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珠海终端区管制综合信息显示ASP系统的设计探析

来源:原创论文网 添加时间:2019-04-25

  摘    要: 终端区管制员在对空指挥过程中需要不断获取所辖空域和机场的各项信息, 如终端区QNH、各机场通播、气象数据等。针对信息种类多、获取方式复杂、更新不及时等问题, 本文通过分析各项数据特点, 结合管制工作方式, 提出了利用软件实时自动收集和整理相关数据后集中显示的设计方案, 并通过软硬件搭建, 给出了整套系统的实现方法, 满足了管制部门的使用需求。

  关键词: QNH; 通播; 气压; 综合信息; 终端区;

  Abstract: Terminal area traffic controllers need to continuously acquire information of their airspace and airport in the process of air command, such as terminal area QNH, airport broadcasting, meteorological data, etc. In view of the problems of many kinds of information, complex acquisition methods and untimely updating, this paper puts forward some suggestions by analyzing the characteristics of data and combining the mode of control work. The design scheme of centralized display after real-time automatic collection and collation of relevant data by software is presented. Through the construction of software and hardware, the realization method of the whole system is given, which meets the needs of air traffic control.

  Keyword: QNH; airport broadcasting; atmospheric pressure; integrated information; terminal area;

  0、 引言

  在飞行过程中, 进近阶段是整个飞行过程中最繁忙也是最危险的飞行阶段, 所以终端区管制相对于塔台管制和区域管制也更加复杂和繁忙。终端区管制员在指挥航班进近时除了向机组发布高度、航向等常规指令外, 还需要向机组提供一些额外的必要信息, 如终端区气象条件, 各机场的航行情报信息、流控信息等来辅助机组了解目的机场及相关的航行情报信息。这些信息都是管制员要随时掌握并根据各项信息来调配间隔, 提供尽可能优化的管制指挥服务。一旦信息获取不到或者未获取到及时准确的信息, 就很可能对管制指挥工作造成影响。

珠海终端区管制综合信息显示ASP系统的设计探析

  1、 管制指挥过程中各类信息的作用

  珠海终端区的管制指挥工作中常用的管制信息包括终端区的修正海压、3个主要民航机场的通播、各机场在用跑道号、气象报文以及相邻管制扇区或单位的指挥频率等, 还包括一些需要管制员了解和掌握的临时性通知或消息, 如临时航路的开启或关闭状态, 导航台的可用信息、特情信息等。

  1.1 、气压与高度

  空中交通管制的主要职责是避免航空器之间或航空器与障碍物之间相撞[1]。管制员主要通过调整航空器之间的水平和垂直间隔来避免航空器之间或航空器与障碍物发生碰撞。在利用垂直间隔来调整航空器间隔时, 同一管制空域内的航空器, 只有在相同的参考平面下, 各航空器之间的高度差才具有实际意义。

  地球表面的空气密度不是均等的, 靠近地表层的空气密度较大, 空气压强大, 随着高度的上升, 空气越来越稀薄, 空气密度变小, 气压也就越小。在标准大气条件下, 高度每升高约8.25 m, 气压就下降1 h Pa, 标准大气条件下, 其换算公式为:

  其中:

  H———当前所在高度, 米 (m) ;

  P0———参考平面气压, 百帕 (hPa) ;

  P1———所在高度的气压, 百帕 (hPa) ;

  飞机气压高度表的测量原理就是根据设定的气压基准面与测量到的气压的差值来换算飞机所在高度与设定气压基准的高度之间的差值。

  在航图上, 机场、塔台、地形以及各种建筑物的高度都是以平均海平面气压为基准的绝对高度[2]。平均海平面是指在观测时间内水位高度的平均值, 分为日平均海平面、年平均海平面和多年平均海平面等。同时, 为了便于管制员直观地判断航空器与地面建筑物或地形之间是否具备安全的垂直间隔, 航空器与地面建筑物也必须采用同一基准面, 即平均海平面。

  飞机在终端区飞行时, 统一采用终端区QNH, 即修正海平面气压作为高度基准[3], 也就是说当把高度表的气压基准调整到QNH时, 高度表指示的就是修正海平面气压高度。

