機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

范大偉，劉育錦，安志強，曹敦波

機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

范大偉，劉育錦，安志強，曹敦波

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

針對目前機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行中存在的問題，設(shè)計開發(fā)了機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)視雷達的運行狀態(tài)和產(chǎn)品狀態(tài)，出現(xiàn)問題時通過指示燈和中文語音的方式進行告警。

多普勒天氣雷達；業(yè)務(wù)運行；監(jiān)視系統(tǒng)；預(yù)報工作站

民航新疆空管局現(xiàn)有一部C波段全相參機場多普勒天氣雷達（以下簡稱“雷達”），它是預(yù)報員分析中小尺度天氣系統(tǒng)、制作短時臨近預(yù)報的強有力工具，同時也是管制員指揮航空器進行雷雨繞飛的重要參考依據(jù)[1-2]。目前，雷達業(yè)務(wù)運行保障主要涉及兩個部門，即設(shè)備室和信息室，具體的業(yè)務(wù)運行保障分工如圖1所示。設(shè)備室主要負責(zé)雷達、主用數(shù)據(jù)服務(wù)器、備用數(shù)據(jù)服務(wù)器、預(yù)報工作站、維護工作站以及雷達附屬設(shè)備的日常維護；信息室負責(zé)雷達產(chǎn)品服務(wù)器的維護。這里需要說明的是雷達產(chǎn)品服務(wù)器為了向氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)提供雷達產(chǎn)品而后期增加的，氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)安裝于雷達產(chǎn)品服務(wù)器上。

圖1 多普勒天氣雷達系統(tǒng)業(yè)務(wù)運行保障分工示意圖

雷達產(chǎn)品的主要用戶有預(yù)報員、管制員、航空公司和當(dāng)?shù)貦C場集團。用戶獲取產(chǎn)品的方式主要有2種：①預(yù)報員通過預(yù)報工作站獲取雷達產(chǎn)品；②管制員包括其他用戶通過氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)獲取雷達產(chǎn)品。

預(yù)報工作站與維護工作站一樣可以實時獲取雷達發(fā)射機、接收機、伺服和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，完成雷達的開關(guān)機和產(chǎn)品的顯示功能。氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)為第三方開發(fā)的軟件，采用B/S建構(gòu)，目前管制員只能通過該系統(tǒng)查看雷達產(chǎn)品。在實際的業(yè)務(wù)運行中存在以下問題：①該雷達于2009年投入運行，截至目前已經(jīng)使用10年多，設(shè)備存在很嚴重的老化問題，雷達數(shù)據(jù)服務(wù)器運行不穩(wěn)定，時常出現(xiàn)雷達產(chǎn)品不能及時生成的問題，影響用戶使用，而且現(xiàn)有的工作站沒有相應(yīng)的產(chǎn)品監(jiān)視功能；②由于信息室不負責(zé)雷達的運維，因此雷達的業(yè)務(wù)運行情況不能掌握，進而導(dǎo)致氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)中雷達產(chǎn)品不更新時，不能掌握雷達的運行情況，不能及時進行有效的信息通報，降低對外服務(wù)質(zhì)量。為解決以上兩個問題，開發(fā)了機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)，下面將對系統(tǒng)的開發(fā)流程、系統(tǒng)實現(xiàn)進行詳細介紹，并通過個例展示本系統(tǒng)的實際效果。

1 開發(fā)流程

系統(tǒng)開發(fā)流程如圖2所示。本系統(tǒng)可獲取雷達的運行狀態(tài)，包括開關(guān)機狀態(tài)和故障狀態(tài)；獲取3臺服務(wù)器的磁盤映射狀態(tài)；獲取3臺服務(wù)器產(chǎn)品狀態(tài)；將所有的狀態(tài)以指示燈的形式進行顯示，并在出現(xiàn)問題時以中文語音告警的方式進行提示。雷達運行狀態(tài)、服務(wù)器映射狀態(tài)、服務(wù)器產(chǎn)品狀態(tài)和最終顯示都在.NET平臺下，采用C#語言完成。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)流程圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 雷達運行狀態(tài)獲取

