AirNet空管自动化系统记录与回放功能的应用维护

黄丹珺

（中国民用航空西北地区空中交通管理局技术保障中心 陕西省西安市 710082）

1 引言

一直以来，作为空中交通管制的“眼睛”，空管自动化系统在保障航班飞行安全、提升空中交通管理能力、加速空中交通流量等方面发挥着重要作用。自动化系统能够对不同类型的数据进行接收与转换，并通过监视数据处理和飞行数据处理两项关键功能，实现空中交通飞行态势的监视和告警，为空域管理提供有效的参考数据。在日常运行过程中，自动化系统也会持续记录监视数据与席位屏幕数据，并通过与外部话音同步回放，真实还原历史数据，为航班管制工作经验总结及调查复盘提供有力参考。因此，确保记录与回放服务不间断十分必要。本文首先介绍了自动化系统在国内的发展背景，并以西安现场的国产AirNet 空管自动化系统为例（以下简称AirNet 系统），详细介绍记录与回放功能模块的工作原理及实际应用，并对维护工作中可能遇到的问题及解决办法进行探讨。

2 研究背景

2.1 空中交通管制自动化系统概述

在空中交通管理发展过程中，空中交通管制自动化系统伴随计算机技术的发展而产生，在保障空管安全、提升空中交通管理能力、加速空中交通流量等方面发挥着重要的作用。其以计算机为核心，可实现对不同信息的自动化接收与处理。自动化系统主要具备两项功能，多监视数据处理功能和飞行数据处理功能。依靠多监视数据处理功能，系统通过处理一/二次雷达信号、ADS-B 数据、多点定位系统等不同类型的监视数据信息，并加以融合、计算，可为管制员提供管制区域内空中交通飞行态势和各类航空器飞行活动异常的监视、预判、告警；而依靠飞行数据处理功能，系统通过处理航班定期/不定期飞行计划、动态电报等各类飞行数据，可为管制员提供可靠的航班和空域管理参考数据。最终，通过自动化系统的管制席位人机交互界面，让空域管理可视化，飞行安全高效化，从而减轻管制员的工作负荷，提高空域使用效率，增加飞行安全裕度。

2.2 国产空管自动化系统发展现状

国产自动化系统的研发与发达国家相比起步较晚，但经过20 多年的发展进步，我国逐渐打破了进口设备的垄断，从国外空管自动化系统占有民航市场80%，到中小空管自动化系统首先国产化，再到成功部署在全国多地区多管制运行现场，目前，我国空管自动化系统国产化率已达到80%以上。AirNet 自动化系统是成都民航空管科技发展有限公司研发的一套大型空管自动化系统，2013年底，其作为西班牙INDRA 公司AIRCON2100 空管自动化系统的备份自动化系统，在西安区管中心成功投产应用。

3 西安现场AirNet自动化系统结构总体部署

AirNet 系统基于Linux 多任务、多线程操作平台，能够实时接收、处理多协议监视数据，同时，它采用动态加权融合算法，可提供稳定可靠的系统航迹及各类告警。

AirNet 系统的核心是采用开放、冗余、分布式的网络架构，能够在系统内各模块间提供很好的容错通信。系统整体为A/B/C 三网同时运行的冗余网络，其中，A 网、B 网互为备份，即其中任一网络瘫痪，不影响自动化系统中设备间的正常数据通信；而DARD 网络（即C 网）采用独立的交换机、独立的BSDP 服务器（独立的数据处理方法和融合算法），以达到A/B 网瘫痪后，监视数据能够持续不间断地向管制席位分发的目的。AirNet 系统总体拓扑结构如图1所示。

图1：AirNet 系统总体拓扑结构

4 AirNet系统记录与回放模块

4.1 记录与回放功能原理

AirNet 系统中的数据记录与回放功能由DRP 服务器（Data Recording Processer，数据记录回放子系统）实现。由于西安现场分为西安区管中心与西安咸阳机场双现场，地理位置距离较远，考虑到回放功能的必要性和数据传输的安全性，双现场均配置为双DRP 服务器冗余保障，即DRP1与DRP2、DRP3 与DRP4 互为热备，且同时运行在A/B/C三网，形成多重备份的冗余结构，保障数据记录和回放工作不间断。

