朱國(guó)棟，楊樂(lè)，孫少明

民航氣象報(bào)文質(zhì)量控制算法的開發(fā)設(shè)計(jì)

朱國(guó)棟，楊樂(lè)，孫少明

（民航新疆空中交通管理局空管中心氣象中心，新疆 烏魯木齊 830000）

按照民航氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的定義和要求，設(shè)計(jì)開發(fā)民航氣象報(bào)文質(zhì)控與編發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)民航氣象觀測(cè)、預(yù)報(bào)及重要?dú)庀笄閳?bào)等報(bào)文內(nèi)容的交互編寫、解碼分析及內(nèi)容糾錯(cuò)告警和要素解析，通過(guò)定義完善的質(zhì)量控制算法，降低民航氣象情報(bào)在編發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，提高民航氣象情報(bào)的質(zhì)量。

民航氣象報(bào)文；質(zhì)量控制；氣象業(yè)務(wù)；機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)

1 引言

民用航空氣象業(yè)務(wù)中，民航氣象情報(bào)主要包含機(jī)場(chǎng)觀測(cè)實(shí)況（METAR、SPECI）、機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)（TAF）、重要?dú)庀笄閳?bào)（SIGMET）以及低空氣象情報(bào)（AIRMET）等，其中機(jī)場(chǎng)觀測(cè)實(shí)況主要用于描述機(jī)場(chǎng)天氣的實(shí)際情況，包括機(jī)場(chǎng)的風(fēng)、溫度、氣壓、天氣現(xiàn)象、能見度、云以及RVR等要素的觀測(cè)值；機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)則主要用于描述未來(lái)機(jī)場(chǎng)天氣的演變情況，包括風(fēng)、溫度、能見度、天氣現(xiàn)象及云等要素的預(yù)測(cè)值；重要?dú)庀笄閳?bào)、低空氣象情報(bào)等主要用于描述特定區(qū)域內(nèi)顛簸、積冰、火山灰、熱帶氣旋以及對(duì)流等重要天氣的分布、強(qiáng)度變化。

航空公司、機(jī)場(chǎng)等民航運(yùn)行單位通過(guò)查閱相關(guān)氣象情報(bào)，了解機(jī)場(chǎng)天氣、航路天氣的重要變化，為航班計(jì)劃的執(zhí)行提供客觀的情報(bào)支持，而氣象情報(bào)內(nèi)容的準(zhǔn)確與否，對(duì)民航航班運(yùn)行、公司決策有重要影響。

目前中國(guó)已有相應(yīng)的系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)民航氣象報(bào)文的定時(shí)監(jiān)測(cè)，確保相應(yīng)的氣象情報(bào)按時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)編發(fā)，防止氣象情報(bào)出現(xiàn)漏發(fā)[1]，尤其是機(jī)場(chǎng)觀測(cè)報(bào)文的編發(fā)，已有相應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)機(jī)場(chǎng)觀測(cè)報(bào)文的發(fā)布流程進(jìn)行完整的監(jiān)控[2-4]，同時(shí)也具備觀測(cè)報(bào)文內(nèi)容的質(zhì)量監(jiān)控[5]和內(nèi)容解析[6]，但是缺乏統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)觀測(cè)、預(yù)報(bào)、重要?dú)庀笄閳?bào)等多種類型的報(bào)文質(zhì)量控制、編輯、發(fā)送業(yè)務(wù)平臺(tái)的研究，本文嘗試按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，設(shè)計(jì)開發(fā)完整的氣象情報(bào)糾錯(cuò)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類氣象情報(bào)的質(zhì)量控制和編輯發(fā)送功能，減少氣象情報(bào)內(nèi)容的編發(fā)過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提高氣象情報(bào)發(fā)布質(zhì)量。

2 報(bào)文質(zhì)量控制算法的設(shè)計(jì)

結(jié)合業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)要求和業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需要，算法使用C#語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，依托高效的正則表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)對(duì)民航氣象報(bào)文的類型判斷、內(nèi)容分解、字段判別、關(guān)鍵字過(guò)濾以及報(bào)文邏輯關(guān)系判斷，通過(guò)可配置的模塊化實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，并預(yù)留拓展接口，為后續(xù)的報(bào)文指控提供擴(kuò)展接口，確保算法的準(zhǔn)確性、高效性和可擴(kuò)展性。

具體算法流程，以機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)（TAF）為例，整體流程如圖1所示。

圖1 機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)質(zhì)量控制流程示意圖

3 質(zhì)量控制算法的實(shí)現(xiàn)