雷達的運行狀態(tài)由開關(guān)機狀態(tài)和故障狀態(tài)組成。開關(guān)機狀態(tài)包括冷卻、低壓、準加和高壓四項；故障狀態(tài)主要包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)四個方面，共計37項。日常業(yè)務(wù)運行中雷達系統(tǒng)會自動生成一個狀態(tài)文件（Z_R_DWRN_SRSI_C5_ZWMM_20190808153015.bin），包含雷達參數(shù)信息和雷達狀態(tài)信息，其中雷達參數(shù)信息包括雷達型號、經(jīng)緯度、掃描模式、發(fā)射功率和噪聲電平等；雷達狀態(tài)信息包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理和伺服系統(tǒng)等故障信息。狀態(tài)文件每3 min生成一個并上傳，雷達運行狀態(tài)信息可以從中獲取。但是考慮到增加1個節(jié)點后，在實際運行中就會增加1個可能的故障點，因此，本系統(tǒng)直接從雷達發(fā)送的信息中提取狀態(tài)信息。通過對雷達廠家提供的技術(shù)資料分析得到，雷達運行狀態(tài)信息由雷達監(jiān)控主板采用組播的方式實時向雷達網(wǎng)絡(luò)上的終端進行發(fā)送，通過正確設(shè)置端口號就可以得到故障、狀態(tài)、測量參數(shù)等信息，根據(jù)約定的數(shù)據(jù)格式就可獲取到所關(guān)心的狀態(tài)信息。根據(jù)約定每個狀態(tài)信息長度為8個字節(jié)，由于涉及的狀態(tài)比較多，數(shù)據(jù)格式就不一一列舉，以冷卻、低壓、準加和高壓回饋為例，具體的定義如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)格式表

狀態(tài)數(shù)據(jù)格式解釋說明 冷卻回饋FF B1B1 01## xxxx xx##=55H，表示冷卻風(fēng)機未開；##=AAH，表示冷卻風(fēng)機已經(jīng)打開；“x”表示任意態(tài)，下同 低壓回饋FF B1B1 02## xxxx xx##=55H，表示未加低壓；##=AAH，表示已加低壓 準加回饋FF B1B1 03## xxxx xx##=55H，表示無“準加”回饋；##=AAH，表示有“準加”回饋 高壓回饋FF B1B1 04## xxxx xx##=55H，表示未加高壓；##=AAH，表示已加高壓

本文中利用Socket網(wǎng)絡(luò)編程方式獲取狀態(tài)信息，Socket是建立在傳輸層協(xié)議上的一種套接字規(guī)范，是進行程序間通信的一種方法[3-5]。首先調(diào)用Socket類創(chuàng)建對象，協(xié)議類型為UDP；第二步設(shè)定IP地址和端口號；最后進行數(shù)據(jù)的接收，部分代碼如下：

2.2 服務(wù)器映射狀態(tài)獲取

服務(wù)器映射狀態(tài)的獲取涉及到3臺服務(wù)器，分別為81服務(wù)、82服務(wù)器和85服務(wù)器。81服務(wù)器和82服務(wù)器為雷達數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)雙機熱備功能，雷達產(chǎn)品保存在這2臺服務(wù)器的PHOTO文件下，2臺服務(wù)器安裝在設(shè)備維修室機房。85服務(wù)器為氣象信息綜合服務(wù)系統(tǒng)的雷達產(chǎn)品服務(wù)器，85服務(wù)器定時獲取81服務(wù)器或82服務(wù)器上的最新產(chǎn)品，并將其放在指定的產(chǎn)品文件夾。本系統(tǒng)將3臺服務(wù)器的雷達產(chǎn)品文件夾映射到本地，這種方式便于后續(xù)對雷達產(chǎn)品狀態(tài)的獲取。由于映射這種方式存在不穩(wěn)定的情況，因此需要對映射狀態(tài)進行監(jiān)視。本系統(tǒng)通過檢查映射盤中產(chǎn)品文件夾是否存在的方式對映射狀態(tài)進行監(jiān)視。

2.3 服務(wù)器產(chǎn)品狀態(tài)獲取

81服務(wù)器和82服務(wù)器產(chǎn)品文件下各有一個Current.INI文件，雷達產(chǎn)品的生成時間會實時寫入到該文件，文件內(nèi)容如下所示：

[Time]

Year=2019

Month=08

Day=10

Hour=01

Minute=23

Second=17

[Photo]

