基于便携式自动气象站的观测应急发报平台_王照刚.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation1622023 年 第 13 期文章编号：2095-6835（2023）13-0162-03基于便携式自动气象站的观测应急发报平台王照刚（民航新疆空管局空管中心气象中心，新疆 乌鲁木齐 830016）摘要：航空气象在民用航空业的发展中起着不可替代的作用，航空业的正常运行离不开民航气象的保障，民航气象地面观测是民航气象业务服务的基础工作，是机场气象预报、飞机起降、原始气象数据积累、气候统计等工作的重要组成部分和最基本的依据，为飞机飞行活动提供实时飞行气象参数，它除了要为飞行管制部门、机组和起降机场提供最直接、最新、最准确的天气实况，尤其是对突发性、灾害性天气的生成与发展、强度及其变化及生消时间进行观测，其时效性、及时性、准确性尤为明显，关系到机场天气预测预报准确性及气象服务的针对性。一份机场天气报告，在某种意义上讲，就是一道无声的命令，管制部门和飞行机组将根据观测员所提供的第一手情报确定或调整飞机起降时间、飞行高度、起降方向和飞行路线，下达起降、备降、返航、绕行等飞行指令，确保飞行安全。因此，做好民航气象观测工作，对于确保飞机正常、安全与高效运行具有重要的现实意义。关键词：气象观测；飞行安全；设备故障；应急中图分类号：V321.21文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.13.049气象地面观测是气象工作的基础，它是借助仪器和目力对云和近地面大气状况及其变化进行的观察和测定。飞机的起飞、着陆及在空中的飞行都受气象条件的约束。因此，民用航空气象地面观测是飞行安全和正常的重要保障工作之一。其主要工作是准确、及时、连续地观察和测量本站及视区，尤其是机场跑道和进近着陆地带及起飞爬升区域的有关气象要素及其变化，并按照规定的标准、格式，编制和发布这些要素及其变化。近几年，民航系统开展的应急管理自查整治工作，再次体现日常工作中优化应急流程，提升应急手段及应急效率的重要性。在航空业务迅猛发展时期，为适应航空气象服务需求，应不断加强民航气象观测工作，夯实民航气象观测基础工作，及时、准确、全面地收集资料、分析处理数据并传送，提高观测服务认识，转变工作思路，不断提升民航气象观测人员在复杂天气来临、设备突发各类故障、计划外停电等各类特殊情况下的综合应急处置能力，为民航飞行安全夯实基础。1观测设备现状民航气象观测工作最重要的就是对外提供及时准确的气象数据，气象数据分为器测数据和目测数据，而器测数据又依赖于设备的稳定性。1.1观测主用设备现状民航新疆空管局气象中心观测室现主用设备为自动气象观测系统（AWOS），20062016 年，使用维萨拉公司生产的 MIDAS 自动观测系统，该系统使用期间运行稳定，数据采集准确。20172019 年，开始启用升级后的新自动观测系统 AWIMET，虽然升级后的系统无论显示界面还是功能操作都有长足的进步，但在实际工作使用中发现该系统存在软件缺陷。虽然经过多次修改，但是系统仍然存在诸多漏洞及不确定因素，故障频发，经统计 20172019 年观测室AWOS 故障情况，将故障类型分为数据故障、界面故障、报文故障 3 种1，具体如图 1 所示。图 120172019 年 AWOS 故障分类统计从图 1 中可以看出，器测数据故障占总故障的79%，界面故障占总故障的 3%，报文故障则占总故障的 18%，器测数据的故障率远远大于其他 2 类故障。器测数据故障分为突发性无数据、数据采集有误 2 种情况，20172019 年这 3 年期间共出现 17 次突发性无数据（非换季或设备维护原因），66 次数据采集有误，3%18%报文故障界面故障79%数据故障Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期163数据采集有误占器测数据故障的 80%，2 次对飞行有重大影响的修正海平面气压数据有误1。