银川机场自观系统光纤传输及无线备份传输设计

罗程辉，廖彬武

（民航宁夏空管分局，宁夏 银川 750000）

随着银川经济快速发展，银川河东国际机场吞吐量连年攀升，航班量大幅增长，气象保障压力显著增加。自动气象观测系统（以下简称“自观系统”）作为气象保障的主要手段，是航空安全保障的重要设备之一，自观系统的稳定运行在飞行安全中扮演着至关重要的角色。而河东机场自观系统所用到的通信电缆为1997 年机场建设时铺设的，已运行22 年，线路老化导致其稳定性较差，对安全保障造成极大影响，所以自观系统光纤传输改造刻不容缓。

1 银川河东机场自观系统运行现状

1.1 自观系统设备现状

银川河东国际机场为4E 级机场，跑道长度3 600 m，所用自观系统设备为芬兰维萨拉公司（Vaisala）生产，2009 年建成，自2010 年9 月起正式投入运行至今。目前银川河东国际机场自观系统传感器有2 套云高仪（CL31）、3 套大气透射仪（LT31）、1 套前向散射仪（FD12P）、2 套自动站（MAWS301）和1 套单风站，其中2 套云高仪分别安装在跑道两端中心延长线260 m 处，其余设备分别按要求安装在跑道北端（21号）、跑道南端（03 号）和跑道中间端（MⅠD）中心线向东90～110 m 处。银川机场自观系统设备及传输线路如图1 所示。

从图1 中可以看出，安装于跑道南、北、中间端室外设备传感器采集到的数据最终到达CDU（中央数据处理服务器），经CDU 进行数据处理后发往各用户终端使用。其中，室外设备传感器到MCU111 之间全部由大对数线缆连接，Modem 传输，距离长达3～5 km，中间节点较多，经过了各航向台、下滑台和信标台，到达机场办公楼，再到老航管楼，最终到达新航管楼中心机房。

图1 自观系统设备及传输线路图

1.2 自观系统传输线路现状

从图1 中可以看到，室外设备传感器输出信号先接入至旁边的航向台、下滑台和信标台房屋里的大对数配线架，这一段距离在20～300 m 左右不等，距离较短，且于2009 年自观系统建设时铺设，年代较近，信号传输较稳定。信号从各台出来后经过机场办公楼机房、老航管楼，最后到达新航管楼，其中除老航管楼到新航管楼线缆为2017 年机场三期建设新铺设外，其余均为1997 年河东机场建成时铺设，使用年限超过20 年，线路老化严重、距离过长、信号质量较差。

此外，由于机场部门已使用光纤传输代替大对数线缆，此段线缆便无人维护，信号传输问题成为自观系统最频繁故障点，对安全保障造成了极大隐患。

2 光纤传输改造方案设计

2.1 组建光环网[1]

考虑到传输的冗余性、可靠性、稳定性及长远规划，拟建立光环网。组建后的光环网及室外设备连接如图2 所示。

图2 自观系统光环网示意图

从图2 中可以看出，在南北航向台、南北下滑台、信标台里加装MOXA 串口服务器、交换机和光传输设备。其中，串口服务器用于将传感器输出的数据信号转换为TCP/ⅠP 网络信号，交换机用于交汇数据，光传输设备（华为OSN1500）用于组建光环网。

拟铺设一条18 芯光缆将常规观测场、北航向台、北下滑台、信标台、南下滑台、南航向台及风廓线雷达连接起来，利用现有的常规观测场至老航管楼光缆、老航管楼至新航管楼光缆和风廓线雷达至新航管楼光缆形成环网。在新航管楼放置环网管理终端，监控环网工作情况。

2.2 自观各设备接入光环网

光环网组建后，各设备接入环网方法如下。

南北航向台、南北下滑台和信标台内安装机柜，在机柜内安装机架式串口服务器、交换机和光传输设备。

云高仪CL31：利用原有线缆将CL31 接入串口服务器，将串口数据转换为TCP/ⅠP 网络数据，然后将串口服务器接入交换机，最后将交换机接入光传输设备传回航管楼中心机房。

大气透射仪LT31：将LT31 传输模式调整为RS485模式，利用原有线缆，同样依次连接至光传输设备。

自动站MAWS301：在MAWS301 数据采集器中加装DSⅠ486B RS485 模块，传输模式调整为RS485 模式，利用原有线缆，同样依次连接至光传输设备。

