基于C#的民航新版報(bào)文格式前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孟飛 常勝君

摘要：為適應(yīng)全球統(tǒng)一執(zhí)行的新版飛行計(jì)劃格式標(biāo)準(zhǔn)和空中交通服務(wù)電報(bào)程序，本軟件系統(tǒng)通過(guò)利用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了新版報(bào)文的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等功能，實(shí)現(xiàn)了空管自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)新版報(bào)文的實(shí)時(shí)識(shí)別處理功能，在民航AFTN網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化系統(tǒng)之間起到了重要的承接關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】新版飛行計(jì)劃 自動(dòng)化系統(tǒng) 報(bào)文AFTN網(wǎng)絡(luò)

1 航空固定業(yè)務(wù)電信網(wǎng)

航空固定業(yè)務(wù)電信網(wǎng)（即AFTN，全稱Aeronautical Fixed Telecommunication Nenvork）是由各有關(guān)航空固定電路組成的全球性系統(tǒng)，為具有相同或相兼容的通信特性的航空固定各電臺(tái)之間提供電報(bào)或者數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的交換。我國(guó)民航目前建成的電報(bào)網(wǎng)符合國(guó)際民航對(duì)AFTN電路、通信中心的技術(shù)要求，并且與國(guó)際AFTN相連接，也屬于全球AFTN網(wǎng)絡(luò)的一部分。

2 航管自動(dòng)化系統(tǒng)

航管自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)（空管一次、二次雷達(dá)、AD S/B等監(jiān)視數(shù)據(jù)）和飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、處理、發(fā)送、顯示的一體化系統(tǒng)，完成多路監(jiān)視信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和合成，以及飛行計(jì)劃相關(guān)、空中態(tài)勢(shì)及飛行數(shù)據(jù)顯示等主要功能，是管制員實(shí)施對(duì)空指揮的主要工具和主要工作界面。

2008年6月，國(guó)際民航組織對(duì)《航行服務(wù)程序，空中交通管理》第十五版進(jìn)行了第一次修訂。文件中規(guī)定了新版飛行計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)格式和空中交通服務(wù)電報(bào)程序。同時(shí)，國(guó)際民航組織要求：此次修訂內(nèi)容將于2012年11月15日在全球統(tǒng)一執(zhí)行。

中國(guó)民用航空桂林空中交通管理站（以下簡(jiǎn)稱桂林空管站）在用的備用自動(dòng)化系統(tǒng)ATC3000無(wú)處理新版報(bào)文格式的能力，需要采用前置處理的方式對(duì)報(bào)文進(jìn)行新版格式向現(xiàn)行格式的轉(zhuǎn)換，以確保在接收到新版格式報(bào)文后，仍能夠被現(xiàn)有系統(tǒng)正常處理，不影響日常工作。基于此，作者通過(guò)利用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了民航新版報(bào)文格式前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的研發(fā)，該前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處于民航AFTN網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化系統(tǒng)之間，起到了承接關(guān)系。該軟件系統(tǒng)于2012年9月通過(guò)由中南空管局組織的測(cè)試驗(yàn)收工作，滿足工作需要，并己正式應(yīng)用于日常工作當(dāng)中，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于AFTN網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間，將來(lái)自AFTN網(wǎng)絡(luò)的新版格式報(bào)文，按照轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換為自動(dòng)化系統(tǒng)所需報(bào)文格式后，發(fā)送給自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行處理。

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的安全可靠，系統(tǒng)采用雙機(jī)并行運(yùn)行機(jī)制。當(dāng)主機(jī)故障時(shí)，可通過(guò)人工方式將所有報(bào)文通道切換至備機(jī)運(yùn)行。主備兩臺(tái)前置系統(tǒng)可提供8個(gè)通道的報(bào)文轉(zhuǎn)換能力。

根據(jù)新版報(bào)文規(guī)范，該前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由以下功能模塊組成：

3.1 報(bào)文網(wǎng)關(guān)模塊

具備與AFTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)、接收、發(fā)送報(bào)文的能力；同時(shí)，具備錯(cuò)報(bào)刪除、定時(shí)拍發(fā)報(bào)文、流水號(hào)檢測(cè)及重新排序功能。

報(bào)文網(wǎng)關(guān)模塊主要提供前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和AFTN網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化系統(tǒng)之間的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確收發(fā)。它主要由報(bào)文實(shí)時(shí)接收、報(bào)文定時(shí)讀取、報(bào)文定時(shí)發(fā)送三個(gè)功能模塊構(gòu)成，三個(gè)功能模塊之間的關(guān)系如圖2所示。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)接收模塊接收來(lái)自AFTN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，然后由報(bào)文轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理判斷。此后報(bào)文的處理大致分為兩類：可以直接發(fā)送的報(bào)文，發(fā)送至緩沖區(qū)，由定時(shí)發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送；需要存儲(chǔ)的報(bào)文，存儲(chǔ)在指定目錄下的DOF文件中。通過(guò)定時(shí)讀取模塊將符合時(shí)間條件的飛行計(jì)劃讀取至緩沖區(qū)，再由發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送。

報(bào)文實(shí)時(shí)接收模塊提供了AFTN網(wǎng)絡(luò)和前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的接口。在物理上，系統(tǒng)采用MOXA多串口卡，使用串口通信的方式與AFTN網(wǎng)絡(luò)連接。在軟件方面，系統(tǒng)采用VS2008中的SerialPort組件，利用事件驅(qū)動(dòng)（DataReceived）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。表1表示SerialPort組件參數(shù)設(shè)置。

