銀川機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)光纖傳輸及無線備份傳輸設(shè)計(jì)

羅程輝，廖彬武

（民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750000）

隨著銀川經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，銀川河?xùn)|國際機(jī)場(chǎng)吞吐量連年攀升，航班量大幅增長，氣象保障壓力顯著增加。自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)（以下簡稱“自觀系統(tǒng)”）作為氣象保障的主要手段，是航空安全保障的重要設(shè)備之一，自觀系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行在飛行安全中扮演著至關(guān)重要的角色。而河?xùn)|機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)所用到的通信電纜為1997 年機(jī)場(chǎng)建設(shè)時(shí)鋪設(shè)的，已運(yùn)行22 年，線路老化導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，對(duì)安全保障造成極大影響，所以自觀系統(tǒng)光纖傳輸改造刻不容緩。

1 銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 自觀系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)狀

銀川河?xùn)|國際機(jī)場(chǎng)為4E 級(jí)機(jī)場(chǎng)，跑道長度3 600 m，所用自觀系統(tǒng)設(shè)備為芬蘭維薩拉公司（Vaisala）生產(chǎn)，2009 年建成，自2010 年9 月起正式投入運(yùn)行至今。目前銀川河?xùn)|國際機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)傳感器有2 套云高儀（CL31）、3 套大氣透射儀（LT31）、1 套前向散射儀（FD12P）、2 套自動(dòng)站（MAWS301）和1 套單風(fēng)站，其中2 套云高儀分別安裝在跑道兩端中心延長線260 m 處，其余設(shè)備分別按要求安裝在跑道北端（21號(hào)）、跑道南端（03 號(hào)）和跑道中間端（MⅠD）中心線向東90～110 m 處。銀川機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)設(shè)備及傳輸線路如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，安裝于跑道南、北、中間端室外設(shè)備傳感器采集到的數(shù)據(jù)最終到達(dá)CDU（中央數(shù)據(jù)處理服務(wù)器），經(jīng)CDU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后發(fā)往各用戶終端使用。其中，室外設(shè)備傳感器到MCU111 之間全部由大對(duì)數(shù)線纜連接，Modem 傳輸，距離長達(dá)3～5 km，中間節(jié)點(diǎn)較多，經(jīng)過了各航向臺(tái)、下滑臺(tái)和信標(biāo)臺(tái)，到達(dá)機(jī)場(chǎng)辦公樓，再到老航管樓，最終到達(dá)新航管樓中心機(jī)房。

圖1 自觀系統(tǒng)設(shè)備及傳輸線路圖

1.2 自觀系統(tǒng)傳輸線路現(xiàn)狀

從圖1 中可以看到，室外設(shè)備傳感器輸出信號(hào)先接入至旁邊的航向臺(tái)、下滑臺(tái)和信標(biāo)臺(tái)房屋里的大對(duì)數(shù)配線架，這一段距離在20～300 m 左右不等，距離較短，且于2009 年自觀系統(tǒng)建設(shè)時(shí)鋪設(shè)，年代較近，信號(hào)傳輸較穩(wěn)定。信號(hào)從各臺(tái)出來后經(jīng)過機(jī)場(chǎng)辦公樓機(jī)房、老航管樓，最后到達(dá)新航管樓，其中除老航管樓到新航管樓線纜為2017 年機(jī)場(chǎng)三期建設(shè)新鋪設(shè)外，其余均為1997 年河?xùn)|機(jī)場(chǎng)建成時(shí)鋪設(shè)，使用年限超過20 年，線路老化嚴(yán)重、距離過長、信號(hào)質(zhì)量較差。

此外，由于機(jī)場(chǎng)部門已使用光纖傳輸代替大對(duì)數(shù)線纜，此段線纜便無人維護(hù)，信號(hào)傳輸問題成為自觀系統(tǒng)最頻繁故障點(diǎn)，對(duì)安全保障造成了極大隱患。

2 光纖傳輸改造方案設(shè)計(jì)

2.1 組建光環(huán)網(wǎng)[1]

考慮到傳輸?shù)娜哂嘈?、可靠性、穩(wěn)定性及長遠(yuǎn)規(guī)劃，擬建立光環(huán)網(wǎng)。組建后的光環(huán)網(wǎng)及室外設(shè)備連接如圖2 所示。

