民航气象发报线路监控程序的设计与实现
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摘要：民航青岛空管站气象台使用置顶公司开发的统一发布平台运行已有2年多的时间，气象台报文发布程序依赖于统一发布平台。该平台目前通过MQ和AFTN两种方式向上海中心同时发送报文。该系统虽对报文送达的关键节点进行了监控，然而并没有对发报线路本身进行监控，当AFTN线路因雷击或其他电气故障时不能自我感知，系统使用MQ单线路发报存在单点故障和安全风险。该文设计的监控程序很好地解决了这个问题，通过对留底文件进行特征对比与分析，自动给出AFFN线路或者MQ线路的监控结果，有助于设备维护人员及时排除安全隐患和故障，提高设备安全裕度，保障航空安全。
关键词：民航;气象报文;特征分析;线路监控
中图分类号：TP3 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）10-0056-02
民航气象台报文发送程序依赖于置顶公司开发的统一发布平台，该平台目前通过MQ线路和AFTN线路两种方式对外同时发送报文。MQ线路作为主用，AFTN线路作为备用手段。青岛机场夏季雷雨天气频发，本场观测站诸多网络设备面临雷暴引起的电击的考验。其中，AFTN发报线路频繁因雷击或者其他电气原因故障，此时报文可通过MQ线路顺利发出，但是并不能发现AFTN线路故障引起的安全隐患。根据民航局有关规定，民用航空气象设备应当遵循主用备用和应急并列的原则，一旦MQ通道故障，观测员将无法通过统一发布平台将气象报文及时发出，必将造成严重的后果。本文设计了基于内容分析的监控软件系統，对发报线路进行全天候监控，并自动给出监控结果，当监控到故障发生时及时发出告警，设备维护人员可以及时获知线路状态并进行处理。
1AFTN线路简介
AFTN（Aeronautical Fixed Telecommunication Network）是中国民航航空固定业务电信网的英文名称简写，指由各有关的航空固定电路组成的民用航空专用地面电信网，具有在相同或兼容的航空固定电台之间提供电报或数据交换的能力。中国民航建成的电报网符合国际民航组织对AFTN电路和通信中心的技术要求，并且与国际AFTN连接，属于全球AFTN的一部分。它采用低速电报的信息交换方法和全球统一的电报格式和通信程序。它承担中国民用航空局管理国内与国际的空中交通管理、航行情报动态、航空气象及民航局有关部门业务事物处理等的信息交换，是民用航空飞行安全、正常、高效和经济运转的保障。当民航气象、航行报文从终端线路发出时，按照设定路由发送到中心转报机，转报机收到之后将按照固定的路由表进行下一步的转发，以民航青岛空管站为例，首先转发至民航上海空管中心，然后转发至北京民航总局，然后继续转发至国际相关民航机构，参与全球航行情报交换，同时各个终端也可以收到全球发送的航行信息交换。
目前，与我站气象台业务相关的AFTN线路共有8条，其中6条作为业务主用线路长期运行，2条作为备用手段随时启用。各条AFTN线路所承载的气象业务各不相同，其信道号、编码速率、数据格式、名称代号等也不尽相同，但基本连接形式都是一样的，即一边连在气象的业务终端串口上，一边汇集在转报机的中央控制板卡上，实行统一管理。
2AFTN留底文件的内容特征分析
根据本文所述，民航气象报文经过AFTN线路终端计算机软件发出以后，经过转报机自动转发，会在民航气象数据库通信机的相关目录生成留底日志文件。经过与厂家确认和分析，留底文件名称、内容等存在固定的特征格式。在通信机的his-tory目录下，每条线路每日会生成一个历史留底文件，该文件会随着当日内发送的报文内容而不断增长，直到当前世界协调时（UTC）自然日结束，再生成一个新的日志文件继续留底。
其中，RTX191016.51代表一种固定的文件命名格式，RTX表示线路发送所产生的历史留底记录，191016代表年月日，51代表线路号为AFTN线路，每个世界协调时间日（UTC）系统会生成并记录一个完整的留底日志文件。
对于统一发布平台而言，正常发报时同一条METAR报文会存在两条记录，一条是MQ线路发到通信机，通信机发往转报机再返回通信机的记录，另外一条是YMC线路的发送记录。以16日的0100时次为例，这两条METAR记录的内容完全一样，但是在发送时间上存在秒级的时间差，而且系统流水号差1（MYE0009和MYE0010），这个差别特征是固定存在的，因此也就成为一个固定特征点。
根据以上内容格式分析，我们发现留底日志文件在文件命名、时间差、流水号等方面存在固定的格式特征。对于自动监控程序而言，线路每发出的一份报文，都会自动抓取相关留底日志文件，之后对文件内容进行抽取分析，对于各个固定的特征点进行特征检查，如果对比成功则将临时文件丢弃，如果上述的特征对比没有成功，那么我们认为报文发送流程没有完全按照既定程序设计完成，即可认为发报线路出现了问题，此时将会发出告警信息，相关机务人员收到告警信息后应及时对线路进行检查。
3AFTN报文线路监控程序的设计与实现
基于以上的特征分析，本文设计实现了基于内容分析的AFTN报文线路监控程序，实现了对航空气象报文发报线路的全天候监控，一旦AFTN发报线路因各种原因故障失效，监控程序将及时把监控结果发出给监控系统，最后由监控系统网页进行声音、短信、电话告警，设备值班员收到告警信息后可以及时有效地进行检查和处理。
如图2所示，该监控程序定时（一般是整点后10分钟左右）进行监控。其监控原理如下：每个固定时次首先从通信机的history目录下载当个时次的RTX.51文件到本地目录，然后对文件进行拆解分析，检查当前时次报文的特征格式，特征分析对比后，给出检测结果，并将结果写人监控系统的数据库;程序对流水文件分析结束后将下载的临时文件删除，这样做是为了防止文件读写冲突影响数据库系统正常工作。经过下一步写入数据库相应表格之后，监控系统页面会自动刷新，将最新感知到的监控结果进行多维展示和告警，机务值班人员收到告警信息后及时检查和处理。
该软件是基于Microsoft NET 4.0技术开发，可运行于安装了.NET 4.0的Windows系统，可移植性良好，运行时需要对通信机的history目录建立网络磁盘映射便于下载留底文件，之后将监控结果写入SQLServer2008数据库，由监控网页定时读取数据库给出告警。
4结束语
青岛机场气象台使用的统一发布平台运行已有2年多的时间，该系统同时支持MQ线路和AFTN线路发送报文，然而并没有对发报线路自身进行监控，当AFTN线路因雷击或其他电气故障时不能自我感知，系统使用MQ单线路发报存在单点故障和安全风险。本文设计的监控程序很好地解决了这个问题，通过对留底文件进行特征对比与分析，自动给出AFTN线路的监控结果，助力设备维护人员及时发现问题，排除单点故障，从小处着手，解决存在的安全隐患，提高了空管运行品质，受到一致好评。
另外该软件的可移植性良好，其内容分析的原理与手段可以进一步扩展应用于其他的设备与数据监控，因民航气象数据业务传输应用较为广泛，包括气象雷达、气象卫星、自动观测、气象报文、数值预报，包括各类硬件数据设备、传感器设备等都可以进行特征分析与监控，本文作者下一步将开展更为深入的数据监控应用研究。
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