氣壓報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

伊德日呼　代沁　智軍

摘 要：隨著民航氣象業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，各用戶單位對氣象服務(wù)的需求隨之增加，民航氣象地面觀測業(yè)務(wù)作為航空氣象工作的基礎(chǔ)，與飛行安全有著密切的關(guān)系。其中，地面觀測員提供給相關(guān)用戶單位的修正海平面氣壓值是影響飛行安全的重要氣象要素之一，《民用航空自動氣象觀測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第二十四條規(guī)定，當(dāng)氣壓、氣溫等氣象要素發(fā)生異常變化或不符合規(guī)定要求時，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)自動產(chǎn)生聽覺和文字提示信息。為了符合自動氣象觀測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，更好地服務(wù)于客戶，減輕觀測員工作壓力，提高工作效率，內(nèi)蒙古空管分局氣象臺研發(fā)了氣壓報警系統(tǒng)，對不同氣壓傳感器測量的數(shù)據(jù)進行實時對比，當(dāng)氣壓數(shù)據(jù)異?；蛘咴O(shè)備故障時，產(chǎn)生聽覺和文字提示信息。

關(guān)鍵詞：QNH；powerbuilder9.0；告警；自動觀測系統(tǒng)

1 概述

在飛機起飛、降落和空中飛行的各個階段都會受到氣象條件的影響，風(fēng)、氣溫、氣壓都是影響飛行的重要氣象要素。飛機在高空飛行時是靠測量大氣壓力來獲得飛行高度數(shù)值的，這個高度也叫氣壓高度。飛行與氣壓的關(guān)系：地面觀測員提供給相關(guān)用戶單位的修正海平面氣壓值是影響飛行安全的重要氣象要素之一。

目前呼和浩特白塔國際機場地面觀測員提供給相關(guān)用戶單位的修正氣壓值主要有雙振筒氣壓儀、自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器（呼和浩特白塔機場自動觀測系統(tǒng)氣壓傳感器編號分別為08號、26號兩臺）。氣壓報警系統(tǒng)以powerbuilder9.0作為軟件開發(fā)平臺，自動讀取不同氣壓傳感器修正海平面氣壓值數(shù)據(jù)，對不同傳感器氣壓值進行實時對比顯示。本系統(tǒng)功能分為四個部分，即數(shù)據(jù)顯示、氣壓數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ葓缶?、氣壓?shù)據(jù)縱向?qū)Ρ葓缶皵?shù)據(jù)記錄功能。

1.1 數(shù)據(jù)顯示

實時顯示系統(tǒng)時間、自動觀測系統(tǒng)傳感器讀取時間、數(shù)據(jù)自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器及雙振筒氣壓傳感器修正海平面氣壓值。

1.2 氣壓數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ?/p>

對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當(dāng)某一個傳感器的修正海壓值與另外兩個傳感器的修正海壓差值超過閾值時，則產(chǎn)生氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常的文字提示并產(chǎn)生告警音樂，提示用戶檢查，告警持續(xù)到數(shù)據(jù)正常為止，同時把數(shù)據(jù)記錄下來。界面上還設(shè)計了靜音按鈕，用戶發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后通過此按鈕靜音。

1.3 氣壓數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ?/p>

對比每一臺儀器相鄰兩個整點修正海平面氣壓值，當(dāng)其差值超過閾值時，則產(chǎn)生氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常的文字提示并產(chǎn)生告警音樂，提示用戶檢查，氣壓差值小于閾值后提示文字自動消失，同時把數(shù)據(jù)記錄下來。

1.4 數(shù)據(jù)記錄與錯誤日志

氣壓報警系統(tǒng)每分鐘記錄一條修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值。系統(tǒng)錯誤日志記錄系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤的時間及原因，以便用戶查詢。

2 總體方案設(shè)計

2.1 硬件方案設(shè)計

氣壓報警系統(tǒng)的硬件由MIDASIV自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器、雙振筒氣壓儀、交換機、氣壓報警系統(tǒng)主機、串口線、網(wǎng)線等組成。

在氣壓報警系統(tǒng)中自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器提供自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值。

太原市太航壓力測試科技有限公司生產(chǎn)的XDY-03型雙振筒氣壓儀是一種便攜式的壓力傳感器，本雙振筒氣壓儀實時顯示場面氣壓（QFE）及修正海平面氣壓數(shù)據(jù)（QNH），并且有串口數(shù)據(jù)通信功能。

