王健治

（民航廈門空管站，福建 廈門 361006）

民航氣象觀測編發(fā)報系統(tǒng)的開發(fā)及介紹

王健治

（民航廈門空管站，福建 廈門 361006）

根據(jù)民航氣象的行業(yè)特點，從氣象觀測員的實際需求出發(fā)，開發(fā)出一套實用的觀測編發(fā)報系統(tǒng)。系統(tǒng)投入使用后，保證了報文發(fā)送的及時性，提高了報文內容的準確性，從而降低了觀測錯情率，保證了飛行安全。

氣象觀測；編發(fā)報；系統(tǒng)開發(fā)

民航氣象觀測工作的任務之一，是為民用航空飛行安全和效率提供各種及時、準確的天氣報告，這其中就包括用于航空氣象情報交換的電碼格式的機場例行（METAR）和特殊（SPECI）天氣報告［1］。及時準確地將機場實況報文發(fā)送到用戶手中，有利于管制部門和航空公司等及時根據(jù)天氣實況制定或調整航班計劃，保暢排堵。機場實況報文的編輯及發(fā)送需要一款符合民用航空行業(yè)標準［2］且實用的報文編發(fā)軟件。本文詳細介紹了廈門機場觀測編發(fā)報系統(tǒng)的設計及開發(fā)過程。

1 的發(fā)展歷程及存在的問題

觀測編發(fā)報系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了近二十年的時間，伴隨著計算機的普及以及編程語言的日益強大，從最早的DOS版到今天的WINDOWS版，界面也煥然一新，功能也日益豐富。廈門機場的觀測編發(fā)報系統(tǒng)也經(jīng)歷了合肥氣象臺開發(fā)的DOS版到上海氣象中心開發(fā)的WINDOWS版的過程。

觀測編發(fā)報系統(tǒng)雖然已經(jīng)面世，并經(jīng)歷了幾代的改進與變革，但還是存在著各種各樣的問題，大概有如下幾條：

（1）無法實現(xiàn)實時觀測數(shù)據(jù)的自動讀取，需要手工輸入；

（2）無法跟上觀測規(guī)范或行業(yè)標準的更新速度；

（3）無法編發(fā)場內報；

（4）無法辨別一些明顯的輸入錯誤；

（5）無法提供氣象要素的異常提醒；

（6）無法實現(xiàn)發(fā)報數(shù)據(jù)的完整保存；

（7）無法滿足觀測員的使用要求；

（8）趨勢預報無法由預報員自己添加，而是由觀測員代發(fā)。

對于上述問題，2006年民航華東空管局啟動了“民航華東氣象觀測數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)升級改造項目”，設計并開發(fā)了“觀測編發(fā)報系統(tǒng)”及“氣象觀測年月總簿制作系統(tǒng)”。2014年，根據(jù)新版《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》和《民用機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術規(guī)范》［3］的要求，對系統(tǒng)進行了升級改造，使之更加實用。

2 新版觀測編發(fā)報系統(tǒng)功能及設計過程

2.1 系統(tǒng)改進后具有的功能

根據(jù)技術規(guī)范的要求，再結合觀測實際工作中的需要及觀測員和預報員的使用習慣，系統(tǒng)應具有以下功能：

（1）自動讀取自動觀測系統(tǒng)和自動氣象站的實時數(shù)據(jù)；

（2）自動識別人工輸入錯誤；

（3）自動彈出氣象要素異常提醒；（4）自動編發(fā)氣象觀測AUTO報；（5）編發(fā)正確的場內報和場外報；（6）設計專門的預報終端，讓預報員自己添加趨勢預報；

（7）自動保存發(fā)報數(shù)據(jù)，與已經(jīng)投入使用的年月報表制作軟件實現(xiàn)無縫對接

（8）實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的完整保存，實現(xiàn)觀測資料的電子化保存與查詢；

（9）根據(jù)觀測員和預報員的使用習慣與要求，加入一些實用的設計。

2.2 系統(tǒng)設計

采用微軟的平臺進行系統(tǒng)開發(fā)，操作系統(tǒng)為微軟WIN7，編程工具采用微軟VISUAL BASIC，數(shù)據(jù)庫采用微軟ACCESS數(shù)據(jù)庫。同一個公司的產品，兼容性好，不容易出現(xiàn)匹配錯誤。