Distance=150

DataType=3

Type=1

這個時間非常重要，因為所有產(chǎn)品的文件名中都包含這個時間，以組合反射率產(chǎn)品為例，CR文件名為CR-201908100123-0000-150-Z.JPG。本系統(tǒng)中通過比較Current.INI中產(chǎn)品生成時間與產(chǎn)品文件名中的時間一致性確定產(chǎn)品狀態(tài)。

日常運行中雷達執(zhí)行體掃VCP11模式，一個體掃時間為6 min，81服務(wù)器和82服務(wù)器上的產(chǎn)品正常情況下體掃結(jié)束1 min內(nèi)將生成，因此超過7 min時，81和82服務(wù)器上還沒有新產(chǎn)品生成，則產(chǎn)品狀態(tài)會告警；而85服務(wù)器目前每5 min從81或82服務(wù)器復(fù)制最新產(chǎn)品，因此超過10 min后85服務(wù)器還沒有收到最新產(chǎn)品，則產(chǎn)品狀態(tài)會告警。

2.4 雷達狀態(tài)顯示

雷達的運行狀態(tài)、服務(wù)器映射狀態(tài)和服務(wù)器產(chǎn)品狀態(tài)每30 s獲取一次，并通過指示燈的形式進行顯示。冷卻、低壓、準加和高壓用兩種顏色表示，綠色表示打開，灰色表示關(guān)閉；故障狀態(tài)、服務(wù)器映射狀態(tài)和服務(wù)器產(chǎn)品狀態(tài)用綠色和紅色表示，綠色表示正常，紅色表示告警。除了指示燈外，還提供中文語音告警，當(dāng)狀態(tài)燈變紅時，系統(tǒng)會產(chǎn)生相應(yīng)的語音告警提示工作人員。這里需要注意使用中文語音之前要安裝語音包（SpeechSDK51），同時要添加引用（System.Speech.

Synthesis）。部分關(guān)鍵代碼如下：

SpeechSynthesizer synth = new SpeechSynthesizer();

synth.SetOutputToDefaultAudioDevice();

synth.Speak("85服務(wù)器產(chǎn)品未更新");

3 系統(tǒng)展示

機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)界面如圖3所示，系統(tǒng)采用指示燈和語音告警的方式為雷達業(yè)務(wù)運行保障部門提供相關(guān)狀態(tài)信息。通過這些狀態(tài)信息可以幫助信息室和設(shè)備室工作人員第一時間掌握雷達的運行態(tài)勢，尤其是信息室的工作人員，當(dāng)雷達本身或者產(chǎn)品更新出現(xiàn)問題時，工作人員能夠第一時間了解情況，做好后續(xù)的信息通報工作。

圖3 系統(tǒng)界面圖

4 結(jié)束語

針對目前雷達在業(yè)務(wù)運行中存在問題，以C#為平臺，設(shè)計開發(fā)了機場多普勒天氣雷達業(yè)務(wù)運行監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過指示燈和語音告警的方式監(jiān)視雷達的運行狀態(tài)及服務(wù)器產(chǎn)品的生成狀態(tài)。利用該系統(tǒng)工作人員可以第一時間發(fā)現(xiàn)問題，提高了處理問題的時效性，提升了服務(wù)質(zhì)量。

［1］胡忠文.ADWR雷達速調(diào)管故障分析處理［J］.氣象水文海洋儀器，2012（1）：87-91.

［2］范大偉，張利平，張茜，等.機場多普勒天氣雷達三維顯示系統(tǒng)［J］.氣象水文海洋儀器，2018（3）：55-60.

［3］羅志聰，許昊，葉延?xùn)|.基于Android平臺的模擬計算機輸入設(shè)備研究［J］.自動化與信息工程，2018，39（2）：23-27.

［4］呂鵬輝，張起貴.C#實現(xiàn)基于Socket的信息教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，42（2）：80-84.

［5］王遠洋，周淵平，郭煥麗. Linux下基于socket多線程并發(fā)通信的實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2009，25（53）：70-72.

TN959.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.026

2095－6835（2019）18－0069－03

范大偉（1984—），男，研究方向為航空氣象設(shè)備維護與維修工作。

〔編輯：張思楠〕