航空氣象應用軟件設計分析

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摘要：航空氣象服務在民航運輸系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。研究航空氣象應用軟件以提高氣象信息的準確性，對于提高飛機性能，優(yōu)化飛行路線，減少由于氣象原因引起的飛行事故等都具有十分重要的意義。文章通過研究ACARS系統(tǒng)報文，使用C#編程語言構建了基于ACARS報文的航空氣象應用軟件。研究成果可以提高高空風溫圖的準確性和實時性，對于航空公司飛行計劃的制作和機組的使用與判斷氣象信息具有一定參考。

關鍵詞：飛機通訊尋址和報告系統(tǒng)；航空氣象；高空風和溫度預告圖；C#ACARS

（AircraftAddressingandReportingSystem）是一種地-空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，該系統(tǒng)由飛機系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)組成。ACARS的通信設施能夠使飛機成為航空公司運營系統(tǒng)的子系統(tǒng)命令，控制和管理系統(tǒng)。ACARS是航空公司內部數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)不可或缺的組成部分。同樣可以利用飛機機載ACARS數(shù)據(jù)鏈通訊以及定位功能，實時跟蹤飛機，監(jiān)測ACARS數(shù)據(jù)鏈的下傳報文。根據(jù)航空氣象服務需要，從ACARS報文中提取數(shù)據(jù)，可以獲取比一次雷達、二次雷達更豐富的數(shù)據(jù)，如：垂直高度、風速、溫度等[1]。航空氣象服務是民用航空運輸所必需的重要組成成分之一，是航班運行安全有效保障的必要基礎。本文針對目前航空氣象預報所使用的主要預報資料“高空風和溫度預告圖”，選擇ACARS報文中的氣象信息來制作“高空風和溫度預告圖”并顯示。

1ACARS數(shù)據(jù)鏈研究

ACARS報文主要有表1所示的幾種類型。在進行ACARS報文的傳輸時，報文的主體組成部分最大為220個字符，大于220個字符的報文會被系統(tǒng)分成多個部分并分別進行傳輸，地面設備也會在收到所有部分的報文后再統(tǒng)一對這份報文進行處理。此外ACARS具有兩種報文傳輸?shù)奈锢礞溌罚篤HF鏈路傳輸和衛(wèi)星鏈路傳輸。1.1ARINC標準。ACARS規(guī)則主要依據(jù)ARINC解析標準來制定，AR－INC解析標準主要文件有ARINC618、ARINC620等。AR－INC618文件重點解釋了ACARS的電報結構和各組成部分的定義，其中包括全部的空/地報文的格式和其中每一個字段的信息定義。還定義了ISO-5字符集字符的授權使用范圍和ACARSMU消息傳遞協(xié)議的優(yōu)先級多模塊處理和ACARS通過甚高頻收發(fā)器用于音頻的傳輸這樣一個功能。ARINC620文件具體介紹了ACARS報文中地/地信息的結構和各組成部分的定義，用來向數(shù)據(jù)鏈路用戶開發(fā)應用程序提供其所需要的信息，對數(shù)據(jù)傳輸服務和數(shù)據(jù)文檔的使用提供了相應的指導，并且使鏈接服務提供商在傳輸信息時具有一定的標準性[3]，此外ARINC620文件規(guī)定了ACARS報文的基本格式，所以當進行對ACARS報文的解析時，可以將報文的報頭部分和正文部分分開并分別進行解析。1.2ACARS報文基本結構。ACARS的空/地下行報文和地/空上行報文的格式一般由報頭部分、正文部分和BCS校驗碼部分組成。其基本結構如表2所示。ACARS地-地報文結構如表3所示。1.3高空風和溫度預報圖。高空風和溫度預報圖用來顯示某一高度上的風速、風向和溫度的分布情況，高度的選擇為固定的標準等壓面高度。在高空風和溫度預告圖上，風速的單位為節(jié)（Kt，海里/小時）；溫度的單位為攝氏度（℃）；氣壓單位為百帕（hPa），這些數(shù)據(jù)通過風標在圖中進行定位標注，不同的風速對應不同的風標，間隔為5節(jié)，風向為風標桿所指示的方向。溫度顯示在風標旁，并不能與風標重疊，當溫度小于零度時，去掉負號直接顯示數(shù)字，當溫度大于零度時，在數(shù)字前加“＋”或“PS”進行表示[4]。高空風和溫度預告圖的底圖用麥卡托投影方式顯示低緯度的地圖，用蘭勃托投影方式顯示中緯度的地圖，底圖上還會顯示所包含范圍的經(jīng)緯線，每隔10°進行標注并顯示經(jīng)緯線的信息[5]。