系統(tǒng)采用模塊化設計，主要由以下四大模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊、報文編輯模塊、系統(tǒng)通訊模塊和資料錄入查詢模塊。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊負責采集編發(fā)機場實況報所需的的實時數(shù)據(jù)，包括自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）、自動氣象站（AWS）及其他探測設備，并將該數(shù)據(jù)整理后寫入系統(tǒng)的ACCESS庫（對應數(shù)據(jù)庫為總要素.MDB）。設計及軟件實現(xiàn)過程如下：

第一步：數(shù)據(jù)采集。采取利用串口偵聽技術［4］讀取AWOS和AWS串口數(shù)據(jù)的方式。這種通過RS232的串口通訊［5］方式有利于保持系統(tǒng)的獨立性，同時不影響或干擾AWOS和AWS的正常運行。利用輪詢的方法即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，得到的是一條字符串數(shù)據(jù)。

第二步：數(shù)據(jù)處理。根據(jù)硬件生產商提供的數(shù)據(jù)格式表進行字符串解讀，再根據(jù)民航標準和規(guī)范進行數(shù)據(jù)整理。本場實例：AWOS的數(shù)據(jù)根據(jù)設備提供商--芬蘭VALSALA公司提供的“串口數(shù)據(jù)輸出格式”［6］進行解讀，分解出每個氣象要素的值，該要素值再按照民航的標準和要求進行統(tǒng)一換算，比如風向轉換為36方位，風速取整等。

第三步：數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。將第二步得到的最終的各個氣象要素的值通過界面進行顯示。廈門機場的AWOS（MIDASⅳ）實時數(shù)據(jù)顯示界面：氣象要素值根據(jù)重要性進行分區(qū)、分顏色顯示，直觀明了，如RVR數(shù)據(jù)選用紅色突出顯示。跑道接地地帶由塔臺進行設置，發(fā)報時必須根據(jù)當前使用的接地地帶來讀取RVR和MOR的數(shù)據(jù)進行編報及服務?？紤]到這是重要的需求，界面的接地地帶采用鮮艷的黃色突出顯示，方便了使用，解決了原配的AWOS的顯示界面無此功能，屏幕全部為英文、顏色單調所帶來的使用不便。同樣的方式可以得到AWS的實時數(shù)據(jù)。

2.2.2 報文編輯模塊

將數(shù)據(jù)采集模塊采集的自動氣象觀測數(shù)據(jù)（風向風速、氣壓、溫度、濕度、露點、跑道視程、氣象光學能見度、場面氣壓、修正海壓等），自動讀入到編報界面，通過手工輸入云、能見度、天氣現(xiàn)象等人工觀測數(shù)據(jù)，按照《中華人民共和國民用航空行業(yè)標準》的要求，編輯形成一份機場實況報。設計及軟件實現(xiàn)過程如下：

第一步：數(shù)據(jù)讀入。為了界面的直觀及美觀，采用了分區(qū)顯示的方式。自動氣象觀測數(shù)據(jù)（風向風速、氣壓、溫度、濕度、露點、跑道視程、氣象光學能見度、場面氣壓、修正海壓等）顯示在界面的右上角，見“自動數(shù)據(jù)區(qū)”；手工輸入的云、能見度、天氣現(xiàn)象等人工觀測數(shù)據(jù)顯示在界面的左上角，見“人工數(shù)據(jù)區(qū)”；報文內容顯示在界面的下部，見“報文顯示區(qū)”；“功能”區(qū)用來顯示提醒信息并進行相關操作。

第二步：質量控制。地面氣象觀測數(shù)據(jù)質量控制實際是數(shù)據(jù)審核［7］。

（1）數(shù)據(jù)的初次過濾。各種氣象要素在某一時期內的不同的地點、不同的季節(jié)都會在一定的范圍內變化，在此期間所出現(xiàn)的最大值和最小值就稱為該期間的極大值和極小值［8］。根據(jù)氣候和季節(jié)的特點，制定各個氣象要素的閾值。當自動數(shù)據(jù)讀入時，對數(shù)據(jù)進行范圍控制，超出閾值則提醒，紅色顯示；當人工輸入的數(shù)據(jù)不符合規(guī)范要求或誤差偏大時，找出錯誤位置，將焦點或光標定位于該位置，直至輸入正確數(shù)據(jù)為止。