  1.2、 航行情报通播

  航行情报通播简称通播, 是各机场对外发布的实时航行情报信息, 内容主要包括:机场名称、通播发布时间以及代码、预期进近类别、使用跑道号, 地面风向风速、能见度、跑道视程、现行天气情况等与飞行密切相关的一些信息, 主要通过模拟或者数字通播系统发布。模拟通播是气象部门将观测到的机场气象信息与跑道号等各项信息整合后, 形成ATIS报, 通过AFTN电报网络发到管制部门, 同时利用合成语音技术将通播内容转化成语音, 再通过甚高频电台广播给机组。而数字通播是将数字ATIS信息通过无线电发送给飞机, 再利用飞机上安装的打印机打印出当前的通播信息[4]。

  1.3、 气象电报

  中国民航地面气象观测主要有例行观测 (METAR) 和特殊观测 (SPECI) 2种。METAR报是1种机场实况报告, 也就是发报时所在机场的天气实况, 无论有无飞行任务, 每半小时发布1次;SPECI是特殊天气报告, 是指在2次例行观测之间的时段内, 出现特殊天气时所进行的观测。珠海终端区内的3个民航机场的气象报文由各机场通过AFTN报文链路发送至自动化系统报文处理中心进行处理。

  航空气象电报的内容由不同的气象参数编组构成, 内容主要包括:识别码、机场四字代码、观测时间、风向风速、能见度、跑道视程、天气现象、云组、CAVOK、温度/露点、气压等[5]。管制员要随时掌握天气变化情况, 合理安排空中流量, 随时应对极端天气。

  2、 系统总体设计方案

  目前, 珠海终端区使用的修正海压和通播主要由各机场塔台管制员定时通过管制移交电话口头通知, 气象报文则需要管制员在飞行计划终端手动调阅查询, 相邻管制单位的指挥使用的无线电频率采用悬挂标牌的形式提示管制员, 其他的相关临时消息也主要是采用电话或口头传达的形式。可以发现这些信息的获取和发布方式相对零散, 不够集中和统一。综合信息显示系统的作用就是将以上各种零散信息进行综合后统一发布, 直观地显示给席位管制员。

  2.1、 系统架构设计

  为了便于系统安装部署以及后期系统更新和扩展, 综合信息显示模块客户端采用B/S架构设计。系统的整体架构如图1所示。

  图1 系统结构图
图1 系统结构图

  首先部署在服务器上的数据接收程序不断接收AFTN报文, 并对报文进行筛选和处理, 当收到的报文是ATIS或METAR/SPECI时, 从报文中识别机场信息并将该报文及时提取到对应的QNH、通播、跑道等信息存储在数据库中, 同时在数据接受程序界面显示。客户端页面会定时读取服务端数据库来更新页面数据。数据接收存储程序和席位客户端的Web显示页面分别如图2和图3所示。

  图2 数据接收程序界面
图2 数据接收程序界面

  图3 客户端数据显示页面
图3 客户端数据显示页面

  临时消息的内容变化较大, 各席位需要的信息也不尽相同, 所以系统采用了由领班根据需要临时推送的方式。在数据的分发上系统根据各席位终端IP地址将各席位需要显示的消息内容分别存储。领班将需要显示的重要消息, 通过客户端软件发送至数据库, 各席位客户端页面读取数据库, 将与自己的IP对应的消息内容取出并显示在界面上, 供管制员浏览。

  为了便于扩展, 系统利用MOXA串口服务器将串口形式的报文数据转换为网络数据后接入交换机。同时, 为了安全起见, 系统共部署了主备两套冗余服务器及串口服务器, 两台串口服务器分别连接主备两路AFTN报文串口。当其中一台服务器故障时, 另外一台可正常提供服务, 只需将客户端页面的访问IP地址改为另一台正常运行的服务器IP地址即可。也可以在数据接收程序界面将获取报文数据串口换成另外一路即可。

  2.2 、各机场METAR报文查看

  席位终端显示页面上的METAR报默认显示深圳机场的最新报文, 如果需要查看珠海机场和澳门机场的METAR报, 只需在对应机场的名称上点击鼠标左键, 就会弹窗显示其对应的最新报文信息, 如图4所示, 弹窗信息为珠海机场METAR报。