3.1 報(bào)文類型識(shí)別

民航氣象報(bào)文主要包含機(jī)場(chǎng)觀測(cè)、機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)以及重要?dú)庀笄閳?bào)等報(bào)文類型，每種報(bào)文類型內(nèi)容差異巨大，需要設(shè)計(jì)匹配不同的質(zhì)量控制算法。因此算法首先需要輸入報(bào)文的類型識(shí)別，再結(jié)合報(bào)文類型啟用不同的糾錯(cuò)算法。具體實(shí)現(xiàn)方法為：通過(guò)正則表達(dá)式，按照?qǐng)?bào)文內(nèi)容，匹配相應(yīng)的關(guān)鍵字段，具體匹配規(guī)則如表1所示。

表1 報(bào)文類型識(shí)別

序號(hào)類型正則表達(dá)式 1機(jī)場(chǎng)實(shí)況觀測(cè)Regex.Match(FCTB.Text， "METAR|SPECI").Success 2機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)Regex.Match(FCTB.Text， "TAF ").Success 3重要?dú)庀笄閳?bào)Regex.Match(FCTB.Text， "SIGMET").Success 4低空氣象情報(bào)Regex.Match(FCTB.Text， "AIRMET").Success

3.2 報(bào)文內(nèi)容分解

在完成報(bào)文類型識(shí)別后，算法需要拆解一份報(bào)文內(nèi)容，通常一份民航氣象報(bào)文以“=”符號(hào)結(jié)束，不同的字段內(nèi)容使用空格進(jìn)行分割，為了后續(xù)的報(bào)文質(zhì)量控制，算法將通過(guò)正則表達(dá)式，按照空格或換行符進(jìn)行拆解，并剔除多余的空格，為后續(xù)報(bào)文質(zhì)量控制提供逐個(gè)報(bào)文字段數(shù)組的支持。

3.3 報(bào)文字符識(shí)別

民航氣象報(bào)文中每個(gè)字段都有固定含義，且具備固定的特征、內(nèi)容或字段長(zhǎng)度，算法依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民航氣象第6部分電碼》（以下簡(jiǎn)稱行標(biāo)）中的定義，按照相應(yīng)的類型報(bào)文內(nèi)容，判別每個(gè)字段的含義，具體如表2所示。按照行標(biāo)的定義以及實(shí)際業(yè)務(wù)工作要求，對(duì)報(bào)文字段進(jìn)行逐項(xiàng)比對(duì)，識(shí)別報(bào)文字段的特征屬于那種字段類型，并按照字段類型進(jìn)行標(biāo)識(shí)。機(jī)場(chǎng)實(shí)況報(bào)文字符識(shí)別主要規(guī)則按照表2提供的清單進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的判別，判斷檢查報(bào)文字段中字母、數(shù)字以及“+、－、/”符號(hào)是否符合行標(biāo)的具體規(guī)定。例如云組信息，云量必須由FEW、SCT、OVC、BKN組成，云高由3位數(shù)字組成，符合則判斷該字段正確。同理可得其他特征字段檢的檢查方法，在此不再贅述。而機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)、重要?dú)庀笄閳?bào)識(shí)別算法方法相同，此處不單獨(dú)羅列具體字符特征。

3.4 報(bào)文邏輯關(guān)系判斷

報(bào)文字符識(shí)別是將逐個(gè)報(bào)文字段內(nèi)容孤立地進(jìn)行檢查判斷，但是實(shí)際業(yè)務(wù)中的報(bào)文內(nèi)容，報(bào)文字段前后內(nèi)容是關(guān)聯(lián)存在的，比如溫度與天氣現(xiàn)象、云的高度等信息，所以報(bào)文必須進(jìn)行內(nèi)容的邏輯判斷。

報(bào)文字符識(shí)別完成后，報(bào)文字段被逐個(gè)標(biāo)記后，即可進(jìn)行報(bào)文的邏輯關(guān)系檢測(cè)。通過(guò)篩選、統(tǒng)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、氣象要素歷史特征等信息，本算法實(shí)現(xiàn)地面平均風(fēng)速與陣風(fēng)、主導(dǎo)能見度與天氣現(xiàn)象、不同云組分布以及最高最低溫度的組合，并分解BECMG和TEMPO中包含的時(shí)間轉(zhuǎn)換組，判斷時(shí)間轉(zhuǎn)換組是否存在于有效時(shí)間內(nèi)，此處以機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)為例，羅列相應(yīng)的邏輯檢測(cè)內(nèi)容，具體如表3所示。

