AirNet空管自動化系統(tǒng)記錄與回放功能的應(yīng)用維護(hù)

黃丹珺

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心 陜西省西安市 710082）

1 引言

一直以來，作為空中交通管制的“眼睛”，空管自動化系統(tǒng)在保障航班飛行安全、提升空中交通管理能力、加速空中交通流量等方面發(fā)揮著重要作用。自動化系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌愋偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收與轉(zhuǎn)換，并通過監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和飛行數(shù)據(jù)處理兩項關(guān)鍵功能，實(shí)現(xiàn)空中交通飛行態(tài)勢的監(jiān)視和告警，為空域管理提供有效的參考數(shù)據(jù)。在日常運(yùn)行過程中，自動化系統(tǒng)也會持續(xù)記錄監(jiān)視數(shù)據(jù)與席位屏幕數(shù)據(jù)，并通過與外部話音同步回放，真實(shí)還原歷史數(shù)據(jù)，為航班管制工作經(jīng)驗總結(jié)及調(diào)查復(fù)盤提供有力參考。因此，確保記錄與回放服務(wù)不間斷十分必要。本文首先介紹了自動化系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展背景，并以西安現(xiàn)場的國產(chǎn)AirNet 空管自動化系統(tǒng)為例（以下簡稱AirNet 系統(tǒng)），詳細(xì)介紹記錄與回放功能模塊的工作原理及實(shí)際應(yīng)用，并對維護(hù)工作中可能遇到的問題及解決辦法進(jìn)行探討。

2 研究背景

2.1 空中交通管制自動化系統(tǒng)概述

在空中交通管理發(fā)展過程中，空中交通管制自動化系統(tǒng)伴隨計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生，在保障空管安全、提升空中交通管理能力、加速空中交通流量等方面發(fā)揮著重要的作用。其以計算機(jī)為核心，可實(shí)現(xiàn)對不同信息的自動化接收與處理。自動化系統(tǒng)主要具備兩項功能，多監(jiān)視數(shù)據(jù)處理功能和飛行數(shù)據(jù)處理功能。依靠多監(jiān)視數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)通過處理一/二次雷達(dá)信號、ADS-B 數(shù)據(jù)、多點(diǎn)定位系統(tǒng)等不同類型的監(jiān)視數(shù)據(jù)信息，并加以融合、計算，可為管制員提供管制區(qū)域內(nèi)空中交通飛行態(tài)勢和各類航空器飛行活動異常的監(jiān)視、預(yù)判、告警；而依靠飛行數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)通過處理航班定期/不定期飛行計劃、動態(tài)電報等各類飛行數(shù)據(jù)，可為管制員提供可靠的航班和空域管理參考數(shù)據(jù)。最終，通過自動化系統(tǒng)的管制席位人機(jī)交互界面，讓空域管理可視化，飛行安全高效化，從而減輕管制員的工作負(fù)荷，提高空域使用效率，增加飛行安全裕度。

2.2 國產(chǎn)空管自動化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

國產(chǎn)自動化系統(tǒng)的研發(fā)與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，但經(jīng)過20 多年的發(fā)展進(jìn)步，我國逐漸打破了進(jìn)口設(shè)備的壟斷，從國外空管自動化系統(tǒng)占有民航市場80%，到中小空管自動化系統(tǒng)首先國產(chǎn)化，再到成功部署在全國多地區(qū)多管制運(yùn)行現(xiàn)場，目前，我國空管自動化系統(tǒng)國產(chǎn)化率已達(dá)到80%以上。AirNet 自動化系統(tǒng)是成都民航空管科技發(fā)展有限公司研發(fā)的一套大型空管自動化系統(tǒng)，2013年底，其作為西班牙INDRA 公司AIRCON2100 空管自動化系統(tǒng)的備份自動化系統(tǒng)，在西安區(qū)管中心成功投產(chǎn)應(yīng)用。

3 西安現(xiàn)場AirNet自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體部署

AirNet 系統(tǒng)基于Linux 多任務(wù)、多線程操作平臺，能夠?qū)崟r接收、處理多協(xié)議監(jiān)視數(shù)據(jù)，同時，它采用動態(tài)加權(quán)融合算法，可提供穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)航跡及各類告警。

