民航气象观测培训模拟系统的设计与应用

鲍凌宇 杨明

摘 要：为了切实提高观测从业人员的业务水平，强化典型复杂天气和突发情况的保障训练，提高观测员的良好心理素质和应急处置能力。依托现有培训形式与资源，根据民航气象观测业务规范与标准，开发了用于民航气象观测业务培训的系统平台，该系统能够进行场景数据图像模拟，从而实现观测业务模拟培训，同时能够实现案例演示与理论测试培训，研发完成后，系统在岗位人员培训中取得了良好的效果。该系统投入小、安装快、易操作，因此在民航气象领域内极具推广使用价值。

关键词：民航气象观测；培训模拟；系统

1引言

民航气象观测是航空气象的基础。观测工作质量的高低，与飞行安全密切相关，准确发布实况报文和及时通报天气是管制科学指挥重要决策依据。因此，提高观测人员的业务水平尤为重要。目前现有的观测业务培训缺乏一套系统完整的业务培训模拟平台，并且存在以下局限：1）复杂天气的出现具有随机性，观测员跟班或值班期间不一定都能遇到，一旦真正遇到特殊情况时就会手足无措，影响飞行安全；2）试卷考核对观测员业务规范的掌握具有较好的检查效果，但不能较好地测试观测员 “身临其境”的情况下的心理素质和应对情况，也不能完整再现观测保障工作的准确及时性。

综上所述，结合民航气象观测的业务运行实际和发展需求，该系统的开发具有很强的重要性、紧迫性和适用性。该系统模拟各种复杂、罕见天气条件，模拟业务操作。同时该系统还具备模拟执照考试等功能，能够提高观测业务培训的系统性和高效性。空管系统管制专业早已拥有自己的模拟机系统，民航气象台站还没有一套属于自己的模拟系统用于观测业务学习和培训。因此，设计开发气象观测业务模拟系统是气象业务培训的一大创新，能提升气象观测从业人员的综合能力，对飞行安全有很好的促进作用。

2 民航气象观测培训模拟系统软件概述

民航气象在民航领域中的作用非常重要，合理的利用现代化信息技术对于民航气象的发展尤为重要，能给日常飞行业务带来极大的便利。

软件开发均在Windows操作系统上进行，依托计算机处理技术在.net环境下开发，能够很好的在Windows平台下运行。程序主要基于面向对象编程语言开发，SQL数据库支持，采用MVC架构，WEBAPI服务形式，以及C/S的框架搭建。从而实现以下功能：1）能够建立一个提供天气要素数据、模拟声音、图像以及各种特情应急事件的模拟场景，使得场景能够按照时间顺序发生，让软件使用者可以真实感受观测业务中的各種特情应急场景；2）可以随意增加或编辑特殊天气及特情事件数据作为模拟环境，训练观测的业务能力和应急处理能力；3）能够完成观测业务知识和执照题库的录入，存储，选题并生成执照试题及答案供观测员学习考核。[1]

3 软件总体设计

3.1设计原则

1）可移植原则：在进行系统功能设计时，还要充分考虑将来可能进行的推广，因此为了随时增加模拟试题，系统对模拟测试数据的处理采用简洁的EXCEL模式和读取AWOS的History数据，方便编辑，存储；

2）安全性原则：系统在设计和开发过程中考虑安全性，对于数据的处理和存储均采用封闭形式，各类用户权限明确，均需登陆后操作；

3）一致性和完整性：一致性是指系统中数据编码、采集、信息通信要具备一致性设计规范应标准，完整性是指系统作为一个统一的整体而存在，系统功能应尽量完整。

3.2架构图

软件主要分为服务端、客户端和数据库三大部分：

服务端：主要用于数据结构创建与维护，数据通信服务。

客户端（学生端、教师端）：学生端可以向服务端索取数据，实现天气与特情模拟、案例演示以及理论测评操作。教师端可以进行原始数据的访问、修改及存储，设置基础配置，完成天气与特情模拟、案例演示以及理论测评的数据处理及操作。

