民航氣象觀測(cè)培訓(xùn)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鮑凌宇 楊明

摘 要：為了切實(shí)提高觀測(cè)從業(yè)人員的業(yè)務(wù)水平，強(qiáng)化典型復(fù)雜天氣和突發(fā)情況的保障訓(xùn)練，提高觀測(cè)員的良好心理素質(zhì)和應(yīng)急處置能力。依托現(xiàn)有培訓(xùn)形式與資源，根據(jù)民航氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)了用于民航氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)培訓(xùn)的系統(tǒng)平臺(tái)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行場(chǎng)景數(shù)據(jù)圖像模擬，從而實(shí)現(xiàn)觀測(cè)業(yè)務(wù)模擬培訓(xùn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)案例演示與理論測(cè)試培訓(xùn)，研發(fā)完成后，系統(tǒng)在崗位人員培訓(xùn)中取得了良好的效果。該系統(tǒng)投入小、安裝快、易操作，因此在民航氣象領(lǐng)域內(nèi)極具推廣使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：民航氣象觀測(cè)；培訓(xùn)模擬；系統(tǒng)

1引言

民航氣象觀測(cè)是航空氣象的基礎(chǔ)。觀測(cè)工作質(zhì)量的高低，與飛行安全密切相關(guān)，準(zhǔn)確發(fā)布實(shí)況報(bào)文和及時(shí)通報(bào)天氣是管制科學(xué)指揮重要決策依據(jù)。因此，提高觀測(cè)人員的業(yè)務(wù)水平尤為重要。目前現(xiàn)有的觀測(cè)業(yè)務(wù)培訓(xùn)缺乏一套系統(tǒng)完整的業(yè)務(wù)培訓(xùn)模擬平臺(tái)，并且存在以下局限：1）復(fù)雜天氣的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，觀測(cè)員跟班或值班期間不一定都能遇到，一旦真正遇到特殊情況時(shí)就會(huì)手足無(wú)措，影響飛行安全；2）試卷考核對(duì)觀測(cè)員業(yè)務(wù)規(guī)范的掌握具有較好的檢查效果，但不能較好地測(cè)試觀測(cè)員 “身臨其境”的情況下的心理素質(zhì)和應(yīng)對(duì)情況，也不能完整再現(xiàn)觀測(cè)保障工作的準(zhǔn)確及時(shí)性。

綜上所述，結(jié)合民航氣象觀測(cè)的業(yè)務(wù)運(yùn)行實(shí)際和發(fā)展需求，該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有很強(qiáng)的重要性、緊迫性和適用性。該系統(tǒng)模擬各種復(fù)雜、罕見(jiàn)天氣條件，模擬業(yè)務(wù)操作。同時(shí)該系統(tǒng)還具備模擬執(zhí)照考試等功能，能夠提高觀測(cè)業(yè)務(wù)培訓(xùn)的系統(tǒng)性和高效性?？展芟到y(tǒng)管制專(zhuān)業(yè)早已擁有自己的模擬機(jī)系統(tǒng)，民航氣象臺(tái)站還沒(méi)有一套屬于自己的模擬系統(tǒng)用于觀測(cè)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)模擬系統(tǒng)是氣象業(yè)務(wù)培訓(xùn)的一大創(chuàng)新，能提升氣象觀測(cè)從業(yè)人員的綜合能力，對(duì)飛行安全有很好的促進(jìn)作用。

2 民航氣象觀測(cè)培訓(xùn)模擬系統(tǒng)軟件概述

民航氣象在民航領(lǐng)域中的作用非常重要，合理的利用現(xiàn)代化信息技術(shù)對(duì)于民航氣象的發(fā)展尤為重要，能給日常飛行業(yè)務(wù)帶來(lái)極大的便利。

