民航空管气象观测自动站塔台终端设计论文

SCI论文（www.lunwensci.com）：

　　摘   要：  民航空管气象自动观测系统提供机场本场实时地面气象观测资料,服务于空管管制、气象和航空公司、机场等单 位, AMS- Ⅱ自动气象观测系作为某些民航空管单位气象自动观测系统的主要备份手段,在实际工作中起着重要作用。为了更 好地利用 AMS- Ⅱ自动气象探测设备做好航空气象服务工作,在开发服务于塔台管制的气象观测相关软件的基础上,本文作者 通过进一步研究塔台管制对气象观测资料的需求, 结合本单位 AMS- Ⅱ自动气象观测系的配备情况,探讨开发基于 AMS- Ⅱ自 动观测系统的塔台数据显示终端,为塔台管制工作人员实时提供方便使用的实时信息资料,以提高资料获取效率,保障飞行运 行安全。

　　关键词：气象观测终端 ；AMS- Ⅱ系统 ；塔台管制 ；航空气象


　　【Abstract】：Automated Weather Observing System of Aviation provide real-time weather information of local airport, serving for traffic control departments, meteorological departments, airline companies, airports, etc. As the main backup Automated Weather Observing System in some air traffic control departments, AMS- II Automated Weather Observing System plays an important role in practical work. In order to do a better job in Aeronautical Meteorological Service by using AMS- II System to ensure safe operation of aircraft by providing more understandable, practical, weather data, improving the efficiency of controller working, the author exploring the development of a data display terminal based on AMS-II automatic weather observing system by further studying the requirements of tower control for weather observing data, and combing the equipment application of AMS-II automatic weather observing system in our institute.

　　【Key words】：terminal of automated weather observing;AMS-II;Air Traffic Control Tower;Aviation Meteorology

　　0　引言

　　民航气象观测是民航空中交通管理系统的一支重要工种[1],其提供的本场天气实况信息资料,对安全生产运行起着重要保障作用。塔台管制部门作为负责管制航空器起降的单元,在保障飞行安全运行的工作中,需要及时掌握对飞行安全运行有重大影响的本场天气实况信息资料。

　　塔台管制部门配备有完整的、可靠的、主备兼用的民航气象观测信息提供设施。但是,由于民航山东空管分局采购的AMS-Ⅱ自动气象观测系统是根据单位实际需求配备的传感器,原配属的信息终端是其基础性的软件,其业务界面功能与实际传感器情况不符,与塔台管制部门对本场气象观测的业务界面需要还存在较大距离,当启用作为本场气象观测信息系统运行时,因信息界面的问题,会给塔台管制人员带来一定的困扰,影响飞行运行安全保障情况,存在一定的安全隐患。

　　《民用航空气象观测技术政策》第三十五条和第三十六条分别提出“加强观测技术设备本地化应用研究工作”,“加快机场基本气象观测设备的完善和自动气象观测系统软件功能的优化”[2]。为此,作者按照我国民航气象行业标准和业务规范要求[3-5],根据本单位AMS-Ⅱ自动气象观测系统的实际配备情况,结合塔台管制部门的业务需求,充分开发现有硬件资源,设计、研发了塔台AMS-Ⅱ自动气象观测系数据接收处理系统软件,实现了自动读取处理本场气象观测数据、自动监测特殊天气、自动监控系统运行过程等一些列民航气象观测业务功能,为塔台管制部门提供简明直接的本场气象观测实况信息资料,更好地在启用备用设备时,保障飞行运行安全管制服务。

　　1　AMS-II自动气象观测系统的现状及其存在问题

　　1.1AMS-Ⅱ自动气象观测系统的现状

　　民航气象台使用的AMS-II自动气象观测系统(以下简称自动站系统)广泛应用于航空气象观测工作,厂家将该系统设计为能够测量、处理、显示、存储及发布气象数据信息(包括气压、气温、露点、相对湿度、风向、风速、雨量、能见度、RVR、背景亮度、云和天气现象等气象要素)的自动化集成系统[6]。

　　根据单位设计需要,本场的AMS-II自动气象观测系统由位于观测场的风向风速、温度、湿度、气压、雨量气象传感器和通信控制器、服务器、观测、预报、塔台终端及其工作中运行的软件组成。

　　系统的中心通讯控制单元通过串口数据线与服务器通信,服务器通过交换机与观测、预报等用户工作站相连接,服务器和工作站组成基于TCP/IP通信的局域网。观测场内的各传感器实时采集的气象数据通过气象数据采集器传送到通信控制器上,通信控制器将气象数据汇总后再上传到系统的服务器,服务器定时向通信控制器索取气象数据等资料,并将气象数据打包分发到观测、预报等各用户终端[6]。

　　AMS-II自动气象观测系统设计有专门的两种接口,供外部系统获取其自动观测数据。(1)航标9接口,数据格式为符合《中华人民共和国民用航空行业标准》的第9部分：自动气象观测系统数据输出格式的内容,该接口采用UDP网络协议向同一网段的局域网的3019端口输出本系统服务器提供的气象观测数据。(2)厂家自定义接口,输出厂家自定义的数据格式[6]。

