驗證方式、工作模式和消息格式等；

2） Message.ini文件用于解析傳感器數據，將數據按獲取時間、獲取頻次、消息頭域和消息尾域等內容進行劃分拆解；

3） Ports.ini文件定義了網絡配置信息，用于傳感器與系統交換數據；

4） Eval_srv.ini文件用于自定義數值運算與邏輯判斷；

5） Listalert.ini文件用于制作警告消息；

6） Av_alarms.ini文件用于將警告信息與系統顯示控件關聯，實現告警顯示功能。

2 氣壓對比的方法設計

本機場使用兩套自動氣象觀測系統探測跑道周邊的氣象要素信息，跑道同端的氣壓數據由位于不同位置的傳感器測量獲取。由于環境和設備差異等因素，測量結果可能存在細微差異，但過大的差異則表明數據可能存在錯誤，且無法確定失效的傳感器。為及時識別錯誤的氣壓數據，快速識別出失效的傳感器，本文在現有氣壓數據的基礎上，通過擴展Sensors.ini和Message.ini配置文件，引入振筒式氣壓儀作為第三個數據源，并將測量數據輸入MIDAS IV系統，再配置Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件，實現氣壓數據對比和異常數據告警功能。

2.1 振筒式氣壓儀數據的接入方法

振筒氣壓儀是一種測量氣壓的傳感器，當傳感器接收到系統發出的查詢命令時會返回一組氣壓數據，這種工作模式稱為輪詢模式。首先需要通過配置Sensors.ini使MIDAS IV系統能夠識別振筒氣壓傳感器。在Sensors.ini文件中，字段TYPE用于定義傳感器類型，此字段設置為Generic表示振筒氣壓傳感器屬于通用類傳感器；字段COMMUNICATION_MODE 用于定義傳感器的工作方式，標識4表示傳感器工作方式為輪詢模式；字段COMMUNICATION_ID定義了振筒氣壓傳感器與系統的通信網絡參數；字段ITEMS、ITEM_1和FORMAT_1用于存儲振筒氣壓傳感器返回的氣壓數據。Sensors.ini配置如下。

Message. ini 配置如下，其中字段MESSAGE_HEADER和MESSAGE_TAIL分別定義了振筒氣壓數據的消息頭和消息尾，字段POLL_STRING定義了輪詢命令，每當振筒氣壓儀收到輪詢命令R時，會返回一個格式為PAINS 的消息。字段FIELD_COUNT 和FIELD_11Ucr8Lxv1PUFChFSjWlS5Q== 定義了數據的長度和內容，MIDAS IV系統根據Message.ini配置文件對消息進行解析，并用于后續的計算。

2.2 氣壓數據差值的計算

通過修改Eval_srv.ini文件實現氣壓數據的差值計算。其中FIELD1_EVAL 至FIELD3_EVAL 分別存儲3源氣壓傳感器測量的氣壓數據，對3組氣壓數據任意兩組做減法，得到的差值存儲到FIELD4_EVAL 至FIELD6_EVAL中。

2.3 告警實現方法

首先根據行業標準確定氣壓差值的閾值。當Eval_srv.ini文件中計算得到的氣壓差值超過閾值時，判定傳感器數據存在差異，生成告警信息并在顯示終端軟件中發出告警提示。通過配置Listalert.ini 和Av_alarms.ini文件實現告警提示功能，配置方法如下。

上述內容為1 組數據對比實現方法，字段LIST_OBJECT_NAME和LIST_ITEM_NAME用于指定需要進行判斷的數據差值，字段HIGH_LIMIT 和LOW_LIMIT指定了數據差異的上限和下限，其他兩組數據對比配置與上述內容基本相同。

在Av_alarms.ini 文件中，將字段COMPONENT_NAME賦值為控件名稱，字段ALARMSET_ID賦值為Listalert.ini中定義的告警信息編號，實現控件與告警信息的關聯。

3 實驗結果

為驗證方法的有效性，模擬向MIDAS IV系統同時發送3組氣壓數據，用于驗證系統解析數據和判斷數據差異的準確性。圖1為數據解析與差異判斷的結果，其中ZHENTONG_PRESS表示系統解析振筒氣壓傳感器后得到的氣壓數據，DETA1、DETA2和DETA3 表示不同傳感器之間的氣壓差值。實驗結果表明，系統能夠解析振筒氣壓傳感器的氣壓數據，能夠計算不同氣壓之間的差值。圖2為數據對比顯示與告警提示信息，當氣壓差值超過閾值時，終端顯示軟件會自動發出告警信息，并標出觸發告警的數據源。

4 總結

為實現氣壓對比功能，本文提出了一種基于MIDAS IV系統的氣壓對比新方法。通過擴展Sensors.ini和Message.ini文件成功接入振筒氣壓數據，為判斷失效數據奠定了基礎。在Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件中定義了三源氣壓數據對比方式和判斷數據差異過大的閾值。當氣壓數據超過閾值時，系統自動生成告警信息并提示。最后通過實驗驗證了該方法的有效性和準確性。