軟件開(kāi)發(fā)均在Windows操作系統(tǒng)上進(jìn)行，依托計(jì)算機(jī)處理技術(shù)在.net環(huán)境下開(kāi)發(fā)，能夠很好的在Windows平臺(tái)下運(yùn)行。程序主要基于面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言開(kāi)發(fā)，SQL數(shù)據(jù)庫(kù)支持，采用MVC架構(gòu)，WEBAPI服務(wù)形式，以及C/S的框架搭建。從而實(shí)現(xiàn)以下功能：1）能夠建立一個(gè)提供天氣要素?cái)?shù)據(jù)、模擬聲音、圖像以及各種特情應(yīng)急事件的模擬場(chǎng)景，使得場(chǎng)景能夠按照時(shí)間順序發(fā)生，讓軟件使用者可以真實(shí)感受觀測(cè)業(yè)務(wù)中的各種特情應(yīng)急場(chǎng)景；2）可以隨意增加或編輯特殊天氣及特情事件數(shù)據(jù)作為模擬環(huán)境，訓(xùn)練觀測(cè)的業(yè)務(wù)能力和應(yīng)急處理能力；3）能夠完成觀測(cè)業(yè)務(wù)知識(shí)和執(zhí)照題庫(kù)的錄入，存儲(chǔ)，選題并生成執(zhí)照試題及答案供觀測(cè)員學(xué)習(xí)考核。[1]

3 軟件總體設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)原則

1）可移植原則：在進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)，還要充分考慮將來(lái)可能進(jìn)行的推廣，因此為了隨時(shí)增加模擬試題，系統(tǒng)對(duì)模擬測(cè)試數(shù)據(jù)的處理采用簡(jiǎn)潔的EXCEL模式和讀取AWOS的History數(shù)據(jù)，方便編輯，存儲(chǔ)；

2）安全性原則：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮安全性，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)均采用封閉形式，各類(lèi)用戶(hù)權(quán)限明確，均需登陸后操作；

3）一致性和完整性：一致性是指系統(tǒng)中數(shù)據(jù)編碼、采集、信息通信要具備一致性設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，完整性是指系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體而存在，系統(tǒng)功能應(yīng)盡量完整。

3.2架構(gòu)圖

軟件主要分為服務(wù)端、客戶(hù)端和數(shù)據(jù)庫(kù)三大部分：

服務(wù)端：主要用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建與維護(hù)，數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

客戶(hù)端（學(xué)生端、教師端）：學(xué)生端可以向服務(wù)端索取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天氣與特情模擬、案例演示以及理論測(cè)評(píng)操作。教師端可以進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、修改及存儲(chǔ)，設(shè)置基礎(chǔ)配置，完成天氣與特情模擬、案例演示以及理論測(cè)評(píng)的數(shù)據(jù)處理及操作。

數(shù)據(jù)庫(kù)：采用Code First技術(shù)，提供了開(kāi)放、可靠及易用的數(shù)據(jù)庫(kù)，維護(hù)人員能夠方便快捷的控制、更改數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

系統(tǒng)運(yùn)行中客戶(hù)端主要完成用戶(hù)操作及數(shù)據(jù)錄入與訪問(wèn)，而服務(wù)端完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)維護(hù)，數(shù)據(jù)通信處理，其運(yùn)行框架（如圖1）。

服務(wù)端與客戶(hù)端交互及通信設(shè)計(jì)（如圖2）所示，數(shù)據(jù)庫(kù)端使用SQLSERVER 2008R2搭建數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，WEBAPI使用Entity Framework技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)為了提高開(kāi)發(fā)效率與減少工作量，利用CODE FIRST技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)。系統(tǒng)采用JSON格式數(shù)據(jù)傳輸，有效的提高數(shù)據(jù)傳輸效率，字符串形式的JSON格式數(shù)據(jù)也更有利于MVC架構(gòu)?？蛻?hù)端則使用HTTP REQUEST與服務(wù)端進(jìn)行通信，為了保障開(kāi)發(fā)與測(cè)試的效率，本架構(gòu)中使用了SWAGGER部署管理工具，該工具可根據(jù)符合RESTful規(guī)范的WABAPI接口自動(dòng)生成說(shuō)明文檔與測(cè)試服務(wù)。

4 軟件的實(shí)現(xiàn)

4.1天氣與特情模擬

天氣與特情處理界面（如圖3），該界面中也將例行天氣報(bào)告、特殊天氣報(bào)告、天氣通報(bào)及演變記錄等實(shí)際業(yè)務(wù)保障過(guò)程中出現(xiàn)的操作按流程包含在內(nèi)，主要包括兩個(gè)窗口：