氣壓報警系統(tǒng)通過串口與雙振筒氣壓儀數(shù)據(jù)通信，通過軟件讀取雙振筒氣壓儀場面氣壓數(shù)據(jù)，在氣壓報警系統(tǒng)內(nèi)部進行換算得到雙振筒氣壓儀修正海平面氣壓值；通過交換機連接自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器及氣壓報警系統(tǒng)主機，通過軟件讀取自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器歷史數(shù)據(jù)打包文件，得到自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器修正海平面氣壓值（自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器每分鐘存一次外場傳感器數(shù)據(jù)）。并實時顯示自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器及雙振筒氣壓傳感器的修正海平面氣壓值。圖1為氣壓報警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

2.2 軟件方案設(shè)計

氣壓報警系統(tǒng)采用powerbuilder9.0作為軟件開發(fā)平臺，實時顯示雙振筒氣壓儀及自動氣象觀測系統(tǒng)跑道兩端傳感器數(shù)據(jù)；實時橫向?qū)Ρ入p振筒氣壓儀及自動氣象觀測系統(tǒng)跑道兩端傳感器數(shù)據(jù)；對每臺傳感器相鄰整點氣壓數(shù)據(jù)進行縱向?qū)Ρ?；對傳感器?shù)據(jù)、對比值及系統(tǒng)狀態(tài)進行實時記錄。氣壓報警系統(tǒng)界面效果如圖2所示：其中，北京時間是氣壓報警系統(tǒng)主機系統(tǒng)時間，世界時間是打包文件讀取時間，26QNH顯示自動觀測系統(tǒng)26號傳感器修正海平面氣壓值（跑道號可以修改，文章以呼和浩特白塔機場為例），08QNH顯示自動觀測系統(tǒng)08號傳感器修正海平面氣壓數(shù)據(jù)，修正海平面氣壓值有效數(shù)據(jù)為小數(shù)點后兩位數(shù)。

3 氣壓報警系統(tǒng)具體功能實現(xiàn)

3.1 讀取氣壓傳感器數(shù)據(jù)

3.1.1 讀取自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器數(shù)據(jù)

自動觀測系統(tǒng)服務(wù)器實時顯示外場各傳感器數(shù)據(jù)的同時每分鐘記錄一次傳感器數(shù)據(jù)，通過打包程序（已開發(fā)軟件）每分鐘讀取一次自動觀測系統(tǒng)各傳感器的歷史數(shù)據(jù)，并生成AWOSPKG.DAT打包文件，氣壓報警軟件通過網(wǎng)絡(luò)方式讀取自動觀測系統(tǒng)08號、26號氣壓傳感器數(shù)據(jù)及文件生成時間，本系統(tǒng)讀取的打包文件為如圖3所示。

讀取打包文件函數(shù)：

氣壓報警系統(tǒng)讀取自動觀測系統(tǒng)08號、26號氣壓傳感器數(shù)據(jù)時要定義讀取打包文件的函數(shù)，主程序通過調(diào)用函數(shù)讀取到圖3中帶下劃線的數(shù)據(jù)，也就是讀取到自動觀測系統(tǒng)08號跑道氣壓傳感器修正海平面氣壓值及自動觀測系統(tǒng)26號氣壓傳感器修正海平面氣壓值。軟件代碼如下：

3.1.2 讀取雙振筒氣壓儀數(shù)據(jù)

太原市太航壓力測試科技有限公司生產(chǎn)的XDY-03型雙振筒氣壓儀無主動串口輸出功能，通過串口發(fā)送“R”命令得到雙振筒氣壓儀場面（QFE）氣壓值，波特率為“2400、8、N、1”。通過QFE和QNH換算公式得到雙振筒氣壓儀修正海平面氣壓（QNH）值，場面氣壓及修正海平面氣壓換算公式（1）所示：

3.2 橫向?qū)Ρ雀婢δ?/p>

氣壓報警系統(tǒng)對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統(tǒng)08號、26號氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當(dāng)其中一個傳感器計算的修正海壓值與另外兩個傳感器計算的修正海壓差值超過閾值時，則產(chǎn)生氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常的提示并產(chǎn)生音樂告警，提示用戶檢查，告警持續(xù)到數(shù)據(jù)正常或者用戶靜音為止，同時把數(shù)據(jù)記錄下來。定義橫向?qū)Ρ群瘮?shù)，變了為s，返回值是s。橫向?qū)Ρ雀婢Ч鐖D5所示，軟件程序設(shè)計流程如圖4所示。

