气压报警系统的设计与实现

伊德日呼　代沁　智军

摘 要：随着民航气象业务的不断发展，各用户单位对气象服务的需求随之增加，民航气象地面观测业务作为航空气象工作的基础，与飞行安全有着密切的关系。其中，地面观测员提供给相关用户单位的修正海平面气压值是影响飞行安全的重要气象要素之一，《民用航空自动气象观测系统技术规范》第二十四条规定，当气压、气温等气象要素发生异常变化或不符合规定要求时，系统应当自动产生听觉和文字提示信息。为了符合自动气象观测系统技术规范相关要求，更好地服务于客户，减轻观测员工作压力，提高工作效率，内蒙古空管分局气象台研发了气压报警系统，对不同气压传感器测量的数据进行实时对比，当气压数据异常或者设备故障时，产生听觉和文字提示信息。

关键词：QNH；powerbuilder9.0；告警；自动观测系统

1 概述

在飞机起飞、降落和空中飞行的各个阶段都会受到气象条件的影响，风、气温、气压都是影响飞行的重要气象要素。飞机在高空飞行时是靠测量大气压力来获得飞行高度数值的，这个高度也叫气压高度。飞行与气压的关系：地面观测员提供给相关用户单位的修正海平面气压值是影响飞行安全的重要气象要素之一。

目前呼和浩特白塔国际机场地面观测员提供给相关用户单位的修正气压值主要有双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器（呼和浩特白塔机场自动观测系统气压传感器编号分别为08号、26号两台）。气压报警系统以powerbuilder9.0作为软件开发平台，自动读取不同气压传感器修正海平面气压值数据，对不同传感器气压值进行实时对比显示。本系统功能分为四个部分，即数据显示、气压数据横向对比报警、气压数据纵向对比报警及数据记录功能。

1.1 数据显示

实时显示系统时间、自动观测系统传感器读取时间、数据自动观测系统跑道两端气压传感器及双振筒气压传感器修正海平面气压值。

1.2 气压数据横向对比

对双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值进行实时对比。当某一个传感器的修正海压值与另外两个传感器的修正海压差值超过阈值时，则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐，提示用户检查，告警持续到数据正常为止，同时把数据记录下来。界面上还设计了静音按钮，用户发现数据异常后通过此按钮静音。

1.3 气压数据纵向对比

对比每一台仪器相邻两个整点修正海平面气压值，当其差值超过阈值时，则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐，提示用户检查，气压差值小于阈值后提示文字自动消失，同时把数据记录下来。

1.4 数据记录与错误日志

气压报警系统每分钟记录一条修正海平面气压值、修正海平面气压对比值，记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值。系统错误日志记录系统产生错误的时间及原因，以便用户查询。

2 总体方案设计

2.1 硬件方案设计

气压报警系统的硬件由MIDASIV自动观测系统服务器、双振筒气压仪、交换机、气压报警系统主机、串口线、网线等组成。

在气压报警系统中自动观测系统服务器提供自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值。

太原市太航压力测试科技有限公司生产的XDY-03型双振筒气压仪是一种便携式的压力传感器，本双振筒气压仪实时显示场面气压（QFE）及修正海平面气压数据（QNH），并且有串口数据通信功能。

气压报警系统通过串口与双振筒气压仪数据通信，通过软件读取双振筒气压仪场面气压数据，在气压报警系统内部进行换算得到双振筒气压仪修正海平面气压值；通过交换机连接自动观测系统服务器及气压报警系统主机，通过软件读取自动观测系统服务器历史数据打包文件，得到自动观测系统跑道两端气压传感器修正海平面气压值（自动观测系统服务器每分钟存一次外场传感器数据）。并实时显示自动观测系统跑道两端气压传感器及双振筒气压传感器的修正海平面气压值。图1为气压报警系统硬件结构图。

2.2 软件方案设计

气压报警系统采用powerbuilder9.0作为软件开发平台，实时显示双振筒气压仪及自动气象观测系统跑道两端传感器数据；实时横向对比双振筒气压仪及自动气象观测系统跑道两端传感器数据；对每台传感器相邻整点气压数据进行纵向对比；对传感器数据、对比值及系统状态进行实时记录。气压报警系统界面效果如图2所示：其中，北京时间是气压报警系统主机系统时间，世界时间是打包文件读取时间，26QNH显示自动观测系统26号传感器修正海平面气压值（跑道号可以修改，文章以呼和浩特白塔机场为例），08QNH显示自动观测系统08号传感器修正海平面气压数据，修正海平面气压值有效数据为小数点后两位数。