1）模擬操作窗口：模擬觀測(cè)員發(fā)布各類(lèi)氣象報(bào)文并查詢(xún)報(bào)文的內(nèi)容、發(fā)送時(shí)間等信息，當(dāng)發(fā)報(bào)線路故障或發(fā)報(bào)主機(jī)故障時(shí)，該功能無(wú)法使用，觀測(cè)員需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)流程采用應(yīng)急發(fā)報(bào)功能，該功能在任意條件下均可使用。當(dāng)氣象要素達(dá)到特殊標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需及時(shí)以文字形式向有關(guān)部門(mén)通報(bào)并記錄，并且記錄特殊天氣的演變過(guò)程。

2）演示窗口：用于顯示包括AWOS探測(cè)數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)輸入的數(shù)據(jù)在內(nèi)的各類(lèi)數(shù)據(jù)，觀測(cè)員需要根據(jù)業(yè)務(wù)需要用正確的數(shù)據(jù)進(jìn)行編報(bào)。顯示已發(fā)生或即將發(fā)生的特殊事件通知，觀測(cè)員需要根據(jù)特情進(jìn)行處理。利用TTS語(yǔ)音合成技術(shù)模擬電話接入，觀測(cè)員可以接收其他部門(mén)的信息并及時(shí)反饋。還有顯示相關(guān)的系統(tǒng)信息。

4.2案例演示

案例演示主要是通過(guò)將用戶(hù)已模擬的天氣過(guò)程重新演示，該功能可以顯示案例過(guò)程中的各種信息，包括AWOS數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)、特情事件。并將用戶(hù)在天氣模擬過(guò)程中的保障操作過(guò)程與內(nèi)部預(yù)設(shè)的正確過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，讓用戶(hù)更為直觀的發(fā)現(xiàn)在操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題（如圖4）。用戶(hù)可根據(jù)需求選擇需要演示的案例，自由設(shè)置播放狀態(tài)，包括播放時(shí)間間隔（可設(shè)置2秒、5秒、10秒）、暫停和繼續(xù)播放。

4.3理論測(cè)評(píng)

理論測(cè)評(píng)是對(duì)氣象執(zhí)照考試試題進(jìn)行匯總編輯所做出的理論知識(shí)測(cè)試模擬系統(tǒng)（如圖5）。采用與目前執(zhí)照考試相匹配的機(jī)考方式，方便新觀測(cè)員及時(shí)查漏補(bǔ)缺。該界面分為試題導(dǎo)航和理論測(cè)試兩大部分，試題創(chuàng)建后會(huì)形成選擇、判斷試題的列表，用戶(hù)可以按順序做題也可以進(jìn)行跳躍式做題。理論測(cè)試窗口則顯示每個(gè)試題的題干和選項(xiàng)，用戶(hù)可進(jìn)行下一題或上一題的順序操作，結(jié)束測(cè)試點(diǎn)擊試題提交后，可以顯示得分及正誤，并可以查看正確答案。

總結(jié)

系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上模擬觀測(cè)日常工作流程和業(yè)務(wù)保障，改變傳統(tǒng)的觀測(cè)培訓(xùn)方法和手段，能較好“再現(xiàn)”復(fù)雜天氣的生消演變以及觀測(cè)員應(yīng)對(duì)處置的全部流程。無(wú)論是自主學(xué)習(xí)還是案例講評(píng)都是培訓(xùn)方式的大膽創(chuàng)新，對(duì)新進(jìn)觀測(cè)人員的崗前業(yè)務(wù)培訓(xùn)和在崗觀測(cè)員的復(fù)雜天氣保障案例的總結(jié)學(xué)習(xí)均有很強(qiáng)的適用性。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人性化的人機(jī)交互界面，具有很強(qiáng)的兼容性和可移植性，極具推廣價(jià)值。對(duì)于在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，項(xiàng)目組將負(fù)責(zé)后續(xù)的改進(jìn)和升級(jí)，提供一套好用、實(shí)用、易用的軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是多學(xué)科交流與學(xué)習(xí)的過(guò)程，它不僅需要扎實(shí)的氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)理論基礎(chǔ)，還需要較強(qiáng)的軟硬件開(kāi)發(fā)技能，對(duì)培養(yǎng)綜合型氣象人才具有較大的支持作用。

作者簡(jiǎn)介

鮑凌宇（1991-），男，助理工程師，主要從事航空氣象服務(wù)和研究。Email：694591733@qq.com

項(xiàng)目：中國(guó)民用航空空中交通管理局科技項(xiàng)目（KJ1501）

（作者單位：民航安徽空管分局）