（2）數(shù)據(jù)的再次過濾，當點擊“編報”按鈕后，進入編報過程。這時自動對比最近一份報的天氣現(xiàn)象、溫度、修正海壓等要素，當溫度變化大于2℃或修正海壓變化大于2HPA時，進行疑似錯誤提醒等，詳見筆者的文章《軟件方法降低觀測錯情率》［9］。

第三步：報文顯示。當過濾掉錯誤，編報完成，報文就會顯示出來。電碼報文顯示在“電碼報文”框里面，明語報文顯示在“明語報文”框里面。有疑似錯誤時，報文內容是紅色的，否則是藍色的。

2.2.3 系統(tǒng)通訊模塊

包括內部通訊和外部通訊。內部通訊指從觀測端到預報端的系統(tǒng)內部聯(lián)系，實現(xiàn)報文的傳送和調取、時間同步等功能；外部通訊指將報文通過串口發(fā)送到航空固定電信網(wǎng)（簡稱AFTN），參與情報交換。

內部通訊通過兩種方式實現(xiàn)：串口通訊和網(wǎng)絡通訊。實現(xiàn)雙通道，互為備份。外部通訊主要通過串口通訊來完成。未來將申請通過網(wǎng)絡接入民航數(shù)據(jù)庫，也實現(xiàn)雙備份。在日常工作中，地面氣象觀測所面臨的緊急情況有突然性和不可預測性［10］。所以在進行程序設計時，要充分考慮各種極端情況，做到有備無患。

觀測端和預報端通過光纖網(wǎng)絡建立起一個小型的局域網(wǎng)，實現(xiàn)了信息互通，資料共享。通過網(wǎng)絡地址調取預報端“收到的報文”和“發(fā)送的報文”，與觀測端原始報文進行校對并語音提醒，監(jiān)控觀測端發(fā)送的報文是否被預報端收到并及時發(fā)送，保證了報文能及時準確發(fā)送到用戶手里。未來可以以此為基礎，開發(fā)觀測員和預報員的及時信息交流系統(tǒng)。

2.2.4 資料錄入查詢模塊

提供歷史數(shù)據(jù)、歷史報文和紀要數(shù)據(jù)的錄入及查詢，為后期的氣候統(tǒng)計積累資料。保存的數(shù)據(jù)將用來導入已投入使用的“年月總簿制作系統(tǒng)”，制作觀測月總簿和年總簿。

設計及軟件實現(xiàn)過程如下：編發(fā)報完成后，系統(tǒng)自動地對發(fā)報過程中產生的各項數(shù)據(jù)和報文內容進行保存，存入系統(tǒng)的ACCESS數(shù)據(jù)庫（對應數(shù)據(jù)表名為“總要素”和“報文”）。每天早上8點，系統(tǒng)自動彈出極值及紀要欄錄入界面，由觀測員錄入前一天的紀要欄數(shù)據(jù)及最高最低溫度、降水量和積雪深度等數(shù)據(jù)（對應數(shù)據(jù)表名為“極值”）。點擊“查詢”按鈕通過SQL查詢語句［11］可以按時間進行查詢操作。

3 系統(tǒng)的使用效果及前景展望

3.1 系統(tǒng)的使用效果

系統(tǒng)于2011年5月投入正式運用。2014年6月又根據(jù)最新的行業(yè)標準和觀測規(guī)范進行了升級革新，于2015年2月3日通過了廈門空管站安全管理部的安全評估，驗收合格，投入正式運行。系統(tǒng)投入使用后，效益顯著。主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）減少了發(fā)報過程中的錯、忘、漏現(xiàn)象，有效地降低了觀測錯情率。以廈門機場為例，系統(tǒng)投入使用后的4年間，觀測錯情率一直低于萬分之0.1，完成了民航空管局下達的安全生產指標；

