基于自动气象观测系统的气压数据对比的设计与实现

关键词：气压；数据对比；自动气象观测系统

0 引言

修正海平面气压（QNH） 是指将场面气压按照标准大气条件修正到平均海平面的气压值。航空器在起飞或着陆阶段需要准确的跑道面高度信息，该信息可通过航空器高度表指示的气压高度减去QNH计算得出[1]。如果QNH不正确，航空器将无法获得准确的跑道面高度信息，这可能导致提前接地或高度过高而无法降落等安全风险[2]。在严重情况下，甚至可能发生航空器撞山、撞地或冲出跑道等安全事故，造成人员伤亡和财产损失。为确保提供准确的场面气压数据，空管领域采取了“人防”和“技防”措施，其中“技防”主要依靠气压对比软件来监视气压数据[3]。

MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款广泛应用于民航空管领域的自动气象观测系统，能够测量、处理并提供跑道周边的气象要素信息。MIDAS IV系统具有丰富的配置文件和良好的可扩展性，本文通过扩展其配置文件，设计了一种新的气压数据对比方法，能够在数据差异过大时及时发出告警。

1 系统架构与配置文件简介

自动气象观测系统[4]是VAISALA公司设计的一款基于远程对象体系结构的气象要素探测与处理系统，由服务和对象两部分组成，每个功能可由一个或多个服务实现，对象由服务生成并用于存储数据。MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款自动气象观测系统，该系统有多种配置文件[5]，用于存储系统运行所需的参数，例如传感器数据格式、气象要素计算方法和网络配置等。本文通过扩展配置文件实现气压数据对比与预警，相关配置文件简介如下：

1） Sensors.ini文件用于配置传感器基本信息，定义传感器的传输线路、验证方式、工作模式和消息格式等；

2） Message.ini文件用于解析传感器数据，将数据按获取时间、获取频次、消息头域和消息尾域等内容进行划分拆解；

3） Ports.ini文件定义了网络配置信息，用于传感器与系统交换数据；

4） Eval_srv.ini文件用于自定义数值运算与逻辑判断；

5） Listalert.ini文件用于制作警告消息；

6） Av_alarms.ini文件用于将警告信息与系统显示控件关联，实现告警显示功能。

2 气压对比的方法设计

本机场使用两套自动气象观测系统探测跑道周边的气象要素信息，跑道同端的气压数据由位于不同位置的传感器测量获取。由于环境和设备差异等因素，测量结果可能存在细微差异，但过大的差异则表明数据可能存在错误，且无法确定失效的传感器。为及时识别错误的气压数据，快速识别出失效的传感器，本文在现有气压数据的基础上，通过扩展Sensors.ini和Message.ini配置文件，引入振筒式气压仪作为第三个数据源，并将测量数据输入MIDAS IV系统，再配置Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件，实现气压数据对比和异常数据告警功能。

2.1 振筒式气压仪数据的接入方法

振筒气压仪是一种测量气压的传感器，当传感器接收到系统发出的查询命令时会返回一组气压数据，这种工作模式称为轮询模式。首先需要通过配置Sensors.ini使MIDAS IV系统能够识别振筒气压传感器。在Sensors.ini文件中，字段TYPE用于定义传感器类型，此字段设置为Generic表示振筒气压传感器属于通用类传感器；字段COMMUNICATION_MODE 用于定义传感器的工作方式，标识4表示传感器工作方式为轮询模式；字段COMMUNICATION_ID定义了振筒气压传感器与系统的通信网络参数；字段ITEMS、ITEM_1和FORMAT_1用于存储振筒气压传感器返回的气压数据。Sensors.ini配置如下。

Message. ini 配置如下，其中字段MESSAGE_HEADER和MESSAGE_TAIL分别定义了振筒气压数据的消息头和消息尾，字段POLL_STRING定义了轮询命令，每当振筒气压仪收到轮询命令R时，会返回一个格式为PAINS 的消息。字段FIELD_COUNT 和FIELD_11Ucr8Lxv1PUFChFSjWlS5Q== 定义了数据的长度和内容，MIDAS IV系统根据Message.ini配置文件对消息进行解析，并用于后续的计算。

2.2 气压数据差值的计算

通过修改Eval_srv.ini文件实现气压数据的差值计算。其中FIELD1_EVAL 至FIELD3_EVAL 分别存储3源气压传感器测量的气压数据，对3组气压数据任意两组做减法，得到的差值存储到FIELD4_EVAL 至FIELD6_EVAL中。

2.3 告警实现方法

首先根据行业标准确定气压差值的阈值。当Eval_srv.ini文件中计算得到的气压差值超过阈值时，判定传感器数据存在差异，生成告警信息并在显示终端软件中发出告警提示。通过配置Listalert.ini 和Av_alarms.ini文件实现告警提示功能，配置方法如下。

上述内容为1 组数据对比实现方法，字段LIST_OBJECT_NAME和LIST_ITEM_NAME用于指定需要进行判断的数据差值，字段HIGH_LIMIT 和LOW_LIMIT指定了数据差异的上限和下限，其他两组数据对比配置与上述内容基本相同。

在Av_alarms.ini 文件中，将字段COMPONENT_NAME赋值为控件名称，字段ALARMSET_ID赋值为Listalert.ini中定义的告警信息编号，实现控件与告警信息的关联。

3 实验结果

为验证方法的有效性，模拟向MIDAS IV系统同时发送3组气压数据，用于验证系统解析数据和判断数据差异的准确性。图1为数据解析与差异判断的结果，其中ZHENTONG_PRESS表示系统解析振筒气压传感器后得到的气压数据，DETA1、DETA2和DETA3 表示不同传感器之间的气压差值。实验结果表明，系统能够解析振筒气压传感器的气压数据，能够计算不同气压之间的差值。图2为数据对比显示与告警提示信息，当气压差值超过阈值时，终端显示软件会自动发出告警信息，并标出触发告警的数据源。

4 总结

为实现气压对比功能，本文提出了一种基于MIDAS IV系统的气压对比新方法。通过扩展Sensors.ini和Message.ini文件成功接入振筒气压数据，为判断失效数据奠定了基础。在Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件中定义了三源气压数据对比方式和判断数据差异过大的阈值。当气压数据超过阈值时，系统自动生成告警信息并提示。最后通过实验验证了该方法的有效性和准确性。