厦门机场观测数据显示及查询软件的研发

王健治

文章编号：2095-6835（2016）17-0073-03

摘 要：为了更好地利用自动气象探测设备开展航空气象服务工作，以厦门机场的自动气象观测系统为例，结合气象、通讯等专业的知识，运用计算机编程技术进行软件开发，开发出一整套实用的自动观测系统实时数据采集、入库、显示及查询软件。该软件已经投入业务使用，能够实时直观地显示数据，方便了用户使用，提高了天气监控效率，保障了飞行安全。该软件简单易用，适用对象广，值得在全国机场推广使用。

关键词：厦门机场；民航气象；软件开发；自动观测系统

中图分类号：V351 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.073

根据《国际民用航空公约》附件3《国际航空气象服务》要求：机场必须安装测量或适当时，监视和远程显示地面风、能见度、跑道视程、云底高、气温、露点温度以及气压的自动化设备，以帮助进近、着陆和起飞。自动气象观测系统（Automated Weather Observing Systems，简称AWOS）就是国内外机场最常见和最重要的自动探测设备。该设备投资巨大，动辄好几百万美元；而且该系统提供的跑道视程（Runway Visual Range，简称RVR）是机场运行标准的重要参数之一，与飞行安全息息相关。根据《航空器机场运行最低标准制定和实施规定》（中国民用航空局令第98号）第42条规定：当机场同时使用RVR和本场主导VIS时，并且同时存在RVR和本场主导VIS落地标准时，应将RVR作为航空器起降时能见距离的标准。在《观测技术政策》第35条重点提到：加强观测技术设备本地化应用研究。如何利用现有的探测设备实现更高效率的预警及预报，提高飞行保障裕度，成为民航气象的研究课题。如何最大程度地用好自动气象观测系统，为航空飞行、空中管制、气象运行等服务已经成为迫在眉睫的课题。本文着重介绍笔者基于厦门机场引进的芬兰自动观测系统MIDAS ⅳ所进行的软件开发实践。

1 自动观测系统的组成及存在的问题

1.1 自动观测系统的组成

自动气象观测系统（AWOS）是一套高精密的观测设备，由探测模块、数据采集模块、数据处理模块、输入输出模块等好几部分组成，包括测量跑道视程、常规气象要素、云和天气现象等传感器以及相应的监控和远程显示的集成自动化系统。现在的自动观测系统基本上被芬兰的VALSALA公司所垄断，全世界目前有100多个国家使用该公司产品，我国大部分机场安装的也是该公司的产品。由于引进时间的差异，存在版本的差异，但其从终端显示界面、数据采集、传输方式等存在一脉相承的特性，存在的问题也是大同小异。

1.2 自动观测系统存在的问题

2008年年初，厦门机场引进了芬兰VALSALA公司生产的自动观测系统MIDAS ⅳ。该系统继承了早期自动观测系统的某些特性，改进性能并增加了许多新的功能。但仍存在不少不足之处。

1.2.1 显示方面的不足

显示方面的不足主要体现在以下3方面：①显示界面为全英文的，不直观，看得很费劲；②某些数据输出不规范，比如风速等没有按照《民用航空行业标准民用航空气象 第1部分：观测和报告》的要求进行相应的取整处理，风向不是以10°为间隔的360方向度等；③重要要素，比如RVR的显示不突出，无法做到一目了然，影响使用。

1.2.2 查询数据不方便

查询数据不方便主要体现在以下3方面：①没有实用的数据库，实时数据的存储还是早期的类似文本的格式，只能通过终端去访问历史数据；②查询数据很不方便，各个要素的存储也是分开的，必须进入主机的历史文件夹，再打开相应的文件调阅查询，无法输出；③数据只保存1年，超过1年自行覆盖，数据无法长期保存。

1.2.3 显示终端及输出端口的不足

自动观测系统安装完成后，主机（CDU）上一般配有四五个显示终端和三四个串行通讯输出口。VALSALA公司为了其商业利益，对终端的数目和串行通讯口的个数进行了限制。当用户多了以后，显示终端及通讯端口往往不够用。如何解决这些问题，成为摆在我们面前的难题。

2 解决办法

通过现场调研我们发现，自动观测系统安装完成后，主机上一般配有三四个串行通讯口。这几个串行通讯口是系统重要的输出设备，可以输出实时数据和报文等。系统型号不同，输出格式也略有不同，一般是10 s发送一组实时数据，每小时发送一次自动METAR报。

设计思路：了解了自动观测系统的实时数据输出方式后，我们能不能通过接收串行口输出的实时数据，按需求重新做一个新的直观且实用的显示界面，同时把历史数据存储成我们需要的数据格式，通过简单的查询动作实现我们所需要的查询数据的功能，并且能把经过处理的数据按照一定的格式重新发送到任何一个新的终端上呢？

如果这样的设想能够实现，上文提到的系统存在的问题就可以迎刃而解了，而且不会影响系统的正常运行，终端数目也可以无限扩充了。

通过摸索和实践，笔者发现，这种方法是可行的，而且所有的功能也是可以实现的。

3 软件功能及实现方法

3.1 功能设计

功能：根据《民用机场气象观测资料处理系统技术规范》第十条：“机场气象观测资料处理系统应当具有实时采集自动气象观测设备测量的各种气象要素的功能”和第十一条：“机场气象观测资料处理系统应当具有同步显示自动气象观测设备测量的各种气象要素的功能”。我们要开发的软件应该具有实时采集和同步显示自动观测系统数据的功能。