AirNet 系统记录与回放功能的核心是NFS 服务。NFS，即Network File System，关键作用是通过局域网，使本地终端将网络中NFS 服务下共享的目录挂载到本地文件系统，并与远端设备形成互访通道，使得不同设备、不同操作系统之间能够顺利进行文件共享，在使用上十分灵活便利。

因此，基于NFS 服务：

（1）在数据记录的过程中，随着多监视数据融合处理服务器MSDP/BSDP 不断计算、更新各类监视数据信息，部署在管制席位工作站的屏幕记录进程Xrec 会持续获取屏幕显示数据和操作数据，且每隔三分钟标记系统时间戳，并生成相应的数据包，保存在本地屏幕数据路径及缓冲区；

（2）同时，Xrec 进程依靠NFS 服务和中间件子系统MID，在实现全局局域网通信的同时，远程挂载到DRP 服务器的屏幕数据保存路径，将本地缓冲区内的数据包形成.dat文件，上传至服务器保存，并在传输结束后自行中断挂载。

（3）通过重复上述步骤，AirNet 系统可完成席位工作站与DRP 服务器之间的数据记录传输，并通过服务器内的数据调用，进一步实现屏幕数据的回放。

对于管制运行工作来说，声像同步回放十分重要。管制席位产生的话音数据由语音记录仪进行记录，目前西安现场采用的是国内川大智胜的MDSL 语音记录仪。在进行屏幕数据与话音数据同步回放的过程中，AirNet 系统会通过发送席位、通道、起始/截止时间等关键信息至语音记录仪，请求调取话音数据。此外，两套系统均引接了GPS 时钟信号，通过校时单元保证系统时间准确性，实现两套系统存取、播放的一致性和可靠性，为同步回放提供了实质高效的保障。

4.2 回放操作流程

对AirNet 系统而言，回放分为主动回放（Active）和被动回放（Passivity）。在主动回放模式下，用户可选择某个具体时段，进行雷达数据和话音数据的同步回放，即显示回放时段内全区域真实航班状态，且可对回放画面进行交互操作；而在被动回放模式下，用户可进行同步回放，也能够观看回放时段内某管制席位终端显示的航班状态与管制员对部分管制区域的指令操作，但不允许对屏幕进行干预。出于安全性考虑，一般情况下，仅部分配置角色持有回放权限，管制角色不可进行回放操作。

回放功能包括开始、暂停、前进、回退、循环播放、倍速播放、停止等。主动回放时，可进行放大、缩小、偏心、移动窗口、拖动标牌、选择地图、目标测距（静/动、动/动、静/静）、多监视数据融合显示/单监视数据显示切换选择、屏幕截图、测量任意点经纬度等操作。

回放操作步骤（操作窗口如下图2所示）：

图2：回放操作窗口

（1）进入许可的配置角色，在屏幕下方的主菜单中点击“CTRL PBK”选项，弹出回放操作窗口。

（2）若进行主动回放，选择回放类型为“Active”，被动回放则选择回放类型为“Passive”。

（3）选择回放时标为北京时或国际协调时，并设置回放时间。

（4）选择读取文件方式。屏幕录像数据保存在DRP 服务器的相应路径下，每隔三分钟会进行数据打包。若选择“load”选项，则系统将直接从DRP 服务器默认的路径下调用并读取数据；若选择“save as”选项，系统也将进入相应的默认路径，可手动选择从该路径下读取以日期命名的数据，用户也可自行选择保存在任意位置的数据文件。

（5）需要进行声像同步回放时，将“IN”选项设为要回放的管制席位语音通道号，需与语音记录仪端的通道号保持一致；被动回放时，将CWP NO.设置为要查看回放的管制席位终端号。“OUT”默认为1，即表示在进行操作的本机回放。