前向散射仪FD12P：将FD12P 传输模式调整为RS485 模式，利用原有线缆，同样依次连接至光传输设备。

单风站：将单风站传输模式调整为RS485 模式，利用原有线缆，同样依次连接至光传输设备。

航管楼机房内：不再使用MCU111。MCU111 作用就是通过其中的TS16 串口服务器将串口信号转换为网络信号，维萨拉公司已不再生产MCU111。改造后，只需要把MCU111 替换为光交换机，将其与光传输设备相连，再将CDU 服务器和各用户终端与交换机相连。

各设备传感器数据通过串口服务器、交换机和光传输设备最终到达中心机房自观交换机，CDU 服务器与自观交换机相连，接收并处理数据后发往各用户端显示。由于自观系统运行中还有许多设备需要串口原始数据，所以在自观交换机上连接一个串口服务器得到串口数据。

3 自观系统备份无线传输方案研究

3.1 备份无线传输的必要性和可行性

目前，银川河东国际机场正在加快进行光纤传输改造项目，改造后自观和遥测系统都会加入光纤环网，大大增加了传输的可靠性。但由于主备系统同用一条传输线路，加之银川机场的快速发展，各种工程建设项目不断增加，同时跑道距离航管楼比较远，不可控因素较多，一旦施工将光纤挖断，那自观和遥测系统数据将会全部丢失，且短时难以恢复，还是存在一定风险。所以有必要备份一套无线传输方式。

自观系统无线传输的可行性如下：①银川机场塔台高60 m，位于跑道中间端西侧1.1 km 处，中间隔着候机楼。塔台顶部及塔台14 楼外侧平台能直线看到跑道南北及中间端安装的自观设备，且无遮挡物，非常有利于无线传输。②无线网桥设备技术成熟、价格低、可实现度高。

3.2 无线传输方案设计

拟采用5.8 GHz无线技术搭配MOXA 串口服务器实现自观无线传输。由于银川机场跑道自观传感器分布在5 个位置，且相距较远，所以需要布置5 个无线网桥发射点，再在塔台14 楼外侧平台点对点布置5 个无线网桥接收点。数据到达接收网桥后，由网线从14 楼传回2 楼中心机房。无线网桥布置如表1 所示。

表1 无线网桥布置表

由表1 可知，分别在北航向、北下滑、中间信标台、南下滑和南航向自观传感器处安装无线发射网桥，北航向CL31 接入网桥1，北下滑FD12P、LT31、MAWS301 接入网桥2，中间端LT31、单风站接入网桥3，南下滑LT31、MAWS301 接入网桥4，南航向CL31 接入网桥5。

北航向处的网桥安装在云高仪水泥基座上，正对塔台方向。在云高仪旁安装小机柜，机柜内放置宽温串口服务器，将云高仪输出信号接入串口服务器转为网络信号后再接入无线网桥1，云高仪输出信号线由原来输出端子并出一路线。

北下滑处的网桥安装在自动站风杆上，正对塔台方向。在风杆旁安装小机柜，机柜内放置宽温串口服务器，将LT31、FD12P、MAWS301 输出信号接入串口服务器转为网络信号后再接入无线网桥2，各设备输出信号线都由并线而来。

中间信标台处的网桥安装在独立风杆上，正对塔台方向。在风杆旁安装小机柜，机柜内放置宽温串口服务器，将LT31 和单风站输出信号接入串口服务器转为网络信号后再接入无线网桥3，各设备输出信号线由并线而来。南下滑和南航向无线网桥安装及信号线接法同上一样。

塔台14 楼外侧平台安装5 个对应的接收网桥，网桥接收到数据后通过14 楼机房配线架与2 楼中心机房配线架连接，最后数据进入交换机，然后将CDU 服务器接入交换机进行数据处理。

自观系统无线传输数据流程图如图3 所示。

图3 自观系统无线传输数据流程图

拥有了备份无线传输方式后，需要将传回的数据接入自观系统进行处理显示，由于有线和无线传回的数据不能同时接入同一个CDU 服务器，所以需要新增一台CDU 服务器供无线传输使用，形成2 套独立的自观系统，在用户端将2 种传输方式传回的数据分别独立显示，这样备份可靠性较高。

4 结束语

本文从银川机场自观系统设备及传输线路现状着手，根据实际情况探究了光纤传输改造的方案，并在此基础上论述了备份无线传输的必要性和可行性，以此提出了银川机场自观系统备份无线传输方案。此方案在传感器端无线网桥的位置选择及最后的数据处理显示都存在一些缺陷和不合理，需要更多的设计和调整。