1.2观测备用设备现状备用设备为迈特力德自动站气象站（AWS），2021-02-08 正式作为气象中心观测室的备份设备投入业务运行，使用至今，共出现 6 次软件死机且系统无法操作的情况，具体原因不明。1.3观测应急设备现状按照“一主、二备、三应急”三重保障机制，在主用、备份设备极有可能同时发生故障的情况下，观测应急设备及应急手段就显得尤为重要，现气象中心观测室有 2 套应急设备，第一套应急设备为迈特力德生产的 AOPS100 便携自动气象站，第二套应急设备为长春研究所研发的 DZQ03A 便携式气象仪，2 套应急设备互为备份。因 DZQ03A 便携式气象仪每次使用都需要搭建和拆除，用时较长，加之长期放置在室内，突发应急需要使用时，感应器需在室外长时间适应后才可精确测得真实准确的气象数据；而与之相比较第一套应急设备 AOPS100 便携自动气象站长期固定在室外，同时在室内配备有平板显示器，遇突发情况时，可立即启动室外主机，打开室内平板，读取数据，在应急编发报系统上录入数据并对外编发报文，第一套应急设备较第二套应急设备使用起来更加便捷、高效、准确。1.4观测应急系统现状观测应急系统为民航气象情报编发系统（FS），按照观测岗位应急程序规定，当主用设备、备用设备同时发生故障后，气象观测员应立即启动第一套应急设备 AOPS100 便携自动气象站采集并读取数据，在应急系统民航气象情报编发系统上人工手动录入地面风向、地面风速、主导能见度、天气现象、云、温度、露点、修正海平面气压、趋势预报组等项目，仔细检查核对报文无误后再进行编发报。根据新版民用航空气象地面观测规范规定，机场例行天气报告需要在 4 min 内发出，超过 4 min 则为迟报，若观测主用及备用设备同时发生故障，观测员要在有效的 4 min内，使用现有应急设备及发报系统将报文发出，几乎不可能实现。2建设应急发报平台的现实意义2.1优化应急流程，提升应急手段为进一步发挥科技支撑作用，持续强化“三基”工作，加强“四强空管”建设，做到“六个起来”，优化特殊情况下的观测应急流程，全面提升气象观测安全保障工作，结合观测实际工作需求，设想在观测现有设备基础上，将观测第一套应急设备 AOPS100 便携自动气象站与应急编发报系统民航气象情报编发系统进行融合，最终形成一套基于便携式自动气象站的观测应急发报平台。2.2提升应急处置的准确性，为机组提供准确的信息将 AOPS100 便携自动气象站的气象要素直接读取并显示在系统终端上，器测数据直接提取生成在固定电码格式的观测报文中并显示在终端上，若主用及备用设备同时出现故障，气象观测员则可以立即启动应急程序，使用该系统直接采集器测数据，输入云、主导能见度、天气现象，即可生成报文，检查核对数据，及时准确发布机场天气报告，这样极大减少手动录入报文所浪费的时间及错报、迟报的风险，确保应急处置流程的安全性、及时性、准确性，为准备起降和飞行中的机组提供确切的气象信息。3建设应急发报平台的技术措施结合气象中心观测室投入业务化 AOPS100 便携自动站，配置串口设备，实时获取便携自动站数据显示终端通过串口输出的探测数据，结合数据输出格式进行解析，并为观测应急发报终端提供准确的数据支持，同时构建应急发报界面，气象观测人员结合器采数据，并录入云、主导能见度、天气现象等要素后，即可生成报文并对外进行发送。4研究内容和主要技术要求结合系统的应用方式和系统运行稳定性设计，本平台采用 C#进行开发设计。通过分析便携式自动气象站的系统参数和数据输出方式，本系统设计通过串口获取便携式自动气象站的实时探测数据，分别通过串口数据采集模块、数据显示模块、报文编辑质量控制模块及报文发送模块，进行数据的接收、处理、显示及报文编发等，具体如图 2 所示。