AirNet 系統(tǒng)的核心是采用開放、冗余、分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠在系統(tǒng)內(nèi)各模塊間提供很好的容錯通信。系統(tǒng)整體為A/B/C 三網(wǎng)同時運(yùn)行的冗余網(wǎng)絡(luò)，其中，A 網(wǎng)、B 網(wǎng)互為備份，即其中任一網(wǎng)絡(luò)癱瘓，不影響自動化系統(tǒng)中設(shè)備間的正常數(shù)據(jù)通信；而DARD 網(wǎng)絡(luò)（即C 網(wǎng)）采用獨(dú)立的交換機(jī)、獨(dú)立的BSDP 服務(wù)器（獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理方法和融合算法），以達(dá)到A/B 網(wǎng)癱瘓后，監(jiān)視數(shù)據(jù)能夠持續(xù)不間斷地向管制席位分發(fā)的目的。AirNet 系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：AirNet 系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 AirNet系統(tǒng)記錄與回放模塊

4.1 記錄與回放功能原理

AirNet 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄與回放功能由DRP 服務(wù)器（Data Recording Processer，數(shù)據(jù)記錄回放子系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)。由于西安現(xiàn)場分為西安區(qū)管中心與西安咸陽機(jī)場雙現(xiàn)場，地理位置距離較遠(yuǎn)，考慮到回放功能的必要性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，雙現(xiàn)場均配置為雙DRP 服務(wù)器冗余保障，即DRP1與DRP2、DRP3 與DRP4 互為熱備，且同時運(yùn)行在A/B/C三網(wǎng)，形成多重備份的冗余結(jié)構(gòu)，保障數(shù)據(jù)記錄和回放工作不間斷。

AirNet 系統(tǒng)記錄與回放功能的核心是NFS 服務(wù)。NFS，即Network File System，關(guān)鍵作用是通過局域網(wǎng)，使本地終端將網(wǎng)絡(luò)中NFS 服務(wù)下共享的目錄掛載到本地文件系統(tǒng)，并與遠(yuǎn)端設(shè)備形成互訪通道，使得不同設(shè)備、不同操作系統(tǒng)之間能夠順利進(jìn)行文件共享，在使用上十分靈活便利。

因此，基于NFS 服務(wù)：

（1）在數(shù)據(jù)記錄的過程中，隨著多監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理服務(wù)器MSDP/BSDP 不斷計算、更新各類監(jiān)視數(shù)據(jù)信息，部署在管制席位工作站的屏幕記錄進(jìn)程Xrec 會持續(xù)獲取屏幕顯示數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)，且每隔三分鐘標(biāo)記系統(tǒng)時間戳，并生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，保存在本地屏幕數(shù)據(jù)路徑及緩沖區(qū)；

（2）同時，Xrec 進(jìn)程依靠NFS 服務(wù)和中間件子系統(tǒng)MID，在實(shí)現(xiàn)全局局域網(wǎng)通信的同時，遠(yuǎn)程掛載到DRP 服務(wù)器的屏幕數(shù)據(jù)保存路徑，將本地緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)包形成.dat文件，上傳至服務(wù)器保存，并在傳輸結(jié)束后自行中斷掛載。

（3）通過重復(fù)上述步驟，AirNet 系統(tǒng)可完成席位工作站與DRP 服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)記錄傳輸，并通過服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)調(diào)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)屏幕數(shù)據(jù)的回放。

對于管制運(yùn)行工作來說，聲像同步回放十分重要。管制席位產(chǎn)生的話音數(shù)據(jù)由語音記錄儀進(jìn)行記錄，目前西安現(xiàn)場采用的是國內(nèi)川大智勝的MDSL 語音記錄儀。在進(jìn)行屏幕數(shù)據(jù)與話音數(shù)據(jù)同步回放的過程中，AirNet 系統(tǒng)會通過發(fā)送席位、通道、起始/截止時間等關(guān)鍵信息至語音記錄儀，請求調(diào)取話音數(shù)據(jù)。此外，兩套系統(tǒng)均引接了GPS 時鐘信號，通過校時單元保證系統(tǒng)時間準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)存取、播放的一致性和可靠性，為同步回放提供了實(shí)質(zhì)高效的保障。

4.2 回放操作流程

對AirNet 系統(tǒng)而言，回放分為主動回放（Active）和被動回放（Passivity）。在主動回放模式下，用戶可選擇某個具體時段，進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)和話音數(shù)據(jù)的同步回放，即顯示回放時段內(nèi)全區(qū)域真實(shí)航班狀態(tài)，且可對回放畫面進(jìn)行交互操作；而在被動回放模式下，用戶可進(jìn)行同步回放，也能夠觀看回放時段內(nèi)某管制席位終端顯示的航班狀態(tài)與管制員對部分管制區(qū)域的指令操作，但不允許對屏幕進(jìn)行干預(yù)。出于安全性考慮，一般情況下，僅部分配置角色持有回放權(quán)限，管制角色不可進(jìn)行回放操作。