（6）点击“Play”播放后，系统将开始加载，并根据管制席位终端名称获取所需的录像文件，同时向语音记录仪发送控制播放请求，记录仪则根据自身当前工作状态，如果允许回放，将禁止其它占用操作，结合所选的通道和时间段搜索对应的录音段，发送给自动化系统。

（7）控制端可根据需要，手动或自动停止回放，并向语音记录仪发送停止播放请求，记录仪将返回正常工作状态，释放通道资源，自动化系统将自动退出，弹出回放操作窗口。

4.3 回放功能应用和维护方案讨论

在我国民航空管行业领域，各类原始数据的记录保存与安全二字息息相关，若数据信息出现错误、遗漏、丢失，将对航空不安全事件的调查造成直接影响。因此，一方面，民航空管上级单位已制定相应的严格规范和标准作为支撑，另一方面，作为运行保障单位，则需持续做好设备维护，确保系统平稳运行。在本小节，将对西安现场的AirNet 系统记录与回放模块相关的使用和维护方案展开讨论。

4.3.1 日常维护

AirNet 系统有两种外部运行模式：主用模式和备用模式。

对于主用模式。为及时解决实践中发现的问题，支持国产设备的发展和进步，同时提升管制用户对备用自动化系统的操作熟练度，做到安全关口前移，最大限度降低设备运行风险，前期，西安现场制定了备用自动化系统常态化运行保障工作标准化实施方案，实施频次为每月一次，即切换INDRA 系统与AirNet 系统的主备关系，由AirNet 系统在主用模式下长时间、定周期地运行实践，推进系统性能不断升级完善。常态化运行保障是西安现场十分重要的一项工作，时长占比远大于其他现场，曾在全国范围内率先实现主备自动化系统1:1 运行。在该阶段，无论是管制日常安全检查和事件复盘，还是不安全事件调查，均使用AirNet 系统回放，确保系统正常运行至关重要。

对于备用模式。当常态化运行工作结束，AirNet 系统重新运行在备用模式下，管制员通常不会对终端屏幕进行操作，因此在该阶段，主动回放具有较大意义，常用于技术人员对比排查管制运行期间的设备问题。除常态化运行保障，技术人员还会定期对AirNet 系统的回放功能进行验证，例如定期维护及各类安全检查工作，通过随机调取、查看保存文件等措施，检查终端、服务器端数据的正确性和完好性。

基于以上维护方案，对运行过程中可能出现的问题进行预判，对维护过程中显现的问题进行后端处理，并采取标准化的应对措施，在一定程度上可有效保障系统运行安全。

4.3.2 应急流程

应急管理工作的核心原则是当发生不正常运行事件，技术人员能够按照标准的处置方案，采取其他有效的替代手段，尽快满足用户诉求，确保“不让用户应急”。因此制定标准化处置流程，提升技术人员应急处置能力，是预防和减少突发问题的关键手段。针对各类可能出现的回放功能异常问题，作者归纳梳理，总结出以下两大类应急流程。

（1）回放画面出现卡顿、跳变、时间异常或无显示等情况，应急流程如图3所示。

图3：回放画面显示异常应急流程

（2）画面与话音同步回放时无声音或声像不同步，应急流程如图4所示。

图4：声像同步回放时无声音或不同步应急流程

4.3.3 常见问题及解决办法

根据实际工作中的过往事例和处置经验，作者对AirNet系统回放常见问题进行梳理，总结出以下几种解决办法。

4.3.3.1 屏幕录像与话音回放不同步/不一致

（1）检查回放操作终端、管制席位终端、DRP 服务器与语音记录仪的GPS 校时情况，确保时间一致，必要时需进行手动校时。

（2）若上一次回放指令未成功终止，可能会导致此次回放因仍占用进程而无法同步的情况。此时需中止回放，重新启动回放终端应用进程或重新启动主机。此外，检查语音记录仪端是否存在通道放音异常告警，必要时可进行切换、重启记录仪的主用单元等操作。