图 2系统功能模块示意图4.1串口数据采集模块负责通过串口收集便携式气象站数据采集终端输基于便捷式自动气象站的观测应急发报平台串口数据采集模块AOPS100便捷气象站无线AOPS100数据采集终端观测数据显示模块报文编辑、质量控制模块报文发送模块RJ45网络民航气象数据库系统科技与创新Science and Technology&Innovation1642023 年 第 13 期出的数据，并按照标准格式进行解析和存储，为数据显示和报文编发提供数据支持服务。4.2观测数据显示模块用于实时显示便携式气象站的数据，并用于验证数据采集模块运行正常。同时与气象数据库系统的AWOS 数据进行对比显示，实现温度、气压等要素的对比显示。4.3报文编辑、质量控制模块依托串口数据采集模块，解析获取便携式气象站的实时观测的温度、气压、风等数据，并结合观测人员输入的云、能见度、天气现象，生成观测报文；同时按照行业标准和观测规范，对编辑生成的报文进行质量控制，确保报文编写的准确无误。4.4报文发送模块结合报文编辑模块生成的报文，本模块通过 FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）方式，将观测生成的报文发送至民航气象数据库系统中，而后通过控制数据参与全国气象情报交换，为用户单位提供准确的气象报文服务产品。5结束语本平 台结 合气象 中心观 测室 投入的 业务化AOPS100 便携自动气象站，配置串口设备，实时获取便携自动站数据显示终端输出的探测数据，结合数据输出格式进行解析，并为观测应急发报终端提供准确、实时的数据支持，构建应急发报界面，气象观测人员可以直接使用观测终端的器采数据，只需要录入云、主导能见度、天气现象后，即可生成报文并进行发送。基于便携式自动气象站的观测应急发报平台可与气象数据库系统的 AWOS 数据进行对比显示，实现温度、气压等要素的对比显示；按照行业标准和观测规范，对编辑生成的报文进行质量控制，确保报文编写的准确无误；最终将观测生成的报文发送至民航气象数据库系统中，通过控制气象数据参与全国气象情报交换，为用户单位提供准确的气象报文服务产品。基于便携式自动气象站的观测应急发报平台项目完成后亦可为民航其他气象单位同型号设备配备此平台，应用前景广阔，推广应用前景较好。参考文献：1陈娟.乌鲁木齐机场观测室 20172019 年设备故障及不正常情况分析和处置J.科技创新与应用，2020（13）：75-77.作者简介：王照刚（1987），男，大学本科，主任工程师，主要从事民航气象观测工作。（编辑：丁琳）（上接第 161 页）传统避雷针防雷技术，此装置不仅保护范围广，也极大降低了阻雷残压，避免了反击电压的产生，对地震观测仪器中集成电路的保护效果显著。5结论通过对比传统防雷技术与等效离子防雷技术，并在地震台站进行等效离子防雷技术试验，得到主要结论如下：等效离子防雷技术工作机理使它具有超大的保护范围，从而可以使高突保护目标周围的较大范围的人员、设备、设施等都得到保护。同时，大的保护范围还解决了较近距离的感应雷对强弱电线路的影响。而且，安装等效离子阻雷装置对接地系统没有小电阻的要求，只要在杆体安装时基座与钢筋连接即可。等效离子防雷技术不引雷入地的性质，彻底解决了以往引雷入地带来的诸如反击电压、接触电压和跨步电压等对人员、设备、设施的危害，尤其是避免了引雷入地的瞬间大电流形成的强电场对电子、通信系统造成的严重危害。参考文献：1全建军，郑志泓，郑永通，等.地震台站综合防雷技术J.地震工程学报，2017，39（增刊 1）：168-178.2全建军，林慧卿，陈美梅，等.数字化地震前兆台站防雷措施探讨J.华南地震，2018，38（1）：61-70.3王家海，刘浩.贵州地震台站防雷改造分析J.中国科技信息，2021（23）：41-43.4陈伟红.基地综合防雷系统研究J.雷达与对抗，2013，33（2）：22-24.5李德东，李宁，张利华，等.一种无源等离子防雷设备：CN110190519AP.2019-08-30.作者简介：孙宇轩（1998），男，湖北天门人，硕士研究生在读，主要从事地震监测技术研究工作。（编辑：严丽琴）