（2）提高了氣象業(yè)務保障和服務能力。在應對突發(fā)的事件（如線路故障時），應急保障能力總體提升。

（3）提升了氣象數(shù)據(jù)自動化處理水平。觀測實時數(shù)據(jù)和發(fā)報數(shù)據(jù)都得到了電子化的保存，為氣象服務的網(wǎng)絡化和資料的共享奠定了數(shù)據(jù)源基礎。

（4）提高了氣象觀測數(shù)據(jù)的質量。在2015年廈門氣候志續(xù)編過程中，軟件投入使用后的數(shù)據(jù)質量明顯提升，加快了氣候志的編寫進度。

3.2 系統(tǒng)的前景展望

通過軟件開發(fā)及硬件安裝，將系統(tǒng)要具有的功能都實現(xiàn)了，達到了預期目標。同時為觀測員和預報員架設起了一個共享的發(fā)報平臺，在這個平臺上，觀測員能高效地完成從觀測數(shù)據(jù)采集到觀測報文生成的整個工作流程；預報員可以方便地進行趨勢預報的添加，改變了長期以來趨勢預報由觀測員代發(fā)帶來的種種弊端，分清了職責。

本系統(tǒng)還具備以下優(yōu)點，具有較好的推廣前景：

（1）通用性。根據(jù)民航的要求開發(fā)，具有廣泛的代表性。只需根據(jù)各地設備的不同情況對接收數(shù)據(jù)的程序略加修改。

（2）易用性。編程采用VB、數(shù)據(jù)庫采用ACCESS數(shù)據(jù)庫，都是微軟的軟件，簡單易用，與WINDOWS操作系統(tǒng)兼容性好，在大部分計算機上都能安裝使用。

（3）拓展性。前端和后端都留有接口，可以進行后續(xù)的軟件開發(fā)，比如建立觀測實況數(shù)據(jù)庫，進而開發(fā)氣象預警或監(jiān)控軟件等。

［1］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用航空氣象地面觀測規(guī)范［S］.2012-2-28.

［2］中國民用航空總局.中華人民共和國民用航空行業(yè)標準-民用航空氣象［S］.2008-01-01.

［3］中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用機場氣象觀測資料處理系統(tǒng)技術規(guī)范［S］.2012-11-30.

［4］李長林.Visual Basic串口通信技術與典型實例［M］.北京：清華大學出版社，2007：13-16.

［5］韓宇龍，韋慶玲，蘇禹賓，等.廣西自動氣象站數(shù)據(jù)采集器調試儀的研發(fā)［J］.氣象研究與應用，2014，35（2）：91-92.

［6］芬蘭Vaisala公司.MIDAS IV AWOS技術手冊［Z］.芬蘭：Vaisala公司，2008.

［7］程愛珍，王超球，黃琳.廣西地面氣象觀測數(shù)據(jù)質量控制方法［J］.氣象研究與應用，2013，34（S1）：128-129.

［8］蒙炤臻，林奕桐，李仕強.自動站溫度、雨量數(shù)據(jù)的質量控制方法和應用研究［J］.氣象研究與應用，2014，35（1）：99-103.

［9］王健治.軟件方法降低觀測錯情率［J］.民航管理2014.（8）：74-76.

［10］劉燕雄，吳采霞，王春霞，等.自動觀測編發(fā)報故障應急處理方法［J］.氣象研究與應用，2011，32（S2）：191-192.

［11］蔣禮珍，符永興，徐一暉.市級區(qū)域自動站信息處理系統(tǒng)的開發(fā)和應用［J］.氣象研究與應用，2010，31（1）：77-79.

The development and introduction of civil aviation meteorological observation reporting system

Wang Jian Zhi
（Civil Aviation Xiamen Air Traffic Management Station，F(xiàn)ujian Xiamen 361006）

According to the characteristics of civil aviation meteorological industry and the actual demand of meteorological observer，a set of practical observation and distribute system was developed to ensure timeliness of sending report and to improve the accuracy of the report content and to reduce the rate of wrong，and to ensure the flight safety.

meteorological observation；editing and sending report，software development

P41

A

1673-8411（2016）01-0101-04

2015-11-12

王健治（1977-），男，工程師，理學學士，主要從事航空氣象觀測、預報及業(yè)務軟件開發(fā)等工作。