  图4 查看珠海机场METAR报文
图4 查看珠海机场METAR报文

  3、 系统核心功能设计及实现

  3.1、 页面数据的自动更新

  由于QNH、通播、跑道等数据都是不断变化的, 而管制员需要及时掌握最新、最准确的数据, 系统一旦部署就不应该需要进行频繁的人工干预, 而应由系统自动完成数据更新操作。客户端页面自动更新数据主要通过定时自动刷新页面读取数据库中内容来完成。目前, 流行的页面自动刷新方式如下:

  “content”的值即为页面刷新的时间间隔, 以秒为单位, 可根据实际需要修改。这种页面刷新方式的特点是强制刷新整个页面, 对于部分性能较差的计算机, 在页面整体刷新过程中会出现闪烁现象。而为了不断获取最新数据, 通常页面的刷新频率较高, 会导致页面频繁闪烁, 这会对管制员的视觉造成一定的影响, 用户体现非常不好。

  经过仔细研究, 本文采用了Asp.net中利用Timer定时器结合Ajax技术实现局部控件刷新来更新数据的方式。这种局部刷新, 主要原理就是利用Ajax实现客户端向服务器发出异步请求, 查询数据库后重新绑定各控件要显示的内容, 不对页面进行全部刷新, 很好地解决了页面闪烁的问题。

  主要前台代码如下:

图5 深圳机场报文数据更新超时

  3.2、 数据接收程序的守护

  数据接收程序负责接收各种报文数据, 并选择各机场发来的MEATR报以及ATIS报文, 提取数据后显示, 并将报文数据及提取后的数据分别存入数据库供客户端读取, 所以接收程序必须保证长期、稳定、正常运行, 一旦出现异常关闭, 系统将无法获取到相关数据。

  用Windows服务的形式在后台监控应用程序的进程状态可以很好地解决程序意外关闭导致无法获取数据的问题。通过编写Windows服务守护程序, 将数据接收程序加入到要守护的应用程序中, 并安装服务后即可开启进程守护。当关闭应用程序时, 该应用程序要能立即被重启打开。当服务器重启时, 数据接收程序也能自动开机启动。另外, 安装服务后需要在服务的属性中勾选“允许服务与桌面交互”选项, 这样在程序进程重新开启时, 程序界面才会同时出现。

  3.3、 数据更新超时提醒功能

  由于QNH、通播和跑道等数据会不断地变化和更新, 为了提高系统的交互性和可靠性, 当数据在传输过程中出现中断或者系统工作异常, 页面显示的数据未能得到及时更新时, 系统会自动弹窗, 给出数据更新超时提醒, 以便做好数据中断时的应对措施以及相应的故障排查。

  正常情况下, QNH数据每0.5 h更新1次, 最长更新间隔不会超过1 h, 在台风、暴雨等极端天气变化比较剧烈时更新频率会更快, 在几分钟到半小时不等。系统设定判断2次更新间隔超过1 h即给出告警, 如图5所示。

  图5 深圳机场报文数据更新超时
图5 深圳机场报文数据更新超时

  4 、总结

  本文提出了珠海终端区管制综合信息显示系统的设计方案及实现方法。首先简要概述了管制在指挥运行过程中需要使用的各种基础数据及各种数据获取方式, 然后给出了通过系统自动获取数据并集中显示的程序设计方案, 系统可显示的主要内容包括珠海终端区QNH、深圳、澳门、珠海机场通播及各机场的在用跑道、各机场气象报文及其他重要信息。最后给出了综合信息信息显示模块软件实现方法。该系统的投入使用, 减少了管制员的工作负荷, 很好地满足了珠海终端区管制员的使用需求, 提高了管制工作效率并对极端天气条件下的空管指挥工作起到了极大的辅助作用。

  参考文献:

  [1]王超, 杨乐.空域扇区流量与拥塞预测的概率方法[J].西南交通大学学报, 2011, 46 (01) :162-166.
  [2]潘卫军.空中交通管理基础[M].成都:西南交通大学出版社, 2005:61-70.
  [3]邓玉林.空管自动化ATC系统中的飞行控制研究[D].华南理工大学, 2012.
  [4]李颖.民航数字化通播系统优缺点分析[J].电子技术与软件工程, 2016 (19) :53.
  [5]陈昕, 李橙, 徐丁海, 等.通用航空服务站功能与组成研究[J].航空电子技术, 2013, 44 (02) :10-14.

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