3 气压报警系统具体功能实现

3.1 读取气压传感器数据

3.1.1 读取自动观测系统跑道两端气压传感器数据

自动观测系统服务器实时顯示外场各传感器数据的同时每分钟记录一次传感器数据，通过打包程序（已开发软件）每分钟读取一次自动观测系统各传感器的历史数据，并生成AWOSPKG.DAT打包文件，气压报警软件通过网络方式读取自动观测系统08号、26号气压传感器数据及文件生成时间，本系统读取的打包文件为如图3所示。

读取打包文件函数：

气压报警系统读取自动观测系统08号、26号气压传感器数据时要定义读取打包文件的函数，主程序通过调用函数读取到图3中带下划线的数据，也就是读取到自动观测系统08号跑道气压传感器修正海平面气压值及自动观测系统26号气压传感器修正海平面气压值。软件代码如下：

3.1.2 读取双振筒气压仪数据

太原市太航压力测试科技有限公司生产的XDY-03型双振筒气压仪无主动串口输出功能，通过串口发送“R”命令得到双振筒气压仪场面（QFE）气压值，波特率为“2400、8、N、1”。通过QFE和QNH换算公式得到双振筒气压仪修正海平面气压（QNH）值，场面气压及修正海平面气压换算公式（1）所示：

3.2 横向对比告警功能

气压报警系统对双振筒气压仪、自动观测系统08号、26号气压传感器修正海压值进行实时对比。当其中一个传感器计算的修正海压值与另外两个传感器计算的修正海压差值超过阈值时，则产生气压传感器数据异常的提示并产生音乐告警，提示用户检查，告警持续到数据正常或者用户静音为止，同时把数据记录下来。定义横向对比函数，变了为s，返回值是s。横向对比告警效果如图5所示，软件程序设计流程如图4所示。

3.3 纵向对比功能

气压报警系统对双振筒气压仪、自动观测系统08号、26号气压传感器相邻整点的修正海压值（QNH）进行对比监控。当无天气变化的情况下，相邻两个整点的修正海平面气压值变化不超过阈值，当有天气变化的时候（比如锋面过境或者降水）修正海平面气压值会突变，对比每一台仪器相邻两个整点测得的修正海压值，当其差值超过阈值时，产生音乐告警，并提示用户检查，提示直到差值小于阈值后消失。显示界面如图6所示。

3.4 系统附加功能

为了便于查看数据，气压报警系统自动记录修正海平面气压值、修正海平面气压对比值，记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值，方便用户查询。为更好地判断系统故障，本系统对远程数据库连接情况、串口数据线连接情况、双振筒气压仪运行情况进行监控，当异常时及时告警，同时记录其他系统故障原因。

本系统增加了“设置”和“帮助”菜单。通过“设置”菜单分别设置自动观测系统传感器编号、横向对比阈值、纵向对比阈值和远程服务器路径。通过 “帮助”菜单分别查看系统日志和系统使用说明。当故障或者气压传感器数据异常时，系统自动产生音乐告警，告警持续到系统正常或者数据对比值小于阈值。为了防止连续告警影响观测员正常工作，系统界面上增加了“静音”、“报警”二选一按钮。当观测员得知系统报警后，点击“静音”按钮，停止报警。

4 结束语

气压报警系统实时读取自动观测系统跑道两端气压传感器修正海平面气压值。并实时显示自动观测跑道两端气压传感器、双振筒气压传感器的修正海平面气压值。对双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值进行实时对比。当其某一个传感器的修正海压值与另外两个传感器的修正海压差值超过阈值时，则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐，提示用户检查，告警持续到数据正常为止，同时把数据记录下来。对每一台仪器相邻两个整点修正海平面气压值进行对比，当其差值超过阈值时，则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐，提示用户检查，气压差值小于阈值后提示文字自动消失，同时把数据记录下来。为更好的判断系统故障，本系统记录每分钟生成一条修正海平面气压值、修正海平面气压对比值，记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值和系统错误日志，对远程数据库连接情况、串口数据线连接情况、双振筒气压仪运行情况进行监控，当异常时及时告警，同时记录其他系统故障原因。利用现有的系统数据和技术资源，不断改善系统的运行环境和条件，按照用户需求，可以对自动观测系统其他气象要素进行横向对比并告警（如：温度、湿度、能见度、跑道视程等）。气压报警系统升级为气象要素报警系统。减轻工作人员劳动强度、降低运行成本。

参考文献

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