民航气象业务移动监控系统的设计与实现

胡玮

摘  要： 针对目前民航气象业务监控体系中存在的维护人员活动范围受限、故障修复不及时等问题，设计实现一种基于移动终端的民航气象业务监控系统。遵循通过移动终端建立异地监控和远程维护的思想，文章从模块设计和实现思路两方面详细阐述了系统的具体实现过程，并针对实现过程中涉及的通过移动端远程操控计算机和保障系统安全性两个关键点，给出了具体的解决方案。运行结果表明，该系统能一定程度上解决现有监控体系存在的问题，实现民航气象业务监控的动态化和移动化。

关键词： 移动应用; 异地监控; 远程维护; 民航气象; WebSocket; 跨平台

中图分类号：TP311.13          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）04-28-04

Abstract： In view of the problems existing in the current civil aviation meteorological service monitoring system， such as the limited range of activities of maintenance personnel， failure repair is not timely and so on， a civil aviation meteorological service monitoring system based on mobile terminal is designed and implemented. Following the idea of establishing remote monitoring and remote maintenance through mobile terminal， this paper expounds the specific implementation process of the system from two aspects of module design and implementation ideas， and gives specific solutions for two key points involved in the implementation process： remote control of computer through mobile terminal and guarantee of system security. The operation results show that the system can solve the problems existing in the monitoring system to a certain extent， and realize the dynamic and mobility monitoring of civil aviation meteorological service.

Key words： mobile apps; remote monitoring; remote maintenance; civil aviation meteorology; WebSocket; cross platform

0 引言

我國民航气象业务属于航空运输系统当中的一个重要环节，对民航的安全飞行起到至关重要的作用[1-2]。当前，民航气象业务飞速发展，用户对气象数据的应用需求越来越多[3-5]。为了满足气象服务的时效性，针对民航气象业务的监控系统也越来越多[6-9]，现有的监控体系主要是先建立一套标准化的监控规则，再由计算机按照规则运行，从而在一定程度上实现气象数据的实时监控[10-12]。

实时监控要求气象数据的维护人员时刻关注监控终端，只能在相对小的空间范围内活动，而气象数据的迅猛增长要求维护人员频繁出现在不同的设备场所，在更大的空间范围内活动，一旦远离监控终端，将面临无法及时接收告警信息，无法第一时间修复故障点等问题。伴随着移动互联网的兴起和5G网络的普及[13-15]，为上述问题提供了一个良好的解决方案。

本文设计实现一种基于移动APP的民航气象业务监控系统，从根本上解决维护人员活动范围受限，无法第一时间修复故障点等问题，一定程度上实现民航气象业务数据的高频监控和异地监控，并基于移动设备的独有特性，在系统的安全性、辅助性等方面进行优化，从而提升设备维护效率，更好地保障民航气象业务运行。

1 功能模块设计

概括来讲，民航气象业务监控体系主要涉及对各类气象数据和软件运行情况的监控，对已发生故障的及时排查和维护，以及事后对故障处理过程的记录。本文遵循系统化设计理念，将系统功能设计为业务监控、一键排故、资料查询、日志记录四大模块。

1.1 业务监控

业务监控模块为整个系统的主模块，是对民航气象业务中各类气象数据、软硬运行情况、环境状态等要素进行监控，由计算机按照各要素的监控规则对其监控，再通过手机查看接收各类要素的运行状态或告警信息。所监控范围涵盖民航气象业务运行的各个环节，包括各类气象资料、民航气象数据库系统状态、跑道自动观测设备运行状态、服务器运行状态、机房运行环境、UPS供电、网络线路等。

1.2 一键排故

一键排故模块是通过手机对故障进行远程排查和修复，具体流程如下：由手机发送命令给服务器，服务器收到命令后，按照命令要求运行相应的操作步骤，如对业务软件或系统进行重启、排查线路故障点、找出数据中断点等。从而使维护人员通过手机即可在任何地方处理或排查故障，对于简单的故障能够第一时间修复，对于复杂的故障能够第一时间找到故障点。

1.3 资料查询

资料查询模块是指维护人员可以通过手机查阅需要的维护文档。具体以扫描二维码形式实现：首先对所有文档资料排序编码，再对所有编码结果进行加密，最后将每个文档的编码以二维码形式展现出来。通过手机扫描二维码即可获得所对应的文档编码，发回给服务器从而获得相应的文档资料。这样当维护人员需要查阅文档资料时，使用手机即可在第一时间获得相应的维护文档，从而变相提高维护效率。

1.4 日志记录

日志记录模块主要用于通过手机将故障修复过程以日志形式记录下来，记录内容包括文字、图片或视频，展现形式参照微信朋友圈，并辅以相应的查询功能，目的是当维护人员处理完某个故障后，通过日志将该故障的处理过程记录下来，以朋友圈形式分享给其他维护人员，从而达到信息共享的目的。

