多监视源集中监视分析系统的设计与实现

摘  要：为提高对监视探测设备监测、维护和管理能力，利用大数据技术与分布式架构，设计研发多监视源集中监视分析系统。该系统实现了多监视源数据集中录取、统一监视、对比分析和质量评估。发现问题第一时间给予告警提醒，快速定位问题源，让运维人员及时采取应急措施，提高工作效率，减少对管制影响时间。通过该系统可以有效地提高对监视探测设备的监视维护效果。

关键词：监视数据解析;监视数据分析;软件系统

中图分类号：TP277      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）06-0043-03

Abstract：In order to improve the ability of monitoring，maintenance and management of surveillance equipment，using big data technology and distributed architecture，a centralized monitoring and analysis system of multiple surveillance sources is designed and developed. The system realizes centralized data record，unified monitoring，comparative analysis and quality evaluation. In case of any problem，it is required to give an alarm and reminder as soon as possible，locate the source of the problem quickly，and let the operation and maintenance personnel take emergency measures in time，so as to improve the work efficiency and reduce the impact time on the air traffic control. The system can effectively improve the monitoring and maintenance effect of surveillance equipment.

Keywords：surveillance data decoding;surveillance data analysis;software system

0  引  言

中华人民共和国《“十三五”规划纲要》中指出：“实施国家大数据战略。把大数据作为基础性战略资源，全面实施促进大数据发展行动，加快推动数据资源共享开放和开发应用”。国家大数据战略与“互联网+”行动计划充分表明数据集中收集挖掘与互联共享势在必行。

多监视源集中监视分析系统将遵照国家大数据战略与“互联网+”行动计划要求，充分利用网络资源互通共享与大数据挖掘，具备多监视源数据集中录取、统一监视、对比分析、质量评估等功能。可应用于终端自动化，监视接入自动化系统各监视源质量情况，及时发现方位偏差、正北时间间隔异常、扇区错误、假目标等问题并第一时间发出告警，提醒运维人员进行处理。此外，系统定期对各监视源运行质量数据进行分类统计，根据定量规则进行评分，给出“健康指数”和“体检报告”，让设备维护人员有的放矢地开展运维工作。本系统在安徽空管分局监视新技术研究及应用实验室中完成了实验验证。

1  多监視源集中监视分析系统的设计

1.1  架构设计

多监视源集中监视分析系统采用分布式架构，提高系统的可扩展性和容错性，可以实现至少32路以上监视源数据的接入、处理和分析。系统架构图如图1所示，各任务节点根据功能和负荷情况分散部署在多个服务器中，分别负责一路监视源的数据录取、解析预处理、质量分析，其中一个节点的退出不会导致整个系统瘫痪。任务节点间通过消息队列进行数据通信，协同完成整个监视分析过程。

系统采用集中配置分发和日志记录。各任务节点统一从配置与日志服务节点获取配置数据，并将运行产生的日志信息提交给配置与日志服务节点进行记录和转发。

客户端通过数据内部交换与输出网络从配置与日志服务节点获取各任务节点配置情况以及运行状态、日志信息，从各任务节点直接获取输出的结果数据予以显示。

1.2  功能设计

多监视源集中监视分析系统主要面向空管自动化、雷达、ADS-B、多点定位系统运维和管理人员需求。用于监测监视源运行状态和数据质量，发现异常提供告警服务，提高设备保障能力和排查效率。具备辅助运维人员排查故障的能力，可以提供相关数据支持。

系统接入设备支持常用的HDLC、TCP/IP等数据传输协议，RS-422、RS-232等接口，支持常用的9 600 bps、19 200 bps、38 400 bps、64 000 bps等传输速率。

1.2.1  配置与日志服务节点

该服务节点通过数据内部交换与输出网络为各任务节点和客户端提供全部后台程序的配置数据，负责对配置文件进行集中保存、修改。同时，该节点实时采集各任务节点的运行状态形成日志记录，提供统一的转发和查询服务。

1.2.2  数据录取节点

该任务节点通过数据接入网络直接采集原始监视源数据进行保存，根据记录时长或文件长度自动分段录取监视源数据。同时，监测磁盘空间，当达到告警门限后，发出告警，并根据设置决定是否自动删除最早的历史数据。

1.2.3  数据预处理节点

该任务节点通过数据接入网络直接采集原始监视源数据进行解析，并对接收数据进行CRC校验。支持ASTERIX CAT 001/002/020/021/034/048、ALENIA MP2等雷达、ADS-B、多点定位系统格式数据，可扩展ASTERIX、MH/T 4008其他类型监视数据格式。对于S模式寄存器数据项，能解析BDS（1，0）、BDS（1，7）、BDS（2，0）、BDS（3，0）、BDS（4，0）、BDS（5，0）、BDS（6，0）。同时，该节点根据配置的监视源信息，对各监视源探测的目标进行坐标转换、时空对准，得到统一时间坐标的4D位置。预处理产生的数据将通过内部交换与输出网络分发给数据质量分析節点和客户端目标实时显示系统。