表2 機(jī)場(chǎng)實(shí)況報(bào)文字符識(shí)別

序號(hào)字符識(shí)別含義實(shí)例 1機(jī)場(chǎng)代碼報(bào)文類型、機(jī)場(chǎng)代碼、時(shí)間等信息METAR ZWWW 2風(fēng)風(fēng)向、風(fēng)速、陣風(fēng)、風(fēng)向變化范圍18004G10MPS 3能見度能見度具體數(shù)值0800，9999 4天氣參照4678電碼表FZFG，-SHSN 5云云量，云高FEW030CB，BKN033 6RVR跑道視程R07/P2000 7溫度、露點(diǎn)溫度氣溫、露點(diǎn)溫度12/10 8修正海平面氣壓 Q1011 9垂直能見度 VV002 10趨勢(shì)預(yù)報(bào)機(jī)場(chǎng)未來(lái)天氣變化趨勢(shì)略 11其他項(xiàng)目CAVOK、NSC等略

表3 機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)報(bào)文邏輯關(guān)系判斷清單

序號(hào)檢查內(nèi)容檢查條件錯(cuò)誤案例 1風(fēng)陣風(fēng)風(fēng)速與平均風(fēng)速絕對(duì)差≥5 m/s12010G02MPS 2主導(dǎo)能見度與天氣能見度低于某數(shù)值必須與指定的天氣現(xiàn)象配合出現(xiàn)1200 FG 3多層云分布云高應(yīng)當(dāng)由低到高編報(bào)OVC040 BKN020 4溫度排序最高溫度應(yīng)當(dāng)大于最低溫度TX13/09Z TN26/11Z 5溫度極值最高、最低溫度時(shí)間應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在報(bào)文有效時(shí)間內(nèi)0009的TAF報(bào)文中出現(xiàn)TX20/08Z TN12/12Z 6BECMG、TEMPO的時(shí)間轉(zhuǎn)換組時(shí)間轉(zhuǎn)換組應(yīng)當(dāng)在報(bào)文有效時(shí)間內(nèi)1221的TAF報(bào)文中出現(xiàn)BECMG 0809

機(jī)場(chǎng)實(shí)況與重要?dú)庀笄閳?bào)的邏輯關(guān)系判斷與機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)類似，依托報(bào)文字符識(shí)別后的標(biāo)記，判斷報(bào)文字段內(nèi)容前后及要素本身的極值分布，進(jìn)行相關(guān)的邏輯關(guān)系檢測(cè)，確保報(bào)文內(nèi)容不存在邏輯上的錯(cuò)誤。

3.5 報(bào)文質(zhì)控信息輸出

本模塊綜合分析報(bào)文類型識(shí)別、內(nèi)容拆解、字段內(nèi)容識(shí)別和報(bào)文邏輯關(guān)系的算法輸出信息，結(jié)合業(yè)務(wù)邏輯，將算法全過(guò)程的輸出信息進(jìn)行分析和綜合，進(jìn)而獲得報(bào)文每個(gè)字段的報(bào)文指控信息，包括文字描述和相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)信息，同時(shí)輸出信息具備完善的文檔，可作為其他業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)應(yīng)用的輸入信息。

4 質(zhì)控算法的應(yīng)用

民航氣象報(bào)文質(zhì)控算法作為民航氣象業(yè)務(wù)通用模塊，可直接作為民航氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)支持模塊進(jìn)行引用，相關(guān)業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)人員不必重新設(shè)計(jì)開發(fā)相關(guān)算法，極大地簡(jiǎn)化了民航氣象情報(bào)發(fā)布平臺(tái)的開發(fā)工作，減少了相應(yīng)平臺(tái)的開發(fā)成本。目前，本算法已作為機(jī)場(chǎng)報(bào)文編發(fā)系統(tǒng)的控件，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，具體如圖2所示，本系統(tǒng)可自動(dòng)生成報(bào)文的報(bào)頭和時(shí)間字段，實(shí)時(shí)檢測(cè)預(yù)報(bào)人員編輯輸入的字符，自動(dòng)提示報(bào)文內(nèi)容缺失、錯(cuò)誤部分，并將部分錯(cuò)誤內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)紅高亮顯示，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的糾錯(cuò)信息可視化。

圖2 民航氣象情報(bào)編發(fā)系統(tǒng)軟件示意圖

5 結(jié)論

民航氣象情報(bào)的內(nèi)容直接關(guān)系著民航氣象服務(wù)工作的質(zhì)量，報(bào)文質(zhì)量控制算法是民航氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)觀測(cè)、預(yù)報(bào)及重要?dú)庀笄閳?bào)等多類型民航氣象報(bào)文的質(zhì)量控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文內(nèi)容的解析，為民航氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)、氣象服務(wù)系統(tǒng)提供高效的算法支持，可直接拓展應(yīng)用到民航氣象報(bào)文編發(fā)、業(yè)務(wù)監(jiān)控、報(bào)文質(zhì)量評(píng)定以及個(gè)性化氣象服務(wù)工作，改善民航氣象報(bào)文數(shù)據(jù)的分析能力，進(jìn)而提高民航氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

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V321.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.022

2095－6835（2019）20－0053－02

〔編輯：張思楠〕