自动气象观测系统传感器连接方式的探讨

闫知途

摘要：现行自动观测设备多以采用RS485、RS2 32协议通过传感器直接传入下滑台或临近的PCM机，经过接线柱、Port server等设备输入到交换机，最后传入自观主机进行数据的处理与分发。该种形式无论是在线路的升级维护上，还是对线缆损坏的容错率上都有很多明显的缺点。然而通过采用新的光纤及相应传输设备不但可以解决上述问题，还能在传输线路意外发生断裂的情况下仍维持自观设备的正常工作。

关键词：气象自动观测系统；传输方式；改造

中图分类号P4 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0042-02

随着大型机场航班起落架次不断提升，自动观测系统在航班保障过程中起到越来越重要的作用。老式自动观测系统在连接方式上过于繁琐，容错率低不利于升级维护等操作。为了解决这些弊端本文以实际机场为例，分别列举了由光纤环构成的连接几种方式，以及成环连接所需的连接转化设备。

1.气象自动观测系统的作用与现状

1.1自动观测系统在民航的作用

空中交通的保障水平是民航运输生产的主要组成部分，随着全国航空运输业的扩大，各地的通用航空产业迅速发展，导致航空运输总量持续快速增长，从而对航空运行安全和航班正常率提出了更高的要求。其中气象因素是影响飞行安全和正常的最不可控因素之一。如何安全、可靠地保证探测设备正常运行，成为民航安全保障的第一问题。

飞机在起飞、降落都过程中都会受到天气要素的制约。例如，气温对飞机载重和滑跑距离产生的影响。飞机在飞行过程中需用地面所测气压值来校准气压高度表。风速、风向直接影响着飞机起飞降落的安全。而自动气象观测系统（wos）就是为空管、飞行机组等相关部门提供跑道能见度、风向风速、温度、湿度、气压、云高、降雨量等与飞行有关气象数据的重要系统。这些气象数据需24h实时传送到机组及管制部门，所以有效的保证自观数据正常传输以及提高设备传输过程中的容错率是非常必要的。

1.2传统自动观测系统传感器连接方式

现行自观设备多以RS485、RS232协议由传感器直接传入下滑台或临近的PcM机，经过接线柱、Portserver等设备输入到交换机，最后传入白观主机进行数据的处理与分发。可以看到整个传输过程繁琐、复杂，中间环节较多且分散。需用到大量信号处理、转换设备。并且白观系统在每条跑道两端及中间地带均设有多种类型的传感器，使得系统连接过程变得十分复杂，很难针对某一线路上的设备进行升级维护而不影响其他传感器的正常工作。同时过多的中间环节不但容易发生故障，还增加了排查故障的时间。并且没有冗余度，无法在发生传输线缆断裂等突发情况下，保证自动观测系统的正常使用。

2.自动观测系统新型连接方式

2.1光纤连接方

如果能减少或者摒弃RS485、232以及PCM、接线柱等传统的传输方法，改为采用光纤直接连接各传感器，在借助相应光通讯设施的前提下，可依据各机场运行等级设计连接链路。这样不但能简化整个传输过程，提高设备维护、故障排查的效率，还能加快数据的传输速率。并且传感器间采用不同的连接方式，还可以在传输线路出现一到两个甚至3个断点的情况下，仍能保证数据的正常传输。极大的提高了白观系统在传输方面的容错率。以下从白观设备连接方式和必要的通讯设备两方面，简述自动观测系统的光纤连接方式。

2.2必要的通讯设备

现行自动观测系统传感器信号的传输主要是以RS485、232协议为主，如果想采用新型的光纤连接方式，传输时就必需将这些从传感器搜集来的原始数据信号整合、转化成为光信号。而芬兰VAISALA提供了一种通讯盒解决方案：将布置在每个通讯盒周围的传感器，通过RS485等接口协议，将探测数据引接到通讯盒内对应的连网服务器上。经转换后的信号经由太口输出，再通过网线连接至通讯盒内的管理交换机，最终转化为光信号，以光纤的形式与布置在跑道上的其他通讯盒构成环形连接（见图1）。同时每台管理交换机还具备路由寻址功能，保证了数据在各通讯盒间拥有最优的传输路径。从而有效解决了信号转化、传输的问题。极大的简化了中间传输过程，并且为构建环形链路提供了必要条件。

2.3光纤环路连接实例

鉴于自动观测数据在机场运行中的作用，如果想在光纤传输链路意外出现断点的情况下，仍保证数据的正常传输，使传输链路具有一定的容错率，除了拥有上文提到的通讯盒外，还需将各通讯盒按特定的结构连接。现以配备3条跑道的机场为例，列举单环、双环、多环的连接方式及其优缺点。

考虑到各机场运行保障等级与资金的投入量，作为性价比最高的光纤单环连接方式，不但保证了传输线路的容错率，还最大限度的节约了人力物力。

光纤单环的具体链接方式为：在每条跑道上配备5个通信盒，每个通信盒连接附近对应的自动观测传感器，同时各通信盒以光纤互连形成闭合环路，最终将观测数据传到自观系统主机位置。由于是闭合的单环路，所以该方式可以保证任何两通讯盒间光纤断开，白观数据仍能正常寻址传输至主机。并且该方式光纤铺设距离最短，节省开支及工作量。但缺点是整个环路任意两通信盒之间只能存在一个断点，若有两个或者以上的断点则会形成断路，影响部分数据的传输。

为了解决环路只能存在一个断点的弊端，可进行双环模式连接。该模式最大的特点是在保证不增加其他设备的情况下，各通讯盒连接成两个闭合环路。如果断点同时发生在两个环路上，各传感器仍可正常传输。

但随着国内机场航班量不断攀升，飞机起落间距越来越小，白观数据实时传输性要求不断提升。作为最保险的多环连接方式，虽然较前两种方式实施起来略显复杂，但可保证闭合环路在同时出现两个断点、以及部分环路出现3个断点的情况下，各传感器的探测数据仍能正常寻址传输至主机。

以上3种方式无论采取哪种，最主要的一点就是要构成闭合的双光纤环路。这样才能利用通讯盒的自动选址能力，保证出现断点时数据可以通过不同的路径传递到白观处理主机。

3.结论

通过采用光纤环路连接的方式，不但从技术上直接保证了白观设备数据传输的安全与稳定。同时更少的中间环节也调高了机务人员对故障设备排查、维修的效率，从而间接的加强了设备的可靠性。随着国内各大机场航班量不断飙升，飞机起落间隔越来越短，气象要素对于风行安全的影响越来越明显。自动观测系统作为飞机起落的重要保证手段，为了保证其24小时不间断运行，并在突发情况下保有一定的自我修复能力，新型连接方式、连接设备的运用显然是十分必要的。