具体设计：通过软件编程，接收串行口输出的实时数据，做一个中文版的实时数据显示界面，同时把历史数据存储成通用的数据格式（例如简单易用的ACCESSS数据库），再通过SQL查询语句实现我们需要的查询功能，而且把经过处理过的规范的数据按照一定的格式通过网络线或通讯端口送到任何一个新的终端上。

3.2 软件实现

3.2.1 接收实时数据

在了解了自动观测系统的工作原理及实时数据输出方式后，就需要通过编程实现数据的读取，笔者所采用的是微软的软件开发工具——VISUAL BASIC。VISUAL BASIC（简称VB）是微软公司开发的一套编程工具，具备简单易用，与WINDOWS操作系统兼容性好，功能极其强大等优点。

通过介绍我们知道，实时数据已经通过串行端口送出来了。要实现预期的功能，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。现在的编程软件已经高度集成化，可以调用现成的控件编程，只要输入相应的参数就可以了。笔者用的就是VB的COMM通讯控件。COMM通讯控件提供了一系列标准通讯命令的使用界面。使用它可以建立与串行端口的连接，通过串行端口连接到其他通讯设备，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。以下是笔者从系统串行通讯口读出来的一串数据，系统为MIDAS ⅳ自动观测系统，数据为10 s/次，可以使用VB的时钟控件进行时间设置，控制每隔10 s读取一次串口数据。

（MIDASDATACAAC 2009-03-20T06：04：10 8.30 5.20 8.30 6.94 4.00 10.60 7.11 90 88 128 101 80 126 104 4200 2100 0 1010.57 1012.64 -999 24.80 16.39 59.00 27.40 17.10///0 6558 1 100 0 4900 2100 19.80 7.70 10.90 9.22 6.90 11.40 9.28 109 97 120 109 95 121 107 8000 2100 0 1011.19 1012.64 -999 24.00 16.65 63.00 26.70 17.30 4931 PWSTART BR PWEND RWSTART///RWEND 4300 4200///ENDZSAM）

有了实时数据，我们就可以对它解读，厂家一般会提供数据的输出格式。前期的自动观测系统的数据格式与后期的格式有较大不同——前期为字符定位，后期以空格分隔兼字符定位。需要注意的是，系统输出的字符串有时候并不一定按其给出的格式输出。这就需要我们进行辨别及纠错处理，需要在程序中调用相应的字符串处理函数。这是一项需要耐心和细心的工作，还需要一定的处理字符串的能力。

3.2.2 建立显示界面

通过编程建立一个实时数据显示界面，把接收下来的实时数据字符串进行处理，取出有用的数据，把它显示在界面上，按照数据的重要性及优先级进行颜色区分：对RVR用红颜色突出显示，10 min发报数据用蓝色显示，2 min、瞬时数据用绿色显示，其余数据用黑色显示，做到一目了然，清清楚楚。图1即实时数据显示界面。

3.2.3 建立数据库

利用微软（MICROSOFE，简称MS）的ACCESS 数据库工具建立一个新的数据库，考虑兼容各个机场的自动观测系统，对所有可能输出的数据都建立了数据字段保存。图2即接收的实时数据入库后的情况。

3.2.4 建立查询界面

为了查询方便，查询界面的数据显示排版采用和显示界面同样的样式，只要在“日期时间”栏输入正确的日期时间就可以进行相应的查询。图3即历史数据查询界面。当然，形成数据库后，我们可以设计更加强大的数据库查询功能，这里不再赘述。

3.2.5 数据再输出

将数据进行接收、显示及入库处理后，经过整理后的符合《民用航空气象地面观测规范》的数据可以通过网络线或通讯端口进行再输出。输出格式可以根据用户的需求进行定义。这时，接收的这台计算机又相当于一台数据服务器了，功能可以进一步扩展。

4 使用效果

该软件于2012-01开发成功，在厦门机场投入使用。软件的开发成功并投入使用，实现了预期的目标，填补了原配自动气象观测系统在数据显示、存储及查询等方面的不足，取得了良好的效益。具体体现在以下几方面：①方便了气象观测员和预报员直观地读取数据，进行发报、通报等服务工作；②作为自动观测系统的备份显示终端，在原配的显示终端故障时，起到应急作用；③方便了气象设备维护人员使用，可以实时监控气象数据是否正常；④方便了管制员、航空公司等用户的使用，可以直接获取气象观测实时资料。

这项技术在笔者参加的民航华东空管局“民航华东气象观测数据自动处理系统升级改造项目2007”中得到应用，在民航华东地区进行推广和使用。

5 总结

本文介绍的是笔者通过自己的实践和摸索，探索出来的一套通过自动读取自动观测系统串行通讯端口实时数据，对该数据进行规范化处理，并把实时数据显示在中文版界面上、入库保存及查询的方法，并介绍了通过软件编程将这种方法实现的具体过程。该软件具有以下优点：①安全性高。这种读取数据的方式不会影响自动观测系统的主机运行，很安全。②适用性广。适合在全国各个机场推广使用，兼容自动气象观测系统和自动气象站2种设备。③实用性强。由工作在一线的气象观测员开发，实用性强，与气象业务契合度高。④简单易用。可以提供给塔台、航空公司等用户使用，用户使用门槛低。⑤可以扩展。前端和后端都留有接口。在取得实时数据并入库后，我们还可以作进一步的软件开发，比如嫁接或开发气象观测发报软件；积累下来的实时数据资料还可以用来建立长期的气象资料库，进行气象要素的统计及分析，为气象预测和预报服务。这些后期开发应用已经在笔者参加的民航华东空管局“民航华东气象观测数据自动处理系统升级改造项目2007”和“民用航空气候资料处理和服务系统2010”中得到实现。

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〔编辑：刘晓芳〕