回放功能包括開始、暫停、前進(jìn)、回退、循環(huán)播放、倍速播放、停止等。主動回放時，可進(jìn)行放大、縮小、偏心、移動窗口、拖動標(biāo)牌、選擇地圖、目標(biāo)測距（靜/動、動/動、靜/靜）、多監(jiān)視數(shù)據(jù)融合顯示/單監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示切換選擇、屏幕截圖、測量任意點(diǎn)經(jīng)緯度等操作。

回放操作步驟（操作窗口如下圖2所示）：

圖2：回放操作窗口

（1）進(jìn)入許可的配置角色，在屏幕下方的主菜單中點(diǎn)擊“CTRL PBK”選項，彈出回放操作窗口。

（2）若進(jìn)行主動回放，選擇回放類型為“Active”，被動回放則選擇回放類型為“Passive”。

（3）選擇回放時標(biāo)為北京時或國際協(xié)調(diào)時，并設(shè)置回放時間。

（4）選擇讀取文件方式。屏幕錄像數(shù)據(jù)保存在DRP 服務(wù)器的相應(yīng)路徑下，每隔三分鐘會進(jìn)行數(shù)據(jù)打包。若選擇“l(fā)oad”選項，則系統(tǒng)將直接從DRP 服務(wù)器默認(rèn)的路徑下調(diào)用并讀取數(shù)據(jù)；若選擇“save as”選項，系統(tǒng)也將進(jìn)入相應(yīng)的默認(rèn)路徑，可手動選擇從該路徑下讀取以日期命名的數(shù)據(jù)，用戶也可自行選擇保存在任意位置的數(shù)據(jù)文件。

（5）需要進(jìn)行聲像同步回放時，將“IN”選項設(shè)為要回放的管制席位語音通道號，需與語音記錄儀端的通道號保持一致；被動回放時，將CWP NO.設(shè)置為要查看回放的管制席位終端號。“OUT”默認(rèn)為1，即表示在進(jìn)行操作的本機(jī)回放。

（6）點(diǎn)擊“Play”播放后，系統(tǒng)將開始加載，并根據(jù)管制席位終端名稱獲取所需的錄像文件，同時向語音記錄儀發(fā)送控制播放請求，記錄儀則根據(jù)自身當(dāng)前工作狀態(tài)，如果允許回放，將禁止其它占用操作，結(jié)合所選的通道和時間段搜索對應(yīng)的錄音段，發(fā)送給自動化系統(tǒng)。

（7）控制端可根據(jù)需要，手動或自動停止回放，并向語音記錄儀發(fā)送停止播放請求，記錄儀將返回正常工作狀態(tài)，釋放通道資源，自動化系統(tǒng)將自動退出，彈出回放操作窗口。

4.3 回放功能應(yīng)用和維護(hù)方案討論

在我國民航空管行業(yè)領(lǐng)域，各類原始數(shù)據(jù)的記錄保存與安全二字息息相關(guān)，若數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)錯誤、遺漏、丟失，將對航空不安全事件的調(diào)查造成直接影響。因此，一方面，民航空管上級單位已制定相應(yīng)的嚴(yán)格規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，另一方面，作為運(yùn)行保障單位，則需持續(xù)做好設(shè)備維護(hù)，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。在本小節(jié)，將對西安現(xiàn)場的AirNet 系統(tǒng)記錄與回放模塊相關(guān)的使用和維護(hù)方案展開討論。

4.3.1 日常維護(hù)

AirNet 系統(tǒng)有兩種外部運(yùn)行模式：主用模式和備用模式。

對于主用模式。為及時解決實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題，支持國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步，同時提升管制用戶對備用自動化系統(tǒng)的操作熟練度，做到安全關(guān)口前移，最大限度降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險，前期，西安現(xiàn)場制定了備用自動化系統(tǒng)常態(tài)化運(yùn)行保障工作標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施方案，實(shí)施頻次為每月一次，即切換INDRA 系統(tǒng)與AirNet 系統(tǒng)的主備關(guān)系，由AirNet 系統(tǒng)在主用模式下長時間、定周期地運(yùn)行實(shí)踐，推進(jìn)系統(tǒng)性能不斷升級完善。常態(tài)化運(yùn)行保障是西安現(xiàn)場十分重要的一項工作，時長占比遠(yuǎn)大于其他現(xiàn)場，曾在全國范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)主備自動化系統(tǒng)1:1 運(yùn)行。在該階段，無論是管制日常安全檢查和事件復(fù)盤，還是不安全事件調(diào)查，均使用AirNet 系統(tǒng)回放，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行至關(guān)重要。