前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)當(dāng)前時(shí)間。在每天的UTC時(shí)間0時(shí)，即北京時(shí)的8點(diǎn)，系統(tǒng)查詢指定目錄下的DOF文件。如果存在以當(dāng)天時(shí)間命名的文本數(shù)據(jù)則讀取其中的內(nèi)容發(fā)送至緩沖區(qū)。

系統(tǒng)主要根據(jù)報(bào)文的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用StreamReader類中的ReadLine（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)每一份報(bào)文的讀取。

報(bào)文定時(shí)發(fā)送模塊中，系統(tǒng)定義了字符串?dāng)?shù)組com_aftn[10000]，作為報(bào)文輸出的緩沖區(qū)。由報(bào)文轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送來(lái)的報(bào)文和定數(shù)讀取模塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在該緩沖區(qū)內(nèi)。

在定時(shí)發(fā)送模塊，系統(tǒng)以1.5秒時(shí)間間隔，定時(shí)依次讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，發(fā)送至串口的輸出緩沖。發(fā)送數(shù)據(jù)使用了SerialPort類中的SerialPort.Write（）方法。

3.2報(bào)文轉(zhuǎn)換模塊

整個(gè)前置轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)的核心部分。如圖3所示，該模塊包含了報(bào)文解析、編組處理、內(nèi)容修改、格式修改、DOF處理、選擇輸出等多個(gè)部分。

主要流程如下：

（1）報(bào)文網(wǎng)關(guān)模塊接收一份報(bào)文后，首先輸送給報(bào)文解析模塊進(jìn)行報(bào)文初步分析：排除錯(cuò)報(bào)和非AFTN報(bào)文，如果報(bào)文不是AFTN報(bào)，則選擇不作處理，直接輸出至緩沖區(qū)；并對(duì)接收的AFTN報(bào)文進(jìn)行類型區(qū)分及編組拆分；系統(tǒng)定義結(jié)構(gòu)體STRUCT_AFTN，根據(jù)報(bào)文類型將各個(gè)編組的賦值給結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體如表2所示。

（2）按照《新版飛行計(jì)劃格式標(biāo)準(zhǔn)》要求，對(duì)報(bào)文內(nèi)容和格式進(jìn)行修改，最終進(jìn)行報(bào)文重組。國(guó)際民航組織在新版報(bào)文規(guī)范中要求，當(dāng)計(jì)劃的遞交時(shí)間提前EOBT時(shí)間超過(guò)24小時(shí)，必須在報(bào)文第18編組的“DOF/”數(shù)據(jù)項(xiàng)后標(biāo)注航班的執(zhí)行日期（世界協(xié)調(diào)時(shí)），因此需要對(duì)DOF進(jìn)行專門處理。

3.3系統(tǒng)日志模塊

系統(tǒng)主要在三個(gè)時(shí)刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)：接收、發(fā)送、經(jīng)過(guò)DOF處理。三種類型數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于指定目錄，并以日期和串口號(hào)命名。報(bào)文查詢功能正是基于上述三種類型的數(shù)據(jù)。另外，該模塊提供了日期、串口號(hào)、報(bào)文類型、航班號(hào)、流水號(hào)、DOF標(biāo)志等關(guān)鍵字進(jìn)行精確或模糊查詢，并且可以將轉(zhuǎn)換前報(bào)文數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換后報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比顯示。

3.4系統(tǒng)監(jiān)控和告警模塊

為保證在故障情況下，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出告警提醒。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行可能存在兩種故障，設(shè)計(jì)了本端監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩種告警機(jī)制：

軟件故障：前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)遇到某些特殊情況，可能會(huì)導(dǎo)致軟件故障退出，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)報(bào)路由中斷。此種情況下，工作在本機(jī)上的監(jiān)控軟件，發(fā)揮本端監(jiān)控功能，進(jìn)行告警提醒。

硬件故障：當(dāng)前置機(jī)硬件故障時(shí)，前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和工作在本機(jī)上的監(jiān)控軟件同時(shí)故障。此時(shí)工作在另一臺(tái)前置機(jī)上的監(jiān)控軟件，發(fā)揮遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，進(jìn)行告警提醒。

監(jiān)控告警功能功能框圖和監(jiān)控窗口如圖4、5所示。

4 開發(fā)環(huán)境及運(yùn)行平臺(tái)

系統(tǒng)軟件使用Microsoft Visual Studio 2008作為開發(fā)工具，編程語(yǔ)言使用C#。系統(tǒng)硬件使用研華工控機(jī)，配置MOXA8串口卡作為4個(gè)通道的輸入輸出接口。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)測(cè)試通過(guò)人工發(fā)送新版格式報(bào)文，經(jīng)過(guò)前置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后，在自動(dòng)化系統(tǒng)上觀察接收?qǐng)?bào)文，對(duì)比檢查報(bào)文內(nèi)容格式轉(zhuǎn)換情況。系統(tǒng)測(cè)試主要分為三部分：內(nèi)容轉(zhuǎn)換測(cè)試、格式轉(zhuǎn)換測(cè)試、DOF處理測(cè)試。測(cè)試用例均根據(jù)《國(guó)際民航組織新版飛行計(jì)劃格式標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)材料》進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，均符合新版飛行計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)格式，并通過(guò)中南空管局組織的測(cè)試驗(yàn)收，最終應(yīng)用于實(shí)際工作當(dāng)中。

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