1.2.4  数据质量分析节点

该任务节点通过数据内部交换与输出网络订阅数据预处理节点输出的数据进行分析。可监测监视源数据接收延时情况、雷达正北和扇区跨越报文丢失情况、雷达旋转周期稳定性情况、雷达测试应答机稳定性情况，可计算雷达目标Mode A有效性比率、Mode C有效性比率、Mode A交织比率、Mode C交织比率，并根据速度的不确定性NUCr、位置的不确定性NUCp、气压高度的完好性NICbaro、监视完好性级别SIL、位置的精确性NACp数据分析ADS-B信息质量。通过多个相关监视源数据对比统计分析目标位置偏差。当监测项超出设置的告警门限，系统将发出告警数据通知客户端数据质量监测系统。

1.2.5  目标实时显示系统

该客户端系统通过数据内部交换与输出网络订阅数据预处理节点输出的目标4D数据进行实时显示。系统具备在同一个界面上按照平面位置或者高度距离两种方式以不同颜色实时显示至少3路监视源目标的能力，具备显示和设置网格线、目标标牌、历史轨迹的能力。通过点选目标或者历史轨迹可显示其原始十六进制数据和ASTERIX数据项内容。根据高度、距离、方位、A码、24位地址码、飞机呼号等信息可筛选目标。同时，还具备测量中心到指定位置、目标到指定位置、目标到目标、指定位置到指定位置4种测量方式，具备地图显示和定制功能，支持鼠标滚轮缩放和拖放平移操作。

1.2.6  数据质量监测系统

该客户端系统通过数据内部交换与输出网络订阅数据质量分析节点输出的分析结果显示各监视源数据质量，从配置与日志服务节点获取各任务节点的运行状态。具备日志查询和配置编辑功能。

2  多监视源集中监视分析系统的实现

系统各后台节点程序采用C#语言在.NET Core 2.2框架下开发，可以在Windows和Linux上跨平台运行。客户端程序考虑到需要大量图形图像绘制，同样采用C#语言但在.NET Framework 4.6框架下开发，在Windows操作系统下利用SharpDX进行各监视源目标绘制。整个系统关键技术实现如下。

2.1  监视源数据解析的实现

系统最核心的技术就是实现监视数据的解码。监视数据中包含目标识别、位置、高度等许多信息，通过这些信息我们可以了解监视源生产的“产品”质量，分析性能。但是这些信息被按照特殊格式编码，无法直接读懂，需要对其进行解码翻译。目前，全国绝大多数监视探测系统数据输出均支持欧控标准的ASTERIX格式。因此，可以从欧控网站上下载标准说明文档或从厂家获取接口控制文档（ICD），再根据文档说明编写程序对监视数据进行解码。

2.2  监视源数据引接的实现

雷达设备数据绝大多数通过HDLC同步串行通信方式进行输出。这种通信方式虽然有利于系统及数据安全，但服务器不提供此类硬件通信设备，不利于数据接入。因此，需要配置HDLC同步串口协议转TCP/UDP协议的网络接入设备。ADS-B设备由于数据输出量较大，一般采用UDP组播输出。因此，可以直接通过交换机接入系统服务器。

2.3  监视源目标绘制的实现

已解码监视目标数据虽然可以被直接读懂，但是一条条的数值非常抽象、不直观。如果将这些目标绘制到同一个软件界面中进行平面位置显示，就可以直观地看到各目标位置状态，有利于理解。系统采用WGS-84坐标统一各监视源目标位置，通过Web Mercator投影将大地坐标系转换为平面坐标系，再使用SharpDX图形库绘制目标和自定义地图。同时，通过颜色、形状区分各目标的来源和类型，并在目标旁绘制位置、高度等属性信息。

3  结  论

系统利用大数据思想与分布式架构设计，将多监视源数据集中存储分析，通过网络互通共享，实现多监视源目标实时对比显示、数据质量和运行状态集中监视。当监测到数据异常第一时间发出告警，让不容易察觉的数据异常无处遁形。通过系统大数据分析各监视源历史数据可以输出图表形象展示各指标趋势，发现内在的规律和问题，让设备管理维护人员有据可循，提升设备管理优化能力。

参考文献：

[1] 刘敏.浅析民航气象观测报文监控系统的设计与应用 [J].科技风，2020（2）：139-140.

[2] 张文军，王玉刚，陈战州，等.安全环保信息集中监视系统在宁钢实现与应用 [J].冶金设备，2019（S1）：88-90.

[3] 梁帅.关于集中监视系统在调控中心的应用 [J].电子测试，2018（14）：64-65.

作者简介：孙世龙（1987.02-），男，汉族，安徽合肥人，工程师，本科，研究方向：通导设备维护。