3.3 縱向?qū)Ρ裙δ?/p>

氣壓報警系統(tǒng)對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統(tǒng)08號、26號氣壓傳感器相鄰整點的修正海壓值（QNH）進行對比監(jiān)控。當(dāng)無天氣變化的情況下，相鄰兩個整點的修正海平面氣壓值變化不超過閾值，當(dāng)有天氣變化的時候（比如鋒面過境或者降水）修正海平面氣壓值會突變，對比每一臺儀器相鄰兩個整點測得的修正海壓值，當(dāng)其差值超過閾值時，產(chǎn)生音樂告警，并提示用戶檢查，提示直到差值小于閾值后消失。顯示界面如圖6所示。

3.4 系統(tǒng)附加功能

為了便于查看數(shù)據(jù)，氣壓報警系統(tǒng)自動記錄修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值，方便用戶查詢。為更好地判斷系統(tǒng)故障，本系統(tǒng)對遠程數(shù)據(jù)庫連接情況、串口數(shù)據(jù)線連接情況、雙振筒氣壓儀運行情況進行監(jiān)控，當(dāng)異常時及時告警，同時記錄其他系統(tǒng)故障原因。

本系統(tǒng)增加了“設(shè)置”和“幫助”菜單。通過“設(shè)置”菜單分別設(shè)置自動觀測系統(tǒng)傳感器編號、橫向?qū)Ρ乳撝?、縱向?qū)Ρ乳撝岛瓦h程服務(wù)器路徑。通過 “幫助”菜單分別查看系統(tǒng)日志和系統(tǒng)使用說明。當(dāng)故障或者氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生音樂告警，告警持續(xù)到系統(tǒng)正?；蛘邤?shù)據(jù)對比值小于閾值。為了防止連續(xù)告警影響觀測員正常工作，系統(tǒng)界面上增加了“靜音”、“報警”二選一按鈕。當(dāng)觀測員得知系統(tǒng)報警后，點擊“靜音”按鈕，停止報警。

4 結(jié)束語

氣壓報警系統(tǒng)實時讀取自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器修正海平面氣壓值。并實時顯示自動觀測跑道兩端氣壓傳感器、雙振筒氣壓傳感器的修正海平面氣壓值。對雙振筒氣壓儀、自動觀測系統(tǒng)跑道兩端氣壓傳感器修正海壓值進行實時對比。當(dāng)其某一個傳感器的修正海壓值與另外兩個傳感器的修正海壓差值超過閾值時，則產(chǎn)生氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常的文字提示并產(chǎn)生告警音樂，提示用戶檢查，告警持續(xù)到數(shù)據(jù)正常為止，同時把數(shù)據(jù)記錄下來。對每一臺儀器相鄰兩個整點修正海平面氣壓值進行對比，當(dāng)其差值超過閾值時，則產(chǎn)生氣壓傳感器數(shù)據(jù)異常的文字提示并產(chǎn)生告警音樂，提示用戶檢查，氣壓差值小于閾值后提示文字自動消失，同時把數(shù)據(jù)記錄下來。為更好的判斷系統(tǒng)故障，本系統(tǒng)記錄每分鐘生成一條修正海平面氣壓值、修正海平面氣壓對比值，記錄超過閾值的相鄰整點修正海平面氣壓值變化值和系統(tǒng)錯誤日志，對遠程數(shù)據(jù)庫連接情況、串口數(shù)據(jù)線連接情況、雙振筒氣壓儀運行情況進行監(jiān)控，當(dāng)異常時及時告警，同時記錄其他系統(tǒng)故障原因。利用現(xiàn)有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和技術(shù)資源，不斷改善系統(tǒng)的運行環(huán)境和條件，按照用戶需求，可以對自動觀測系統(tǒng)其他氣象要素進行橫向?qū)Ρ炔⒏婢ㄈ纾簻囟取穸?、能見度、跑道視程等）。氣壓報警系統(tǒng)升級為氣象要素報警系統(tǒng)。減輕工作人員勞動強度、降低運行成本。

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