数据库：采用Code First技术，提供了开放、可靠及易用的数据库，维护人员能够方便快捷的控制、更改数据库信息。

系统运行中客户端主要完成用户操作及数据录入与访问，而服务端完成数据结构维护，数据通信处理，其运行框架（如图1）。

服务端与客户端交互及通信设计（如图2）所示，数据库端使用SQLSERVER 2008R2搭建数据库服务，WEBAPI使用Entity Framework技术与数据库进行数据交互，同时为了提高开发效率与减少工作量，利用CODE FIRST技术对数据库进行管理和维护。系统采用JSON格式数据传输，有效的提高数据传输效率，字符串形式的JSON格式数据也更有利于MVC架构。客户端则使用HTTP REQUEST与服务端进行通信，为了保障开发与测试的效率，本架构中使用了SWAGGER部署管理工具，该工具可根据符合RESTful规范的WABAPI接口自动生成说明文档与测试服务。

4 软件的实现

4.1天气与特情模拟

天气与特情处理界面（如图3），该界面中也将例行天气报告、特殊天气报告、天气通报及演变记录等实际业务保障过程中出现的操作按流程包含在内，主要包括两个窗口：

1）模拟操作窗口：模拟观测员发布各类气象报文并查询报文的内容、发送时间等信息，当发报线路故障或发报主机故障时，该功能无法使用，观测员需要根据实际业务流程采用应急发报功能，该功能在任意条件下均可使用。当气象要素达到特殊标准时需及时以文字形式向有关部门通报并记录，并且记录特殊天气的演变过程。

2）演示窗口：用于显示包括AWOS探测数据和人工观测输入的数据在内的各类数据，观测员需要根据业务需要用正确的数据进行编报。显示已发生或即将发生的特殊事件通知，观测员需要根据特情进行处理。利用TTS语音合成技术模拟电话接入，观测员可以接收其他部门的信息并及时反馈。还有显示相关的系统信息。

4.2案例演示

案例演示主要是通过将用户已模拟的天气过程重新演示，该功能可以显示案例过程中的各种信息，包括AWOS数据、人工数据、特情事件。并将用户在天气模拟过程中的保障操作过程与内部预设的正确过程进行对比，让用户更为直观的发现在操作过程中出现的问题（如图4）。用户可根据需求选择需要演示的案例，自由设置播放状态，包括播放时间间隔（可设置2秒、5秒、10秒）、暂停和继续播放。

4.3理论测评

理论测评是对气象执照考试试题进行汇总编辑所做出的理论知识测试模拟系统（如图5）。采用与目前执照考试相匹配的机考方式，方便新观测员及时查漏补缺。该界面分为试题导航和理论测试两大部分，试题创建后会形成选择、判断试题的列表，用户可以按顺序做题也可以进行跳跃式做题。理论测试窗口则显示每个试题的题干和选项，用户可进行下一题或上一题的顺序操作，结束测试点击试题提交后，可以显示得分及正误，并可以查看正确答案。

总结

系统能够在计算机上模拟观测日常工作流程和业务保障，改变传统的观测培训方法和手段，能较好“再现”复杂天气的生消演变以及观测员应对处置的全部流程。无论是自主学习还是案例讲评都是培训方式的大胆创新，对新进观测人员的岗前业务培训和在岗观测员的复杂天气保障案例的总结学习均有很强的适用性。同时，系统设计人性化的人机交互界面，具有很强的兼容性和可移植性，极具推广价值。对于在使用过程中遇到的问题，项目组将负责后续的改进和升级，提供一套好用、实用、易用的软件。系统设计开发是多学科交流与学习的过程，它不仅需要扎实的气象观测业务理论基础，还需要较强的软硬件开发技能，对培养综合型气象人才具有较大的支持作用。

作者简介

鲍凌宇（1991-），男，助理工程师，主要从事航空气象服务和研究。Email：694591733@qq.com

项目：中国民用航空空中交通管理局科技项目（KJ1501）

（作者单位：民航安徽空管分局）