圖2 自觀系統(tǒng)光環(huán)網(wǎng)示意圖

從圖2 中可以看出，在南北航向臺(tái)、南北下滑臺(tái)、信標(biāo)臺(tái)里加裝MOXA 串口服務(wù)器、交換機(jī)和光傳輸設(shè)備。其中，串口服務(wù)器用于將傳感器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為TCP/ⅠP 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，交換機(jī)用于交匯數(shù)據(jù)，光傳輸設(shè)備（華為OSN1500）用于組建光環(huán)網(wǎng)。

擬鋪設(shè)一條18 芯光纜將常規(guī)觀測(cè)場(chǎng)、北航向臺(tái)、北下滑臺(tái)、信標(biāo)臺(tái)、南下滑臺(tái)、南航向臺(tái)及風(fēng)廓線雷達(dá)連接起來，利用現(xiàn)有的常規(guī)觀測(cè)場(chǎng)至老航管樓光纜、老航管樓至新航管樓光纜和風(fēng)廓線雷達(dá)至新航管樓光纜形成環(huán)網(wǎng)。在新航管樓放置環(huán)網(wǎng)管理終端，監(jiān)控環(huán)網(wǎng)工作情況。

2.2 自觀各設(shè)備接入光環(huán)網(wǎng)

光環(huán)網(wǎng)組建后，各設(shè)備接入環(huán)網(wǎng)方法如下。

南北航向臺(tái)、南北下滑臺(tái)和信標(biāo)臺(tái)內(nèi)安裝機(jī)柜，在機(jī)柜內(nèi)安裝機(jī)架式串口服務(wù)器、交換機(jī)和光傳輸設(shè)備。

云高儀CL31：利用原有線纜將CL31 接入串口服務(wù)器，將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/ⅠP 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后將串口服務(wù)器接入交換機(jī)，最后將交換機(jī)接入光傳輸設(shè)備傳回航管樓中心機(jī)房。

大氣透射儀LT31：將LT31 傳輸模式調(diào)整為RS485模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設(shè)備。

自動(dòng)站MAWS301：在MAWS301 數(shù)據(jù)采集器中加裝DSⅠ486B RS485 模塊，傳輸模式調(diào)整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設(shè)備。

前向散射儀FD12P：將FD12P 傳輸模式調(diào)整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設(shè)備。

單風(fēng)站：將單風(fēng)站傳輸模式調(diào)整為RS485 模式，利用原有線纜，同樣依次連接至光傳輸設(shè)備。

航管樓機(jī)房內(nèi)：不再使用MCU111。MCU111 作用就是通過其中的TS16 串口服務(wù)器將串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，維薩拉公司已不再生產(chǎn)MCU111。改造后，只需要把MCU111 替換為光交換機(jī)，將其與光傳輸設(shè)備相連，再將CDU 服務(wù)器和各用戶終端與交換機(jī)相連。

各設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)通過串口服務(wù)器、交換機(jī)和光傳輸設(shè)備最終到達(dá)中心機(jī)房自觀交換機(jī)，CDU 服務(wù)器與自觀交換機(jī)相連，接收并處理數(shù)據(jù)后發(fā)往各用戶端顯示。由于自觀系統(tǒng)運(yùn)行中還有許多設(shè)備需要串口原始數(shù)據(jù)，所以在自觀交換機(jī)上連接一個(gè)串口服務(wù)器得到串口數(shù)據(jù)。

3 自觀系統(tǒng)備份無線傳輸方案研究

3.1 備份無線傳輸?shù)谋匾院涂尚行?/h3>

目前，銀川河?xùn)|國際機(jī)場(chǎng)正在加快進(jìn)行光纖傳輸改造項(xiàng)目，改造后自觀和遙測(cè)系統(tǒng)都會(huì)加入光纖環(huán)網(wǎng)，大大增加了傳輸?shù)目煽啃浴５捎谥鱾湎到y(tǒng)同用一條傳輸線路，加之銀川機(jī)場(chǎng)的快速發(fā)展，各種工程建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，同時(shí)跑道距離航管樓比較遠(yuǎn)，不可控因素較多，一旦施工將光纖挖斷，那自觀和遙測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)將會(huì)全部丟失，且短時(shí)難以恢復(fù)，還是存在一定風(fēng)險(xiǎn)。所以有必要備份一套無線傳輸方式。

自觀系統(tǒng)無線傳輸?shù)目尚行匀缦拢孩巽y川機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)高60 m，位于跑道中間端西側(cè)1.1 km 處，中間隔著候機(jī)樓。塔臺(tái)頂部及塔臺(tái)14 樓外側(cè)平臺(tái)能直線看到跑道南北及中間端安裝的自觀設(shè)備，且無遮擋物，非常有利于無線傳輸。②無線網(wǎng)橋設(shè)備技術(shù)成熟、價(jià)格低、可實(shí)現(xiàn)度高。