對于備用模式。當(dāng)常態(tài)化運(yùn)行工作結(jié)束，AirNet 系統(tǒng)重新運(yùn)行在備用模式下，管制員通常不會對終端屏幕進(jìn)行操作，因此在該階段，主動回放具有較大意義，常用于技術(shù)人員對比排查管制運(yùn)行期間的設(shè)備問題。除常態(tài)化運(yùn)行保障，技術(shù)人員還會定期對AirNet 系統(tǒng)的回放功能進(jìn)行驗證，例如定期維護(hù)及各類安全檢查工作，通過隨機(jī)調(diào)取、查看保存文件等措施，檢查終端、服務(wù)器端數(shù)據(jù)的正確性和完好性。

基于以上維護(hù)方案，對運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判，對維護(hù)過程中顯現(xiàn)的問題進(jìn)行后端處理，并采取標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)對措施，在一定程度上可有效保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。

4.3.2 應(yīng)急流程

應(yīng)急管理工作的核心原則是當(dāng)發(fā)生不正常運(yùn)行事件，技術(shù)人員能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的處置方案，采取其他有效的替代手段，盡快滿足用戶訴求，確?！安蛔層脩魬?yīng)急”。因此制定標(biāo)準(zhǔn)化處置流程，提升技術(shù)人員應(yīng)急處置能力，是預(yù)防和減少突發(fā)問題的關(guān)鍵手段。針對各類可能出現(xiàn)的回放功能異常問題，作者歸納梳理，總結(jié)出以下兩大類應(yīng)急流程。

（1）回放畫面出現(xiàn)卡頓、跳變、時間異?；驘o顯示等情況，應(yīng)急流程如圖3所示。

圖3：回放畫面顯示異常應(yīng)急流程

（2）畫面與話音同步回放時無聲音或聲像不同步，應(yīng)急流程如圖4所示。

圖4：聲像同步回放時無聲音或不同步應(yīng)急流程

4.3.3 常見問題及解決辦法

根據(jù)實(shí)際工作中的過往事例和處置經(jīng)驗，作者對AirNet系統(tǒng)回放常見問題進(jìn)行梳理，總結(jié)出以下幾種解決辦法。

4.3.3.1 屏幕錄像與話音回放不同步/不一致

（1）檢查回放操作終端、管制席位終端、DRP 服務(wù)器與語音記錄儀的GPS 校時情況，確保時間一致，必要時需進(jìn)行手動校時。

（2）若上一次回放指令未成功終止，可能會導(dǎo)致此次回放因仍占用進(jìn)程而無法同步的情況。此時需中止回放，重新啟動回放終端應(yīng)用進(jìn)程或重新啟動主機(jī)。此外，檢查語音記錄儀端是否存在通道放音異常告警，必要時可進(jìn)行切換、重啟記錄儀的主用單元等操作。

（3）檢查回放操作終端的硬盤是否出現(xiàn)報錯信息或其他故障，可通過更換硬盤/重裝終端應(yīng)用程序等操作修復(fù)。

4.3.3.2 聲像同步回放時無聲音輸出

（1）若上一次回放指令未成功終止，可能導(dǎo)致語音記錄儀通道仍為上一次的回放數(shù)據(jù)所占用，無法被成功覆蓋的情況。此時，需中止回放，重啟回放終端應(yīng)用進(jìn)程或主機(jī)，并切換至語音記錄儀的備用記錄單元，重新發(fā)送回放請求。此外，若語音記錄儀正在進(jìn)行管制席位的實(shí)時監(jiān)聽，則相應(yīng)的通道也會被占用，出現(xiàn)無法回放出該通道歷史數(shù)據(jù)的情況，其解決辦法是將實(shí)時監(jiān)聽終止，釋放通道資源，重新進(jìn)行回放操作。

（2）DRP 服務(wù)器與語音記錄儀A 單元、B 單元之間均使用RS232 串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為排除物理鏈路故障的可能性，可借助鏈路檢測工具對系統(tǒng)間的傳輸線路、接口進(jìn)行檢查。

