基于自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：氣壓；數(shù)據(jù)對(duì)比；自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)

0 引言

修正海平面氣壓（QNH） 是指將場(chǎng)面氣壓按照標(biāo)準(zhǔn)大氣條件修正到平均海平面的氣壓值。航空器在起飛或著陸階段需要準(zhǔn)確的跑道面高度信息，該信息可通過航空器高度表指示的氣壓高度減去QNH計(jì)算得出[1]。如果QNH不正確，航空器將無法獲得準(zhǔn)確的跑道面高度信息，這可能導(dǎo)致提前接地或高度過高而無法降落等安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。在嚴(yán)重情況下，甚至可能發(fā)生航空器撞山、撞地或沖出跑道等安全事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為確保提供準(zhǔn)確的場(chǎng)面氣壓數(shù)據(jù)，空管領(lǐng)域采取了“人防”和“技防”措施，其中“技防”主要依靠氣壓對(duì)比軟件來監(jiān)視氣壓數(shù)據(jù)[3]。

MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款廣泛應(yīng)用于民航空管領(lǐng)域的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，能夠測(cè)量、處理并提供跑道周邊的氣象要素信息。MIDAS IV系統(tǒng)具有豐富的配置文件和良好的可擴(kuò)展性，本文通過擴(kuò)展其配置文件，設(shè)計(jì)了一種新的氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比方法，能夠在數(shù)據(jù)差異過大時(shí)及時(shí)發(fā)出告警。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與配置文件簡(jiǎn)介

自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)[4]是VAISALA公司設(shè)計(jì)的一款基于遠(yuǎn)程對(duì)象體系結(jié)構(gòu)的氣象要素探測(cè)與處理系統(tǒng)，由服務(wù)和對(duì)象兩部分組成，每個(gè)功能可由一個(gè)或多個(gè)服務(wù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)象由服務(wù)生成并用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。MIDAS IV是VAISALA公司推出的一款自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有多種配置文件[5]，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所需的參數(shù)，例如傳感器數(shù)據(jù)格式、氣象要素計(jì)算方法和網(wǎng)絡(luò)配置等。本文通過擴(kuò)展配置文件實(shí)現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比與預(yù)警，相關(guān)配置文件簡(jiǎn)介如下：

1） Sensors.ini文件用于配置傳感器基本信息，定義傳感器的傳輸線路、驗(yàn)證方式、工作模式和消息格式等；

2） Message.ini文件用于解析傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按獲取時(shí)間、獲取頻次、消息頭域和消息尾域等內(nèi)容進(jìn)行劃分拆解；

3） Ports.ini文件定義了網(wǎng)絡(luò)配置信息，用于傳感器與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)；

4） Eval_srv.ini文件用于自定義數(shù)值運(yùn)算與邏輯判斷；

5） Listalert.ini文件用于制作警告消息；

6） Av_alarms.ini文件用于將警告信息與系統(tǒng)顯示控件關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)告警顯示功能。

2 氣壓對(duì)比的方法設(shè)計(jì)

本機(jī)場(chǎng)使用兩套自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)跑道周邊的氣象要素信息，跑道同端的氣壓數(shù)據(jù)由位于不同位置的傳感器測(cè)量獲取。由于環(huán)境和設(shè)備差異等因素，測(cè)量結(jié)果可能存在細(xì)微差異，但過大的差異則表明數(shù)據(jù)可能存在錯(cuò)誤，且無法確定失效的傳感器。為及時(shí)識(shí)別錯(cuò)誤的氣壓數(shù)據(jù)，快速識(shí)別出失效的傳感器，本文在現(xiàn)有氣壓數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展Sensors.ini和Message.ini配置文件，引入振筒式氣壓儀作為第三個(gè)數(shù)據(jù)源，并將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入MIDAS IV系統(tǒng)，再配置Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件，實(shí)現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比和異常數(shù)據(jù)告警功能。

2.1 振筒式氣壓儀數(shù)據(jù)的接入方法

振筒氣壓儀是一種測(cè)量氣壓的傳感器，當(dāng)傳感器接收到系統(tǒng)發(fā)出的查詢命令時(shí)會(huì)返回一組氣壓數(shù)據(jù)，這種工作模式稱為輪詢模式。首先需要通過配置Sensors.ini使MIDAS IV系統(tǒng)能夠識(shí)別振筒氣壓傳感器。在Sensors.ini文件中，字段TYPE用于定義傳感器類型，此字段設(shè)置為Generic表示振筒氣壓傳感器屬于通用類傳感器；字段COMMUNICATION_MODE 用于定義傳感器的工作方式，標(biāo)識(shí)4表示傳感器工作方式為輪詢模式；字段COMMUNICATION_ID定義了振筒氣壓傳感器與系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；字段ITEMS、ITEM_1和FORMAT_1用于存儲(chǔ)振筒氣壓傳感器返回的氣壓數(shù)據(jù)。Sensors.ini配置如下。