　　1.2本场AMS-Ⅱ自动气象观测系统存在问题

　　部分民航气象台配备的AMS-II自动气象观测系统(以下简称自动站系统)安装在气象观测站内的观测场中,根据业务需要,仅配备有风向风速、温度、相对湿度、气压、雨量气象传感器。原自动站系统虽然能满足业务需求,但由于不是为应用单位专门设计,仍存在以下不足之处,无法更好的满足塔台管制部门的需求。


　　1.2.1显示页面设计方面

　　由于我单位自动站系统是安装在观测场,且没有配备能见度、背景亮度、云和天气现象等传感器,而自动站系统原配的业务终端界面采用的是安装在跑道两端的模式设计,虽然存在可选单端或双端跑道气象观测要素显示,将观测场定义成某跑道方便用户选择显示,但是在实际应用中,存在塔台管制人员选错跑道,发现无数据,或选择两端显示,造成一端无数据,致使使用人员误以为自动站系统故障,不能使用的现象。

　　作为备用系统,启用时往往是主用系统故障或停用时,此时如果因误会发现备用系统存在问题,必然会给塔台管制人员带来额外的干扰,对正常的飞行管制指挥工作带来不利影响。
　
　　1.2.2显示数据方面

　　塔台指挥坐席前面空间有限,在有限的空间内需要近可能多的安装各类信息终端,安放位置及数据信息的呈现,都需要做多方面考虑。作为本场气象观测系统备用系统的自动站系统塔台管制终端,吊装位置相对较远,需要做到重要气象要素显示突出,简单明了,让塔台管制人员一目了然,这样才能在启用备用设备时,迅速无缝衔接的及时提供相关信息。原自动站系统塔台显示终端在数据呈现显示设计上,由于是采用通用设计,相对在满足我单位塔台管制人员的需求上,存在一定不足。

　　2　解决办法

　　为方便塔台管制人员使用,减少不必要的操作,针对原观测自动站塔台显示终端存在的多个可选显示页面问题,作者通过调研使用单位塔台管制部门的需求,提出根据只有一个观测点的情况,将终端显示界面设计为一个显示界面,跑道选择直接使用安装方位的跑道,取消跑道选择操作,避免因选择跑道位置带来的不便和误解。

　　针对管制人员对不同气象观测数据的不同的显示要求,以及根据现有传感器提供的气象观测数据的情况,对显示界面的显示布局进行重新调整,对塔台管制工作需要重点关注的气象观测数据进行放大、突出显示,方便塔台管制人员一眼看到,简单明了。

　　对观测自动站系统的相关资料进行了研究,发现其服务器通过采用网络UDP传输协议向局域网中广播观测数据数据流,频次为每间隔5s一次向3018端口发出自定义格式的数据流字串[6],部分数据包内容如下(数据在真实数据基础上有更改)：

　　****zdgc@num=01@time=20210429161010@ r w y = 1 9 , 0 1 @ r w y u s e = 1 9 @ z d t t t = 1 7 . 3 @ zduuu=53@zdtdd=7 . 6@zdppp=1014 . 65@zdqfe=1014 .8@zdqnh=1017 .5@zdwww=@ zdmaxt=17.6@zdmint=6.6@zdmaxttime=7:41@ zdminttime=19:54@zdprr=0.0@zd1prr=0.0@ zd60prr=0.0@zd60prrtime=00@zd1maxfs=4.1@ zd1minfs=0.9@zdprevailfs=1.0@zdprevailfx=290@ z d 2 4 m a x f s = 4 . 9 @ z d 2 4 m a x f x = 2 8 0 @ zd24maxfstime=11:58@zd24minfs=0 . 0@ zd24minfx=170@zd24minfstime=15:32@ zdmaxrh=96@zdmaxrhtime=04:00@zdminrh=53@ zdminrhtime=16:09@zdzf02=///@zdzf10=///@ npd=19@light=2@####*

　　通过获取数据包解析后进行处理,按照需求,进行数据信息显示。

　　3　软件功能及研制技术措施

　　3.1功能设计

　　作为塔台气象观测显示终端,其功能设计根据《民用机场气象观测资料处理系统技术规范》(AP-117-TM-2012-04)中第十条：“机场气象观测资料处理系统应当具有实时采集自动气象观测设备测量的各种气象要素的功能”的规定,以及第十一条:“机场气象观测资料处理系统应当具有同步显示自动气象观测设备测量的各种气象要素的功能”的规定,要开发的塔台气象自动站显示终端软件需要具有实时采集和同步显示自动气象观测设备数据的功能。该软件在气象观测自动站系统所在的局域网内,通过实时接收系统服务器所发送的观测数据进行同步显示。