（3）查詢DRP 服務(wù)器是否成功發(fā)出并接收回放控制指令。當(dāng)控制端，也就是DRP 服務(wù)器，進(jìn)行語音數(shù)據(jù)接收和請求回放時，應(yīng)當(dāng)首先發(fā)送包含“RI”關(guān)鍵字的系統(tǒng)指令，當(dāng)語音記錄儀收到該指令并根據(jù)數(shù)據(jù)包內(nèi)容成功搜索到相應(yīng)時間的錄音段后，將語音數(shù)據(jù)回傳至DRP 服務(wù)器，并在DRP 服務(wù)器中以“MI”關(guān)鍵字的指令體現(xiàn)。查詢方法：進(jìn)入DRP 服務(wù)器日志文件，使用搜索功能查詢關(guān)鍵字“RI”，根據(jù)實(shí)際回放的時間點(diǎn)，定位到語句“Reqdatainfo=RI+起始時間+結(jié)束時間+記錄儀標(biāo)識+通道數(shù)+通道號”，若該語句存在，則表明DRP 服務(wù)器運(yùn)行正常，且能夠成功發(fā)出指令。使用同樣的方法在日志中定位“MI”，可確認(rèn)語音記錄儀是否正常接收并發(fā)送指令。由此，可判斷自動化系統(tǒng)服務(wù)器端與語音記錄儀端是否運(yùn)行正常，對故障原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

（4）軟件配置錯誤也是可能影響同步回放聲音輸出的主要因素之一。若DRP 服務(wù)器無法正常發(fā)送指令，可對系統(tǒng)的配置文件進(jìn)行檢查。進(jìn)入DRP 服務(wù)器下的配置文件所在目錄，查看配置文件REC.xml，對其中設(shè)置的傳輸速率、校驗位及停止位等關(guān)鍵要素進(jìn)行檢查，并對比不同DRP 服務(wù)器間該文件內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性；檢查初始化配置文件drp.ini，若Unit 項設(shè)置為1，則表明DRP 服務(wù)器與語音記錄儀A 單元通信，Unit 項為2，則配置為DRP 服務(wù)器與B 單元進(jìn)行通信，若本端配置與語音記錄儀端的主用單元不一致，則聲音無法正常輸出。

4.3.3.3 聲像同步被動回放過程中出現(xiàn)“File is empty”異常提示

（1）若點(diǎn)擊回放播放后出現(xiàn)該提示，則需進(jìn)入DRP 服務(wù)器的屏幕錄像文件保存路徑下檢查，是否系統(tǒng)缺失相應(yīng)時間段的數(shù)據(jù)。

（2）若當(dāng)前主用DRP 服務(wù)器下缺失相關(guān)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行DRP 服務(wù)器主備切換，回放備用DRP 服務(wù)器的屏幕錄像，同時，將管制席位終端本地保存的錄像文件手動拷貝至主用DRP 服務(wù)器。

（3）對于缺失回放數(shù)據(jù)的DRP 服務(wù)器，通過掛載命令，查看相應(yīng)管制席位終端的Xrec 進(jìn)程是否仍處于與該DRP 服務(wù)器掛載的狀態(tài)，若仍為掛載，可能導(dǎo)致Xrec 進(jìn)程處于卡住未返回的狀態(tài)，后續(xù)生成的屏幕錄像文件將無法再成功上傳至DRP 服務(wù)器。針對該問題，可通過管制席位終端的Xrec 應(yīng)用進(jìn)程或DRP 服務(wù)器手動重啟來解決。

（4）可在AirNet 系統(tǒng)監(jiān)控管理模塊中添加針對屏幕錄像文件傳輸異常的Xrec 進(jìn)程告警，該項措施需進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)功能的升級優(yōu)化，確保技術(shù)人員能夠提前發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，保障設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)束語

當(dāng)前快速增長的航班流量不僅是對管制安全運(yùn)行的挑戰(zhàn)，也對高質(zhì)量的技術(shù)支持服務(wù)工作提出了更高的要求。本文詳細(xì)講解了西安現(xiàn)場AirNet 空管自動化系統(tǒng)記錄與回放模塊的功能原理，并通過具體事例的梳理分析，提出處置建議和排查方案，為提升技術(shù)人員維護(hù)水平、降低運(yùn)行風(fēng)險提供了一定參考，也為未來國產(chǎn)空管自動化系統(tǒng)發(fā)展的進(jìn)一步探討做出了有益的嘗試。