空管“智慧台站”系统建设实例分析

高永刚

（民航安徽空管分局，合肥 230051）

目前我国空管的通信导航监视设备外台站通常是分散管理的模式，即通信、导航、监视台站分属不同的科室管辖，每个专业均设置相应的值班岗位，由岗位人员负责对所辖台站进行日常的巡视、维护、维修等工作，这样分散的运行管理模式也造成了人力和维护成本的提升以及效率的下降。随着民航事业的发展，在空管“大运行、大岗位、大值班”管理模式的需求下，一岗多能，集中化的外台站管理将是必然趋势。要做好集中化的外台站管理，关键之一在于人员能力的全面提升，能够达到胜任从事工作的水平；关键之二在于需要一个强大的集中监控管理平台，能够对所辖外台站的设备、动力、环境和安防4 个要素的信息进行全面、快速、准确获取，甚至辅助决策。通常情况下，通信导航监视台站的信息采集系统较为分散，设备、环境、动力和安防监视都有着不同的系统，各类数据接口和数据协议差异大，监控信息不集中，告警信息、故障信息无分级，大大增加了台站管理的难度。尤其是设备监控侧重于设备故障告警和设备参数修改，设备健康状态管理缺失，对设备运行趋势无法预测。设备、环境、动力和安防监控信息之间缺乏联系，不能提供量化建议，也无法为维护人员提供决策分析，越来越难以满足当前设备保障工作的需求。

1 “智慧台站”建设背景

在加快建设“四强空管”的道路上，树立智慧理念，突出智慧力量，是空管高质量发展的主要诉求。为了能够以智慧提升空管台站管理效能，“智慧台站”的概念应运而生，“智慧台站”的建设主要就是利用信息化手段替代传统的人工值守，实现台站各类数据信息的自动采集分析、设施设备的自主运行、故障信息的远程告警、电子值班记录的自动生成，从而可以最大程度地减少台站运行人工干预，有效节约台站人力资源成本、降低人工劳动程度，提升台站的科学化、信息化管理水平。

近年来，国内民航系统涌现了大量的“智慧台站”的建设需求，2019 年，民航局空管局推出了《通信导航监视智慧台站研究及示范应用》的研究课题，民航安徽空管分局作为此次项目的协作单位，承担了大量的示范验证工作，目前正在积极地开展“智慧台站”的建设。

此次“智慧台站”建设，主要思路是改变现有分散模式的台站监控，以台站为基本元素，设计符合台站管理的先进架构，最终建立具备动力、环境、安防和空管设备监控、管理、数据质量评估等全面的监控管理能力的智慧化台站。其能够实现监控数据自动化处理和日常运维工作的高度信息化，实现高度统一的信息共享、相互协调和设备联动等功能，将台站整体监控及管理所需要的重要信息进行综合处理、集中管理，充分采用智能化技术，减少人工运维的压力，同时利用移动互联网技术，实现远程控制和实时数据查看。

2 “智慧台站”系统架构

“智慧台站”项目在民航安徽空管分局的示范验证，具体是以合肥新桥THALES 雷达站和桃花导航台2 个台站为主开展建设。合肥新桥THALES 雷达站为1部THALES 单二次雷达和相应的辅助设施设备，桃花导航台为1 套THALES DVOR/DME 导航系统和相应的辅助设施设备。

2.1 搭建设备采集架构，进行多维度信息采集

本项目设备数据的采集架构如图1 所示，首先是对主要空管通信导航监视设备即二次雷达和DVOR/DME 的信息采集，其难点是对于设备ICD 数据的解析。THALES 公司未开放二次雷达和DVOR/DME 设备协议，我们通过巡检机器人+监控显示采集+OCR识别技术，捕获二次雷达及DVOR/DME 监控软件界面及设备面板指示信息来判断设备运行的状态，并以获取的增设外置传感器的方式来进行设备机械部分的晃量、倾角、振动等未纳入设备监控软件ICD 但又是日常维护中需要关注的一些参量，力争做到监控信息的全面性。

图1 设备数据采集结构

其次是对台站环境的监控，由于空管台站的环境多样性，我们认为重点是对台站关键信息的梳理，并制订信息采集方案。对于常规性的数据如温湿度、水浸、门禁等通过加装相应的传感器进行采集，部分设备如已有相关监控通信协议如高低压设备、UPS、电池组和精密空调等，通过在相应接口上接出协议数据并进行解析即可。台站安防信息则通过在台站加装电子围栏、脉冲报警主机、室外摄像机和硬盘录像机来直接输出报警信号、视频信号。报警信号会联动相关的室外摄像机，监控软件弹出摄像画面。

除了这些，根据实际的维护需要，我们也创新地增加了接地电阻、电磁干扰监测等信息采集及空调控制、油机自动加热、自动排水等控制功能。通过一系列的部署，为智慧化的巡检维护打下基础。