Message. ini 配置如下，其中字段MESSAGE_HEADER和MESSAGE_TAIL分別定義了振筒氣壓數(shù)據(jù)的消息頭和消息尾，字段POLL_STRING定義了輪詢命令，每當(dāng)振筒氣壓儀收到輪詢命令R時(shí)，會(huì)返回一個(gè)格式為PAINS 的消息。字段FIELD_COUNT 和FIELD_11Ucr8Lxv1PUFChFSjWlS5Q== 定義了數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和內(nèi)容，MIDAS IV系統(tǒng)根據(jù)Message.ini配置文件對(duì)消息進(jìn)行解析，并用于后續(xù)的計(jì)算。

2.2 氣壓數(shù)據(jù)差值的計(jì)算

通過修改Eval_srv.ini文件實(shí)現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)的差值計(jì)算。其中FIELD1_EVAL 至FIELD3_EVAL 分別存儲(chǔ)3源氣壓傳感器測(cè)量的氣壓數(shù)據(jù)，對(duì)3組氣壓數(shù)據(jù)任意兩組做減法，得到的差值存儲(chǔ)到FIELD4_EVAL 至FIELD6_EVAL中。

2.3 告警實(shí)現(xiàn)方法

首先根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定氣壓差值的閾值。當(dāng)Eval_srv.ini文件中計(jì)算得到的氣壓差值超過閾值時(shí)，判定傳感器數(shù)據(jù)存在差異，生成告警信息并在顯示終端軟件中發(fā)出告警提示。通過配置Listalert.ini 和Av_alarms.ini文件實(shí)現(xiàn)告警提示功能，配置方法如下。

上述內(nèi)容為1 組數(shù)據(jù)對(duì)比實(shí)現(xiàn)方法，字段LIST_OBJECT_NAME和LIST_ITEM_NAME用于指定需要進(jìn)行判斷的數(shù)據(jù)差值，字段HIGH_LIMIT 和LOW_LIMIT指定了數(shù)據(jù)差異的上限和下限，其他兩組數(shù)據(jù)對(duì)比配置與上述內(nèi)容基本相同。

在Av_alarms.ini 文件中，將字段COMPONENT_NAME賦值為控件名稱，字段ALARMSET_ID賦值為L(zhǎng)istalert.ini中定義的告警信息編號(hào)，實(shí)現(xiàn)控件與告警信息的關(guān)聯(lián)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證方法的有效性，模擬向MIDAS IV系統(tǒng)同時(shí)發(fā)送3組氣壓數(shù)據(jù)，用于驗(yàn)證系統(tǒng)解析數(shù)據(jù)和判斷數(shù)據(jù)差異的準(zhǔn)確性。圖1為數(shù)據(jù)解析與差異判斷的結(jié)果，其中ZHENTONG_PRESS表示系統(tǒng)解析振筒氣壓傳感器后得到的氣壓數(shù)據(jù)，DETA1、DETA2和DETA3 表示不同傳感器之間的氣壓差值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠解析振筒氣壓傳感器的氣壓數(shù)據(jù)，能夠計(jì)算不同氣壓之間的差值。圖2為數(shù)據(jù)對(duì)比顯示與告警提示信息，當(dāng)氣壓差值超過閾值時(shí)，終端顯示軟件會(huì)自動(dòng)發(fā)出告警信息，并標(biāo)出觸發(fā)告警的數(shù)據(jù)源。

4 總結(jié)

為實(shí)現(xiàn)氣壓對(duì)比功能，本文提出了一種基于MIDAS IV系統(tǒng)的氣壓對(duì)比新方法。通過擴(kuò)展Sensors.ini和Message.ini文件成功接入振筒氣壓數(shù)據(jù)，為判斷失效數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。在Eval_srv.ini、Listalert.ini和Av_alarms.ini文件中定義了三源氣壓數(shù)據(jù)對(duì)比方式和判斷數(shù)據(jù)差異過大的閾值。當(dāng)氣壓數(shù)據(jù)超過閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成告警信息并提示。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性和準(zhǔn)確性。