机场自观QNH值实时监控告警系统的设计与应用

田星

摘 要 为了解决机场自动气象观测系统中的QNH值常常出现的误报漏报等现象，本文设计了一套QNH值实时监控告警系统。该系统利用RS-232串口通讯分别收集跑道数据和振筒气压仪数据，实时判断QNH差值是否正常，并在手机客户端显示监控状态。通过一定时间的测试，验证了该系统的可靠性。

【关键词】QNH值 监控告警 RS-232 app客户端

1 背景介绍

修正海平面气压（QNH）是机场自动观测系统中非常重要的探测资料，是航空器着陆时的重要参考数据。世界民航空难史里，许多灾难是因为气压数据的误差而导致的。因此，QNH值的准确性将直接影响到飞行安全，涉及到无数乘客的生命财产安全。

通常，QNH值是由位于跑道附近的传感器采集的气压原始数据经过机房服务器程序修正而得到的。为了解决自观数据QNH值出现的误报漏报等现象，实现自我监控等功能，本文设计了一套QNH值实时监控告警系统。该系统如图1所示，分为三部分：数据采集单元、数据处理单元、数据显示单元。

2 数据采集单元

数据采集单元负责机场QNH值和振筒气压仪QNH值的采集和传输。

机场原始机场QNH值可由自观机房服务器提供，服务器可利用RS-232串口定时输出含有QNH值的报文，通过格式解析即可获取。

振筒气压仪QNH值由XDY-03型双振筒气压仪获取。该气压仪是以两只振筒压力传感器为基础，高性能单片微处理器为核心的数字化智能仪器，具有測量准确度高、可靠性好等优点，基于RS-232串口可与计算机等设备连接通讯。

获取QNH值的口令为“r”，而该QNH值只能代表气压仪所在地点的QFE值，不能直接对比计算。为了保证气压仪数据的准确性，每隔半年送回厂家做仪器校准。

3 数据处理单元

数据处理单元负责与数据采集单元通讯，计算对比QNH值，生成监控信息，存储原始数据，以及对数据显示单元开放端口推送数据。该单元所有功能由一台服务器承担完成。

服务器程序设计流程：

（1）程序启动后，判断用户界面输入的参数。若参数无误，则启动任务线程。

（2）程序开始从指定的串口读取原始数据，添加时间戳，保存在本地，以便发生故障时查询分析。

（3）根据特定格式，程序分别提取机场QNH值和振筒气压仪QNH值。

（4）修正同化QNH值，计算判断，生成监控信息。

（5）响应手机客户端的socket连接请求，实时发布监控信息。

参数设置。自观系统的port server的串口参数为：9600，N，8，1。振筒气压仪的串口参数为：2400，N，8，1；XDY-03型双振筒气压仪只能提供QFE值，需要乘以系数才能换算成QNH值，该系数默认为1.003；设置发送“r”命令的间隔时间，默认为30秒；设置QNH值的合理上下限范围；设置两个QNH值的差值预警阈值。

参数配置完成，点击运行按键，程序启动，同时后台将启动两条线程。

线程1：

用于接受两个串口数据，分析格式，提取修正QNH值，判断QNH值是否有效，计算QNH的差值，生成监控信息，发送给线程2；每条串口数据，保存在磁盘日志，如图4所示；经过计算和判断后生成的三类信息：数据丢失告警、差值过大告警、数据正常。

线程2：

用于开放对外服务端口（该系统默认值为9010）和手机客户端建立socket连接，并实时发送最新的监控信息。为了减小服务器的压力，该系统将socket连接对象上限设为10。每隔5分钟，该线程向各个客户端发送询问消息，若对方无回执，则在socket列表里剔除该对象，回收资源。

4 数据显示单元

数据显示单元负责与服务器通讯，显示实时监控信息，发出告警信息。该系统基于安卓4.0版本开发了手机客户端。当手机和服务器都处于同一局域网内便可访问实时数据和获取监控信息。

当客户端接受到含有数据丢失告警和差值过大告警的监控信息后，手机会弹出置顶提示信息提醒用户注意。在客户端界面上，黄色表示数据丢失告警，红色表示差值过大告警，绿色表示正常。

5 测试验证

该系统在开发调试完成后，经过了3个月的测试验证。其中，发现了一些问题，并及时解决，完善了整个系统。整个测试过程中，出现了程序BUG、串口松动、通讯线路故障等问题。其中多数问题是因为编写的程序中有BUG而导致的。通过一定时间调试后，系统趋于稳定，在业务应用中逐渐发挥作用。如，6月一次振筒气压仪出现故障，系统成功发出告警，使值班人员及时发现和排除了故障。

6 总结

本文设计的机场自动气象观测站QNH值实时监控告警系统，采用数据对比方式，在手机客户端联网显示，并实现了对机场跑道QNH值的实时监控与告警功能。系统通过长时间的测试验证了其可靠性，降低了QNH值误报漏报的故障率，并在业务运行中逐渐应用开来，提高了安全生产效益。

参考文献

[1]林锐，韩永泉.高质量程序设计指南：C++/C语言.（第3版）[M].电子工业出版社，2012（412）.

[2][民用航空气象 第9部分：自动气象观测系统数据输出格式][Z].中国空中交通管理局，2011.MH/T 4016.9-2011.

作者单位

1.中国民用航空西南地区空中交通空管局气象中心 四川省成都市 610225

2. 中国民用航空华北地区空中交通空管局气象中心 北京市 100621