在此次“智慧台站”的设计中，还有对备件信息的采集中，我们选用非封闭式备件货架，远距离RFID 读卡器以及备件室摄像机，当摄像机发现有人员进入备件区域时，读卡器保持读卡状态。当备件被维护人员移出货架区域后，读卡器将记录送至集中监控主机，同时上传获取的人员图像或视频信息。

2.2 搭建采集数据传输网络

对采集到的数据，需要通过数据采集网络，汇入到数据中心，如图2 所示。采集系统24 h 不间断地获取台站相关运行数据，各类传感器数据通过物联网相关传输协议使用485、串口、网口等物理线路汇聚到现场的一个或多个物联网关，同时在现场部署一台服务器，服务器上部署物联数据接入服务，此服务作为一个中间层直接和现场的各个物联网关进行交互，物联网数据接入服务作为TCP 的服务端，使用插件的方式针对不同的物联网关厂家，适配不同的数据交换协议。

图2 采集数据传输网络示意图

对于无法通过传感器采集的数据，例如雷达运行数据、OCR 识别数据、网络与服务器设备运行数据，则直接在服务器上部署相关数据解析服务，然后把相关数据也统一发送给物联数据接入服务。

视频数据存储在本地NVR，不在数据中心存储，当数据中心需要点播某路视频，则通过NVR 和视频联网平台实现点播和录播功能。

这样插入一个采集标准化中间层做到对上下层的解耦，物联数据接入服务将数据统一汇聚解析为标准化的数据格式，然后采用专用网络将数据投递到数据中心，数据中心按照标准化格式和策略进行统一存储。这种架构的优势是：如果台站与数据中心的网络因为异常情况中断，台站会把数据暂存在本地服务器上，一旦网络恢复正常，支持将网络中断期间未上报的数据补发到数据中心，同时也分担了网络和服务器的压力。

2.3 搭建本地监控管理平台和远程数据中心监控管理平台

本地监控管理平台主要实现对本地空管台站的数据采集和监控管理，并将相关信息通过网络传输至数据中心，如图3 所示。数据中心用于数据收集处理、记录查询以及统计分析、数据关联，实现设备的实时状态显示和故障告警功能。远程数据中心监控管理平台可以按照不同的维度输出分析报告，以图表或者大屏的方式展现给维护人员。维护人员可以快速直观地了解到台站的设备运行状况，通过可视化界面能够实时直观地看到整个台站的设备运行状态及其关键部分工作情况，实现对分布式台站的集中监管和智慧运维。最后，利用移动互联网技术，实现通过移动端APP 或小程序对“智慧台站”进行监控和管理。

图3 监控平台界面

3 “智慧台站”软件平台

“智慧台站”软件平台作为维护人员和管理者进行台站维护管理的接口，其设计不仅要将所采集的台站信息进行高效展示，也要易于维护，体现台站管理的智慧型，目前软件平台的主要模块包括以下内容。

3.1 总体运行态势

综合展示所有接入台站信息。系统可通过报表分析能够有序地展现台站运行状态的所有管理指标，生成各种分析报告和图表，全面呈现设备资源、告警统计、系统运行状况等，为故障诊断和用户决策提供科学、可量化的依据。目前我们在此界面对台站地理位置、人员值班态势、重点数据看板和维护周期进行了展现。

3.2 单站可视化展现

建立单个台站的3D 建模，辅以数字标签，以三维可视化界面从整体上把控单站运行态势，同时可按多种设备类型使用多个图层进行分类展示，对可控设备支持在图层上直接进行操作，点击相关设备元素显示设备的详细数据看板，包括设备的照片、实时情况、告警情况、历史数据和维保情况。

3.3 平台管理

平台管理主要包括用户管理、角色管理、权限管理、机构管理、平台管理和日志管理等功能模块。平台管理系统主要功能是为系统提供统一的人员基础信息、组织机构、角色、权限和平台运行参数的管理与维护的途径，并通过周密的日志系统确保平台的稳定性。

3.4 工单系统

使用智慧台站平台的可以是管理者，也可以是维护人员，在此模块管理者以派发工单的形式派发任务给维护人员，可以关联数据库中相关资料，匹配有经验的员工，亦可统计维护人员工作量，作为管理者考核依据。

3.5 机器人巡检

通过手动控制或者设置定时巡检等方式控制机器人对机房内的设备进行巡检，采集信息后自动填入维护记录当中。

3.6 备件管理

备件管理主要针对台站用到的各类硬件设备的出入库统计管理，包括入库登记、出库申请与审批、出库登记和自动统计等。

3.7 数据分析

数据分析包括实时数据分析和历史数据分析。实时数据分析主要是针对台站中各类实时采集的对设备和系统运行会快速产生影响的数据进行处理和分析，在达到设定的预警范围时，即时发出预警，以降低或避免设备出现故障的可能。历史数据分析旨在通过对长时间范围内的数据进行不同维度的同比和环比分析，找到数据和当前台站运行环境之间的某种联系，以便在日常工作中通过监测数据的变化，预测台站运行环境可能会出现的异常情况。