2基于ACARS數(shù)據(jù)的航空氣象應用軟件設計

2.1軟件設計流程。軟件設計思路如圖1所示。2.2軟件運行實驗分析。所使用的ACARS接收機實時接收200海里范圍上空的ACARS信息，并將其按照飛機注冊號顯示在不同日期的數(shù)據(jù)庫中。所接收的報文將在數(shù)據(jù)庫中保存一個月的時間，直至下一月的同一日期新的ACARS報文將其覆蓋更新，數(shù)據(jù)庫如圖2所示。在編程環(huán)境中，通過數(shù)據(jù)庫AcarsData.Edmx.組建遠程連接到數(shù)據(jù)庫，可以方便快捷的獲得實時的ACARS數(shù)據(jù)，進行高空風和溫度預告圖的制作。（1）運行軟件，顯示軟件窗口，如圖3所示。（2）選擇要查看的高度，按高度提取數(shù)據(jù)，可供選擇的高度如圖4所示。（3）通過“選擇時間”窗口，可以選擇高空風和溫度預告圖顯示的時間范圍。然后點擊顯示圖像，生成所選高度的高空風和溫度預告圖。如圖5所示。（4）除此之外，還可以通過選擇提取所有，獲得當天所有ACARS數(shù)據(jù)。如圖6所示。通過軟件運行得知，該軟件能夠將接收到的完整的正常報文中的數(shù)據(jù)順利提取出所需要的數(shù)據(jù)，并顯示在軟件的表格中，并通過其中所需要的信息制作而成了高空風和溫度預告圖，因此達到了論文開題時的要求。但是由于本軟件制作所使用的ACARS數(shù)據(jù)來自于實驗接收機，使得ACARS數(shù)據(jù)的來源只能是小范圍內的區(qū)域，所制作而成的高空風和溫度預告圖也只有這一小塊區(qū)域有氣象信息。因此，想要制作一幅完整的高空風和溫度預告圖，需要更廣泛的ACARS基站去接收更多的ACARS報文。

3結束語

ACARS航空氣象數(shù)據(jù)精準度遠高于傳統(tǒng)氣象觀測數(shù)據(jù)。從ACARS報文中提取航空氣象數(shù)據(jù)，不僅提高了氣象數(shù)據(jù)的準確性，而且提升航空氣象數(shù)據(jù)更新頻率，從而使得高空風和溫度預告圖中的風溫信息更加準確可靠。由于大部分的ACARS報文是飛機在飛行航線中由機載ACARS設備發(fā)出，所以報文中的氣象信息具有地域性、實時性、關聯(lián)性、環(huán)境適應性等特點，具有較高社會經(jīng)濟價值和科研價值。此外，報文中的氣象信息大多來自于飛機所飛行的高度層，所制作的高空風和溫度預告圖可通過軟件進行不同高度的選擇，告別了以標準等壓面高度為選項的傳統(tǒng)選擇方式，從而可以使高空風和溫度預告圖的高度選擇更加靈活，查詢更加方便。隨著ACARS與ADS-B的應用融合，可通過實時收集航空氣象數(shù)據(jù)，制作一個實時更新且2D/3D立體化的航空氣象數(shù)據(jù)觀察軟件，為航空氣象決策提供輔助性幫助。

參考文獻：

[1]張召悅，韓邦村，高春燕.基于數(shù)據(jù)融合的ADS-B/ACARS空域監(jiān)視系統(tǒng)設計[J].航空計算技術，2013，43（04）：91-94.

[2]新一代高空氣象探測系統(tǒng)綜合業(yè)務觀測手冊[S].北京：中國氣象局，中國氣象局氣象探測中心，2011.

[3]ARINCspecification620-6，Air/groundcharacter-orientedpro－tocolspecification[S].Annapolis：ARINC，2007，11-39.

[4]AP-117-TM-02R1，民用航空氣象地面觀測規(guī)范[S].北京：中國民用航空局，2012.

[5]AP-117-TM-2019-01，民用航空氣象預報規(guī)范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2019.

作者:李鵬 楊昶 單位:1.民航局空管局技術中心 2.北京航空航天大學