《民航气象观测报文监控系统的设计和应用》
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摘 要：民航气象观测报文为机场建设、空管运行、飞行计划制定以及航空飞行安全管理提供了关键的参考依据.目前民航气象观测报文传输过程中可能发生数据异常情况,会对航空安全运行造成严重影响.本文结合工作实践,详细探讨了对气象观测报文的监控与分析策略,对确保报文质量,提高气象观测数据的可靠性与准确性起到了积极的促进作用.
关键词：民航气象;观测报文;质量监控;报文交换;节点部署
1 绪论
航空气象观测报文主要包括两种不同的形式,分别是例行观测报告和特殊观测报告,前者采用METAR电码格式发布,后者也被称为特选报,使用SPECI电码格式向机场外发布.在观测报告中包含了大量行标规定的气象要素信息,通过对观测报文数据的合理分析和评价,可以得出较为准确的本地机场气象实时变化状态,为包括关键的飞行器起降在内的各项机场工作提供重要的气象信息服务.
METAR报为例行发布,其间隔时间通常为30分钟或1小时;SEPCI报则根据本地出现的特殊气象变化而临时发布.随着气象数据库越来越多的普及应用,气象观测报文不再像以往那样通过航空电信网AFTN进行交换,而是直接与民航气象数据库系统建立连接,并在此处完成数据的录入、存储、管理和查询的一系列操作,不仅大幅度提高了气象数据处理分析的效率,同时也可通过日志的方式自动记录各种操作行为和操作的数据对象,提高了数据的可追溯性.但是作为数据库系统,并不能够对整个观测报文的传输流程进行有效的监控,使得用户很难掌握已发出的观测报文的传输状态,从而给数据的安全性与可靠性埋下了隐患.因此,合理的设计与利用民航气象观测报文监控系统,具有着重要意义.
2 观测报文交换流程
为了更好的提高气象报文监控系统的针对性,首先就需要掌握实际的观测报文交换过程中的各个主要环节.根据机场相关规定,并结合笔者的实际工作经验,将此流程总结如下：
（1）观测报文的发布环节.由观测员在编发报终端上执行发布指令,将观测数据按标准化格式封装成报文后发出.发报终端机按照预定的传输协议,向机场气象台中的民航气象数据库通信机发出申请,在获准后构建连接,并将此报文传输至通信机.
（2）作为中间节点的通信机在正常接收气象观测报文后,即可根据预定的转报规则向本地民航气象数据库转发此报文,与此同时也将此报文通过MQ线路和AFTN线路分别上报至地区气象中心通信机以及民航气象中心的气象数据库系统.
（3）地区气象中心的通信机在收到机场气象台的观测报文后,立即按照同样的规则将该报文发送至地区气象中心数据库,并向民航气象中心上报.
在整个报文交换的过程中,存在5个重要的中间节点,即机场气象台的通信机和数据库、地区气象中心的通信机和数据库,以及地区气象中心发往民航气象中心节点.因此,对报文在传输过程中的状态进行监控,必须针对这5个关键的中间节点展开,利用扫描在节点主机中留底的文件内容,即可准确的了解报文在经过不同节点是的操作内容和状态信息.
3 报文监控方案的设计
3.1 监控节点的部署
对于报文交换过程中的5个关键节点进行分析,发现其中通信机节点数据传输压力较大,且数据流动性强,因此不适宜作为持续监控的对象,此外民航气象中心的气象观测数据库是数据的集中备份节点,其数据规模过于庞大,而且是数据流动的终点,因此也不适宜作为监控对象,而机场气象台和地区气象中心的气象数据库系统既是数据流动的中间节点,又存有较为完备的数据资料,因此考虑在这两个节点所在机房安置监控服务器.
3.2 系统功能的设计
3.2.1 系统节点的功能
监控系统的功能大部分是依赖监控节点实现的,通过该节点对数据的监测来识别报文是否在流转过程中出现错误或丢包等情况.监控节点监控系统通过彼此之间以及与报警服务器之间的实时通信,来获取被监测报文的传输状态信息,同时审核该报文在通过各个节点时是否一致,如发现数据异常,则通过报警服务器向用户发出警示.图1给出了监控系统的工作流程.
3.2.2 报文异常的识别策略
在报文监控系统中,对对象报文是否正常的判断基于两个条件,其一是报文的传输轨迹是否正常,即该报文是否经过了以上的关键节点;其二是报文的一致性,即根据各节点反馈回的报文信息判断该报文的数据在传输过程中是否发生了改变.根据这两个条件,设定了三种报文异常的情况：当观测报文未到达任何关键节点时,定义为“未到报”;反之若仅到达部分节点时,则提示“节点异常”;当发现5个关键节点反馈回的报文信息发生不一致情况时,则提示用户“数据异常”.任何异常情况的发生都会引发系统的告警,若发送的报文无任何异常情况,则系统向用户发出“报文已成功发送”的提示.
3.3 报文监控机制的执行过程
根据观测报文的类型的不同,监控机制也对应分为两种不同的模式,分别为自动监控和用户触发监控.前者监控的对象为整点或半点发送的例行觀测报文,后者则针对特殊情况下临时发布的非例行报文和更正报文进行监控.此外系统也提供了数据接口与观测发报软件相衔接,对该软件的发报行为进行监控触发,从而提高监控操作的自动化水平.
3.3.1 定时监控的轮询方式
过于频繁的向关键节点发送监控申请,将会直接影响后者的运行效率,尤其是对于气象数据库而言,大量的访问行为还可能导致数据库出现异常,为了这一问题,系统对于例行观测报文的监控采取了定时段的轮询监控方式,现以机场气象台告警服务器为例进行介绍.
机场气象台告警服务器于整点前两分钟开始,到下个小时的第五分钟结束,以一分钟时间为间隔,持续向其他节点发起轮询,要求这些节点返回本地民航气象数据库系统中的本次实况报文信息,如收这些报文的确认信息并审核无误,则向观测终端发出报文发送正常的提示,若未收到确认则向观测终端发出告警提示.同理,在发送半点报的机场气象台告警服务器于每个半点前的两分钟开启轮询,至半点后五分钟结束,其流程与整点观测报文监控流程一致.此外,如果出现特殊情况需要补发报文,则可采用手动触发查询模式.
3.3.2 实现监控报文传输状态的方式
另一种监控模式的分类方法是根据监控节点所在地进行划分,可分为针对通信机的监控和针对数据库的监控两种.第一类监控模式的原理是针对定时轮询通信系统中的留底文件进行遍历,查询其中指定报文的记录并加以判断是否出现异常.第二类就是对数据库中的文件进行查询,直接采用SQL语句查询的方式,使用结构化查询语言根据监控报文的站点名、类型和时次进行匹配查询从而获取数据库中指定报文的信息.查询后的情况由监控服务器通过XML方式将监控所得的信息传回反馈终端,同样告警服务器对报文的内容一致性进行判断,如发现异常则进行告警提示.
4 结论
通过对本系统的合理应用,可有效的提高航空气象观测报文的监控水平,更加及时的反馈观测气象报文在交换过程中出现的各种异常情况,极大的减少以往在观测报文发布过程中容易出现的错漏现象,确保气象数据的准确性、可靠性和一致性.目前,民航气象观测报文监控系统仍旧属于一种辅助监控系统,尚且无法实现全部监控功能的自动化.
参考文献：
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监控系统引用文献:
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