3.2 無線傳輸方案設(shè)計(jì)

擬采用5.8 GHz無線技術(shù)搭配MOXA 串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)自觀無線傳輸。由于銀川機(jī)場(chǎng)跑道自觀傳感器分布在5 個(gè)位置，且相距較遠(yuǎn)，所以需要布置5 個(gè)無線網(wǎng)橋發(fā)射點(diǎn)，再在塔臺(tái)14 樓外側(cè)平臺(tái)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布置5 個(gè)無線網(wǎng)橋接收點(diǎn)。數(shù)據(jù)到達(dá)接收網(wǎng)橋后，由網(wǎng)線從14 樓傳回2 樓中心機(jī)房。無線網(wǎng)橋布置如表1 所示。

表1 無線網(wǎng)橋布置表

由表1 可知，分別在北航向、北下滑、中間信標(biāo)臺(tái)、南下滑和南航向自觀傳感器處安裝無線發(fā)射網(wǎng)橋，北航向CL31 接入網(wǎng)橋1，北下滑F(xiàn)D12P、LT31、MAWS301 接入網(wǎng)橋2，中間端LT31、單風(fēng)站接入網(wǎng)橋3，南下滑LT31、MAWS301 接入網(wǎng)橋4，南航向CL31 接入網(wǎng)橋5。

北航向處的網(wǎng)橋安裝在云高儀水泥基座上，正對(duì)塔臺(tái)方向。在云高儀旁安裝小機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)放置寬溫串口服務(wù)器，將云高儀輸出信號(hào)接入串口服務(wù)器轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后再接入無線網(wǎng)橋1，云高儀輸出信號(hào)線由原來輸出端子并出一路線。

北下滑處的網(wǎng)橋安裝在自動(dòng)站風(fēng)桿上，正對(duì)塔臺(tái)方向。在風(fēng)桿旁安裝小機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)放置寬溫串口服務(wù)器，將LT31、FD12P、MAWS301 輸出信號(hào)接入串口服務(wù)器轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后再接入無線網(wǎng)橋2，各設(shè)備輸出信號(hào)線都由并線而來。

中間信標(biāo)臺(tái)處的網(wǎng)橋安裝在獨(dú)立風(fēng)桿上，正對(duì)塔臺(tái)方向。在風(fēng)桿旁安裝小機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)放置寬溫串口服務(wù)器，將LT31 和單風(fēng)站輸出信號(hào)接入串口服務(wù)器轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后再接入無線網(wǎng)橋3，各設(shè)備輸出信號(hào)線由并線而來。南下滑和南航向無線網(wǎng)橋安裝及信號(hào)線接法同上一樣。

塔臺(tái)14 樓外側(cè)平臺(tái)安裝5 個(gè)對(duì)應(yīng)的接收網(wǎng)橋，網(wǎng)橋接收到數(shù)據(jù)后通過14 樓機(jī)房配線架與2 樓中心機(jī)房配線架連接，最后數(shù)據(jù)進(jìn)入交換機(jī)，然后將CDU 服務(wù)器接入交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

自觀系統(tǒng)無線傳輸數(shù)據(jù)流程圖如圖3 所示。

圖3 自觀系統(tǒng)無線傳輸數(shù)據(jù)流程圖

擁有了備份無線傳輸方式后，需要將傳回的數(shù)據(jù)接入自觀系統(tǒng)進(jìn)行處理顯示，由于有線和無線傳回的數(shù)據(jù)不能同時(shí)接入同一個(gè)CDU 服務(wù)器，所以需要新增一臺(tái)CDU 服務(wù)器供無線傳輸使用，形成2 套獨(dú)立的自觀系統(tǒng)，在用戶端將2 種傳輸方式傳回的數(shù)據(jù)分別獨(dú)立顯示，這樣備份可靠性較高。

4 結(jié)束語

本文從銀川機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)設(shè)備及傳輸線路現(xiàn)狀著手，根據(jù)實(shí)際情況探究了光纖傳輸改造的方案，并在此基礎(chǔ)上論述了備份無線傳輸?shù)谋匾院涂尚行?，以此提出了銀川機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)備份無線傳輸方案。此方案在傳感器端無線網(wǎng)橋的位置選擇及最后的數(shù)據(jù)處理顯示都存在一些缺陷和不合理，需要更多的設(shè)計(jì)和調(diào)整。