　　3.1.1本场气象观测数据实时显示

　　根据本场气象观测自动站系统只有温度、湿度、气压、雨量、风向和风速传感器情况,终端显示界面由这些要素的数据构成。显示界面风格采用常见显示界面的风格,方便塔台管制人员切换时还是使用熟悉的界面。为防止混淆不同的气象自动观测系统,在气象观测自动站界面上方标明为自动站数据终端。

　　根据管制人员需求,根据气象观测数据对塔台的重要性及优先级进行排列,并特别对修正海压使用大字体和红色突出显示,其余数据用黑色字体进行显示,做到一目了然,清清楚楚。

　　3.1.2气象观测数据异常提示

　　根据《民用航空气象地面观测规范》、《民航空管系统不安全事件标准》、《民用航空自动气象观测系统技术规范》的规定,以及《关于加强机场气压数据比对工作的通知》(民航空发明电〔2018〕445号),《关于加强机场气压测量和发布工作的通知》(华东局发明电〔2018〕1369号)等文件要求,为加强民航气象观测工作,确保机场气象观测数据的准确性,切实保障航空飞行的安全,塔台气象观测自动站终端加入了修正海平面气压及其他数据变化超出设定阈值后的告警功能。

　　为防止线路故障对影响数据的实时显示,对数据流进行监控,当出现数据流中断时,进行告警提醒；对于某要素超出一定时间的缺失,采用以原字体颜色变为白色,进行提示,超出一定时间阈值后,数据显示为“///”,并进行告警提示,防止不正常数据影响正常管制工作。

　　3.2研制的技术措施

　　塔台气象观测自动站显示终端系统的主体软件和显示操作软件设计在WindowsXP及以上操作系统环境下运行,其开发环境使用微软的VisualStudio开发语言环境,编程语言使用C#语言[7-9]。软件整体结构按其功能设计划分为数据接收处理及储存模块、数据异常监控告警模块、数据显示模块。在各个模块设计中,参阅、借鉴其他气象自动观测软件的设计经验进行规划设计[10,11]。

　　3.2.1数据接收处理及存储

　　塔台气象观测自动站终端数据接收处理及存储模块通过建立针对UDP广播的Socket通信接收程序,接收AMS-II自动观测系统在同一网段局域网内广播输出的自动观测数据；其数据处理根据厂家提供的手册,对数据进行解析,并对数据进行合法性检测,分别进行标识；将接收的数据进行存储,对有异常的数据进行相应的记录存储。

　　3.2.2数据异常监控告警模块

　　分为数据终端检测告警和数据数值异常检测告警两部分。当一定时间内无法接收到数据包时,进行数据接收故障告警信息提示；对修正海平面气压等气压数值和温度、湿度数值进行前后对比,当超出设定的阈值时,进行告警提示,并对相应信息进行记录存储。

　　3.2.3数据显示模块

　　根据功能设计要求,对气象观测自动站提供的数据进行显示。对一定时限内未能更新的数据,字体变为白色进行显示,对超出时限阈值的数据,变为“///”。气象观测塔台自动站实时数据显示界面如图1所示(数据在真实数据基础上有更改)。


　　4　结语

　　民航运行管理的战略、预战术、战术的制定及实施均需要气象观测信息的全面系统支持,航空气象直接服务于航空运行的全过程,从航空活动预先准备、航空器起飞、空中飞行、着陆及航空器的场面驻停等各个环节,涉及航空公司、机场、空中交通管理、旅客等航空活动所有参与者和保障者[2]。AMS-II自动观测系统塔台终端软件端软件的设计通过根据塔台管制部门的需求,进行针对性的开发和改进,使自动观测系统的操作和维护简便易懂,更加有利于气象观测业务工作在保障航空飞行安全、提高航班正常率中发挥积极的作用。简洁明了的显示界面,重点突出的数据显示,使得塔台管制人员一目了然得到所需数据,也是对有效降低管制人员劳动负荷,提供安全指挥效率的有益尝试。

　　参考文献

　　[1]刘均力,李宛融,黄琛.航空气象观测数据接收处理系统的研制[J].科技视界,2015(31):311-313.

　　[2]AC-117-TM-2012-01,民用航空气象观测技术政策[S].

　　[3]AP-117-TM-2018-03R1,民用航空自动气象观测系统技术规范[S].

　　[4]AP-117-TM-2021-01R2,民用航空地面气象观测规范[S].[5]AC-97-FS-2011-01,民用航空机场运行最低标准制定与实施细则[S].

　　[6]AMS-II自动气象观测软件手册说明书[M].

　　[7]KarliWatson,ChristianNagel.C#入门经典[M].第5版.齐立波,译.北京:清华大学出版社,2010.

　　[8]ChristianNagel.C#高级编程[M].第10版.李铭,译.北京:清华大学出版社,2017.

　　[9]明日科技.C#从入门到精通[M].第6版.北京:清华大学出版社,2021.

　　[10]高宇.自动气象观测系统多数据源冗余传输设计思考[J].民航管理,2019(10):59-60.

　　[11]王健治.厦门机场观测数据显示及查询软件的研发[J].科技与创新,2016(17):73-75.

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