厦门机场气象观测多功能应用系统的研发

王健治，滕雨薇，刘艺，陈镇，胡凯文

厦门机场气象观测多功能应用系统的研发

王健治，滕雨薇，刘艺，陈镇，胡凯文

（民航厦门空管站，福建 厦门 361006）

民航气象观测的主要任务是“观测并发报”，观测员急需一款能够实时监控设备状态、及时发出气象预警信息同时又具有应急发报功能的系统，辅助观测员完成特情处置。厦门空管站气象台研发了一套应用系统，通过监控两套自动气象观测设备的实时数据和发报网络节点，及时发现数据的异常和报文发送的不正常，并提供相应解决方案。该系统已经投入业务使用，通过技防手段实现自动监控并语音告警，提高了观测的效率及特殊报的发布速度；一键傻瓜式发报的功能保障了报文的及时发送，规避了迟发报或漏发报的风险。该系统简单实用，值得在全国机场推广使用。

气象观测；应急发报；设备监控；软件研发

飞机起飞、着陆和在空中飞行，都受气象条件的制约。因此，民用航空气象地面观测与飞行关系密切，是飞行安全和正常的重要保障工作之一。其主要工作是准确、及时、连续地观察和测量本站及视区，尤其是机场跑道和进近着陆地带及起飞爬升区域的有关气象要素及其变化，并按照规定的标准、格式，编制和发布这些要素[1]。概括起来，民航气象观测的主要任务就是“观测并发报”。要完成该任务，必须有一套实用的观测综合业务系统。

1 系统设计

1.1 设计要求及规范

根据《民用机场气象观测资料处理系统技术规范》第六节“监控、纠错与告警”的要求：机场气象观测资料处理系统应当具有纠错功能、工作状态检测及运行异常告警等一系列功能，目前全国大部分机场都没有配备符合上述条件的气象观测资料处理系统，也没有厂商生产专门的配套设备，只能立足于自己开发。厦门空管站气象台从本机场的设备配备和业务运行实际出发，严格按照《技术规范》[2]要求，根据观测员的使用习惯及需求，进行了专门的程序设计，开发相应的功能，有针对性地解决问题。

1.2 设计思路

1.2.1 数据监控及预警模块的设计

厦门机场现有两套自动气象观测设备：芬兰Vaisala公司的自动气象观测系统（Automatic weather observation system，简称AWOS）和上海气象科学研究所的自动气象站（Automatic Weather Station，简称AWS）。经过研究两套设备，发现它们都有串口实时数据输出功能，而且都提供了相应的技术参数和输出格式，可以根据这些参数和格式读取实时数据。有了数据源，就可以对输出的数据进行筛选校对，挑出对飞行有影响的数据作为重点，进行时间轴上的纵向及横向的对比，及时发现有重大变化的要素。同时，可以对两套系统的温度、气压等数据进行实时对比，发现差异并监控两套系统的运行状况。当某一系统出现数据偏离度较大或输出有问题时，及时提醒机务员进行维护操作。为了更好地起到监视提醒的作用，利用科大讯飞的语音合成系统生成所需的人声报警声音文件，形成一个“提醒声音文件库”，在程序中根据需要调用所需的声音文件，进行语音报警。系统具体流程如图1所示。

图1 系统流程图

1.2.2 报文监控及应急发报模块的设计

气象观测报文由观测实况和趋势预报两部分组成，观测实况由观测员在进行观测后编报生成，趋势预报由预报员在收到观测实况后，根据未来2 h的天气变化情况添加。所以机场实况报文的编发需要观测员和预报员联动进行发布，需要设置专门的观测终端和预报终端，相当于有2个发报节点，任何一个节点发生问题都可能引起报文无法正常发送。所以必须对节点进行监控并实现实时语音告警才能保证报文能够及时发送并参与气象情报交换。

设计思路：通过局域网将观测终端、预报终端和应急发报计算机进行连接，在应急发报计算机上开发监控程序，对观测终端、预报终端上收发的报文进行实时监控，当节点之间发生线路故障或任一节点发生电脑死机或程序卡死，并最终导致发报流程终止时，及时通过调取报文或辅助生成报文功能进行应急预报，保证报文在规定时间内得到及时发送。

2 系统开发

根据运行实际和用户需求进行程序开发，采用模块化设计，将系统分成数据监控及预警模块和报文监控及应急发报模块这两个模块，分别进行功能开发，最后再整合为一个完整的应用程序。

2.1 数据监控及预警模块的开发

开发流程：在进行必要的硬件物理连接后，通过软件编程，计算机通讯，设置相应的通讯参数实现对串口的侦听，接收数据，解析数据并显示在专门的显示界面上（本软件默认串口COM1接收AWOS的数据，串口COM2接收AWS的数据）。