（3）检查回放操作终端的硬盘是否出现报错信息或其他故障，可通过更换硬盘/重装终端应用程序等操作修复。

4.3.3.2 声像同步回放时无声音输出

（1）若上一次回放指令未成功终止，可能导致语音记录仪通道仍为上一次的回放数据所占用，无法被成功覆盖的情况。此时，需中止回放，重启回放终端应用进程或主机，并切换至语音记录仪的备用记录单元，重新发送回放请求。此外，若语音记录仪正在进行管制席位的实时监听，则相应的通道也会被占用，出现无法回放出该通道历史数据的情况，其解决办法是将实时监听终止，释放通道资源，重新进行回放操作。

（2）DRP 服务器与语音记录仪A 单元、B 单元之间均使用RS232 串行通信接口进行数据传输，为排除物理链路故障的可能性，可借助链路检测工具对系统间的传输线路、接口进行检查。

（3）查询DRP 服务器是否成功发出并接收回放控制指令。当控制端，也就是DRP 服务器，进行语音数据接收和请求回放时，应当首先发送包含“RI”关键字的系统指令，当语音记录仪收到该指令并根据数据包内容成功搜索到相应时间的录音段后，将语音数据回传至DRP 服务器，并在DRP 服务器中以“MI”关键字的指令体现。查询方法：进入DRP 服务器日志文件，使用搜索功能查询关键字“RI”，根据实际回放的时间点，定位到语句“Reqdatainfo=RI+起始时间+结束时间+记录仪标识+通道数+通道号”，若该语句存在，则表明DRP 服务器运行正常，且能够成功发出指令。使用同样的方法在日志中定位“MI”，可确认语音记录仪是否正常接收并发送指令。由此，可判断自动化系统服务器端与语音记录仪端是否运行正常，对故障原因进行进一步分析。

（4）软件配置错误也是可能影响同步回放声音输出的主要因素之一。若DRP 服务器无法正常发送指令，可对系统的配置文件进行检查。进入DRP 服务器下的配置文件所在目录，查看配置文件REC.xml，对其中设置的传输速率、校验位及停止位等关键要素进行检查，并对比不同DRP 服务器间该文件内容的一致性和准确性；检查初始化配置文件drp.ini，若Unit 项设置为1，则表明DRP 服务器与语音记录仪A 单元通信，Unit 项为2，则配置为DRP 服务器与B 单元进行通信，若本端配置与语音记录仪端的主用单元不一致，则声音无法正常输出。

4.3.3.3 声像同步被动回放过程中出现“File is empty”异常提示

（1）若点击回放播放后出现该提示，则需进入DRP 服务器的屏幕录像文件保存路径下检查，是否系统缺失相应时间段的数据。

（2）若当前主用DRP 服务器下缺失相关数据，可进行DRP 服务器主备切换，回放备用DRP 服务器的屏幕录像，同时，将管制席位终端本地保存的录像文件手动拷贝至主用DRP 服务器。

（3）对于缺失回放数据的DRP 服务器，通过挂载命令，查看相应管制席位终端的Xrec 进程是否仍处于与该DRP 服务器挂载的状态，若仍为挂载，可能导致Xrec 进程处于卡住未返回的状态，后续生成的屏幕录像文件将无法再成功上传至DRP 服务器。针对该问题，可通过管制席位终端的Xrec 应用进程或DRP 服务器手动重启来解决。

（4）可在AirNet 系统监控管理模块中添加针对屏幕录像文件传输异常的Xrec 进程告警，该项措施需进行系统相关功能的升级优化，确保技术人员能够提前发现问题、解决问题，保障设备的安全平稳运行。

5 结束语

当前快速增长的航班流量不仅是对管制安全运行的挑战，也对高质量的技术支持服务工作提出了更高的要求。本文详细讲解了西安现场AirNet 空管自动化系统记录与回放模块的功能原理，并通过具体事例的梳理分析，提出处置建议和排查方案，为提升技术人员维护水平、降低运行风险提供了一定参考，也为未来国产空管自动化系统发展的进一步探讨做出了有益的尝试。