4 “智慧台站”建设意义

“智慧台站”建成之后，将为外台站集中监控和统一管理提供基础。

通过“智慧台站”远端监控中心，维护人员在一个平台上可以及时获取管辖范围内所有台站的总体态势信息。同时单个台站的本地监控中心将采集的台站环境和通信导航监视设备的运行态势和预警信息以及视频信息也将集中展示给维护人员，便于维护人员掌握各个台站的具体运行情况。巡检维护人员能够更方便直观地进行管理。设备巡检将实现自动化，“智慧台站”系统根据每个台站的现实巡视维护需求，建立巡检流程和巡检对象模型，设定巡检路线、巡检时间、巡检类型和异常判断等，实现智能巡检，大大减轻了人员负担，也降低了人为因素带来的风险。维护任务和事件信息将能直观显示提醒，并且可以以工单的形式派给指定的维护人员，人员工作量和维护类型也能自动进行统计。

维护人员还可以利用“智慧台站”平台上采集的大量真实数据和排故案例，进行排故的指导，以及维护维修和应急处置培训，提高人员维护维修和应急处置的能力。

在积累足够多的数据后，基于大量数据的相关性分析模型建立和预测还能帮助维护人员进行决策。

该平台也可将采集到的台站动力环境运行数据和设备运行状态综合分析，得出台站健康状态提供给管理层；同时将设备无故障运行时间、备件充足状态、雷达威力覆盖、数据质量情况和台站人员信息等汇报给管理层。通过手机客户端，管理人员将可以随时随地掌握台站信息。

“智慧台站”平台也将解决传统台站管理中无法解决的一些隐患问题。

例如在雷达设备维护中，只有在换季维护时才会对雷达天线基座马达进行检查，一般情况下只能通过听马达转动声音、观察减速箱油位和是否漏油这3 种检测方式来检查，然而设备的故障出现具有随机性，只有在马达严重故障并对雷达信号产生影响时才能够发现，这无疑是一种安全隐患。因此在“智慧台站”建设中，我们在马达上安装了多个震动传感器、温度传感器和声音传感器，因为对大量的马达故障实例研究分析发现，震动数据、温度数据和声音数据具有强关联性，震动异常往往伴随着马达表面温度和声音的异常，而马达表面温度单一数据的异常也对马达转动异常具有提醒作用，基于以上规律，笔者在“智慧台站”系统中增加了以下智慧功能。

（1）当震动幅度超过一定数值时，将对雷达信号产生轻微影响，将此数值设定为预警门限，当单次或连续多次震动幅度超预警门限时将产生预警提醒。

（2）当震动幅度超过一定数值时，将对雷达信号产生严重影响，将此数值设定为告警门限，当单次或连续多次震动幅度超过告警门限时将产生告警强提醒。

（3）如果马达震动幅度并未达到预警和告警门限，但是震动幅度有升高的趋势，此时也将产生预警提醒。

对于雷达马达的表面温度和声音的分析结果也同样可以设定告警门限，“智慧台站”系统将3 种数据分析结果结合起来，使得维护人员对马达运行状态有了更加精准地预测。这就是“智慧台站”基于大量数据的相关性分析模型建立和预测功能所带来的好处，通过这种分析，能够实现智能故障预测，指导预防性维修，评估设备的健康状态，降低事故风险，防患于未然。

“智慧台站”中的图像识别算法也对解决实际隐患有着强大的作用。例如在平常维护过程中对雷达天线大盘油位的检查，是通过巡视时人工观察大盘油位窗口的方式去判断，而设备的油位告警也只有油位下降到指定门限时才会触发，所以一般对油位的变化趋势不会敏感。在“智慧台站”中，在大盘油位观察孔正前方和大盘下方部署高清微距摄像头，通过图像识别算法来监测大盘油位的位置和判断是否漏油。当大盘下方有油渍出现时，此时大盘油位可能下降不明显，“智慧台站”系统将依然产生告警，并提示维护人员大盘某个位置存在漏油情况；当监测到大盘油位下降，但大盘下方无油渍出现时，“智慧台站”系统将提醒维护人员此种情况可能属于大盘转动带来的自然损耗，并非漏油导致的，这样也保证了维护人员能够第一时间发现问题并作出相应处理。

5 结束语

在民航大力倡导数字化转型的今天，建设好“智慧台站”，形成一个数据能监控、可视化、信息化、可分析和能决策的智慧平台，以数据为驱动，实现台站全方位运维智能管理模式，能够提升运行安全和效率，减少人员和运维成本投入，提高外台站远程集中监控管理能力，从而提升台站运行质量、效能及数字化管理水平，解决传统台站管理模式下的低效率和安全隐患问题，是一套行之有效的方法，也必定是未来空管外台站管理的必经之路。