串行通讯其实就是字符串的处理问题。首先要把实时数据串完整而正确地接收下来，这就需要一定的串行通讯知识，比如波特率、数据位、奇偶校验、停止位等。所用的是VB的COMM通讯控件，对接收口等参数进行正确设置就可以了。当一切设置妥当，就可以读出一组实时数据字符串。根据自动观测系统制造商——芬兰维萨拉公司提供的数据格式，通过软件编程，将系统串行通讯口输出的数据进行解析后进行显示，系统为MIDAS iv自动观测系统[3]，数据为每10 s更新一次。

厦门机场常年盛行东北风，05号为机场的观测基准点。自动气象站（AWS），与AWOS 的05号设备，一个在05号跑道头附近，另一个在05号跑道入口端，相距不到100 m，两者的十分钟风、气压及温度等数据具有较好的对比性。

自动气象站（AWS）与自动气象观测系统（AWOS）05号数据对比显示界面如图2所示。从图2可以看出，10分钟风向、场面气压和修正海压具有较好的相关性，温度相关性差一些。考虑到机场天气报告涉及风、温度和修正海压，把这三项数据列入对比预警要素。考虑到两套设备刷新频率不一样，AWOS每10 s刷新一次数据，AWS每30 s刷新一次数据，取30 s为一次对比时间间隔。当AWS刷新数据时，自动与最新的AWOS数据对比，当两者相差2个单位数值时，发出语音告警。当然可以根据需要设置专门的预警值，让系统在监控到这些特殊值时，语音告警，提醒观测员注意，避免特殊报的漏发。

图2 自动气象站（AWS）与自动气象观测系统（AWOS）05号数据对比显示界面

2.2 报文监控及应急发报模块的开发

通过网线将观测终端、预报终端和应急发报终端进行物理链接，形成观测发报局域网。设置每台计算机的网络地址，通过网络地址可以调取观测主用发报计算机和预报终端计算机的实时报文，进行编辑后发送，大大简化了发报流程，实现“一键傻瓜式发报”。报文监控及应急发报界面如图3所示。

图3 报文监控及应急发报界面

该模块可用不同颜色来提醒系统状态及节点的报文发送情况：当报文未及时发送时，整个监控窗口是红色的；当某个节点接收到报文后，该节点的报文显示窗口变成白色状态；当某个节点接收到报文并成功发送后，该节点的报文显示窗口变成黄色状态。观测员通过颜色变化就可以直观地监控到整个报文的流转情况。

同时，该模块还具有监控整个发报局域网网络状态的功能。当网络上的计算机发生死机时，能够及时发现并告警，基本避免了由于设备原因造成迟发报现象的出现。

该模块还具有辅助观测员形成最新报文并发送的功能，点击“正点应急”按钮，系统会根据最新的气压等资料形成一份完整的报文，观测员只要进行简单修改或操作，就可以最快的速度编辑并发送正点报文，避免了迟发报造成的安全风险。

3 系统使用效果

该系统于2014-10开发成功，在厦门机场投入使用后取得了较好的使用效果。实时的自动监控手段，提高了监控效率，减轻了观测员和机务员的劳动量；明确的语音告警，有利于值班人员及时诊断特情，做出正确的处置；一键傻瓜式发报功能，极大提高了发报效率，避免了迟发报；不同颜色区分的报文监控界面，能够及时掌握报文流转情况，避免了漏发报的风险；个性化的监控阈值设置，满足了不同航空用户的需求；2016-09厦门“莫拉蒂”台风期间发挥了较好的预警作用，提高了气象的保障能力。

4 系统推广前景

系统是根据厦门机场的运行实际情况开发的，全国空管一盘棋，在设备配备、人员配置等许多方面具有相似性。

4.1 数据源一致性好

系统数据源来自自动观测系统（AWOS）和自动气象站（AWS），均为国内机场标配的气象探测系统，具有生产厂家相同、格式基本统一、运行模式基本相同的特点，自动观测系统为芬兰维萨拉公司生产。

4.2 报文发布时间及格式等要求一致

全国的气象观测报文完全根据《民用航空飞行气象情报发布与交换办法》的要求进行发布，格式统一，要素一致。对于报文发布时间的严格要求决定了应急手段必须改进。

4.3 面临的问题也基本相似

全国各个机场在运行时，遇到的问题大同小异，如监控手段单一、人员配备不足等，本系统投入使用后可以有效提高工作效率，较好保障飞行安全。

综上所述，本系统投入运行后，可以有效缓解民航气象观测在运行中存在的监控手段单一、预警能力不足及应急不够迅速等问题，具有普遍适用性，可以在全国机场推广使用。

［1］中国民用航空局空管行业管理办公室.民用航空气象地面观测规范（AP-117-TM-02R1）［Z］.2012-02-28.

［2］中国民用航空局空管行业管理办公室.民用机场气象观测资料处理系统技术规范（AP-117-TM-2012-14）［Z］.2012-11-30.

［3］芬兰Vaisala公司.MIDAS IV AWOS 技术手册［Z］.2008- 04-18.

V321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.067

2095－6835（2019）17－0143－03

王健治（1977—），男，理学学士，高级工程师，主要从事航空气象观测、预报及业务软件开发等工作。

〔编辑：严丽琴〕