2 系统实现

系统实现遵循充分利用已有业务体系，与已有业务无缝衔接的原则，尽可能覆盖所有气象业务的监控，本文主要从技术框架和技术路线两方面阐述整个系统的实现思路。

2.1 系统框架

现有的民航气象业务体系主要包括自动气象观测系统、显示或存储各类气象业务数据的软件和数据库以及对各类气象数据进行监控的服务器和终端。将这些已有的软硬件按照功能类别划分，并根据需求增加新的组件，从而将整个系统框架拆分为四层，分别是硬件层、数据库层、应用层和表现层，如图1所示。

其中，硬件层涵盖各类传感器，包括监控传感器（如测量机房环境的温湿传感器、测量电路的电流电压传感器）和民航气象业务已有的自动气象观测设备，这些传感器主要用于采集各类监控数据或气象数据。数据库层包括各类数据库，从类别上分为业务监控数据库集群和气象业务数据库集群，分别用于存储硬件层采集的各类监控数据和气象数据。应用层是整个系统功能模块的具体实现，包括实现对各项监控规则程序化封装的监控服务器，实现发送短信的短信猫设备，实现能够与移动监控端和已有的Web监控端同步交互的API服务器，以及面向移动应用的移动服务器和面向网页的Web服务器。表现层是面向维护人员的服务平台，是对监控结果的展现，其中，Web终端是已有的气象业务监控显示窗口，移动应用通过应用层的API服务器实现与Web监控的联动，从而实现系统与原有业务体系的无缝衔接。

2.2 技术路线

整个系统均采用开源的技术手段实现，其中，移动APP使用当下流行的Html5 Web APP（基于高端机浏览器运行）技术实现，并通过html5+Runtime内置的Native.js来调用手机终端的原生API，以此实现调用手机的底层功能;服务器搭建主要基于MVC分层开发的思想，并通过AJAX实现手机与服务器的交互;底层数据库主要采用MySQL;数据接口使用Web API封装，供移动终端和Web终端统一调用，从而实现系统的跨平台交互。

3 关键技术

在功能设计和实现过程中，针对本系统的关键点，采取一些特殊的解决方案和技术手段，具体包括如何实现远程维护功能和如何确保系统的安全性。

3.1 远程维护的实现方案

一键排故是本系统的主要组成部分。实现思路是通过移动终端来远程操控计算机，使计算机根据操控指令进行自我维护，其技术难点在于如何建立手机与故障终端的远程交互，以及故障终端如何能根据接收的命令进行自我巡查和修复。

采用WebSocket通信技术和对维护步骤的程序化封装来实现，通过WebSocket建立服务器与手机终端和所有被维护计算机的长连接，形成以服务器为核心的一对多关系。同时，根据每个被维护计算机发生故障时排查或修复方式的不同，以程序化手段实现每个终端遭遇故障后的排查或修复步骤，不同的终端程序实现的功能不同，可以是重启计算机或某个软件，也可以是排查网络线路，或者查找缺失的数据文件等。所实现的程序作为一个守护进程运行于被维护计算机上，其作用是保持该终端与服务器的长连接，随时接收服务器发送的操作指令，并执行相应的维护操作，如图2所示。当维护人员想对某个终端维护时，用手机向服务器发送命令，服务器收到命令后，向对应终端发送操作指令，运行在该终端上的守护进程收到服务器发来的指令后，执行相应的维护作业。

3.2 系统的安全性

在系统实现过程中需要考虑系统的安全性，由于系统涉及通过手机遥控业务终端的操作，为了确保只有维护人员才能进行该操作，有必要对系统权限进行限制。这里采用密码验证、指纹识别、手机绑定多重认证方式来提升系统的安全性。其中，密码验证作为第一重认证，通过密码登录系统后只能使用系统基本功能。指纹识别作为第二重认证，根据关联维护人员岗位值班表，只有当日值班的维护人员才能获取特殊权限，使用一键排故之类的限制功能。同时，通过获取手机的UUID（通用唯一识别码）实现手机绑定，使只有特定的手机终端才能正常使用该系统。

4 结束语

本文设计实现的民航气象业务移动监控系统作为现有监控体系的延伸，解决了维护人员活动范围受限，无法第一时间修复故障点的问题。通过该系统，维护人员能够实时监控气象数据，在任何时间任何地点掌握气象业务的运行状态，实现了对民航气象业务监控的动态化和移动化管理。系统目前已在青岛空管站气象台投入使用，运行结果表明，系统安全性较好，能有效减轻维护人员工作负担，提升维护效率。同时研究发现，该套系统拥有较好的兼容性和扩展性，不受平台和业务类型限制，未来可以将人工智能、机器学习等辅助监控手段融入系统中。

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