基于光纖環(huán)網的AWOS維護巡檢系統(tǒng)架構剖析

李漢滄，姜領軍，曲紹君

摘要：本文主要對空管局科研項目“基于光纖環(huán)網的AWOS設備實施巡檢系統(tǒng)”從開發(fā)思路到實際線路鋪設及系統(tǒng)配置等進行介紹，項目成果可以實現(xiàn)對自動氣象觀測系統(tǒng)（簡稱AWOS）設備自動、快速、安全、有效的巡檢維護，能夠高效提升民航安全生產效率，項目成果同樣適用于各級氣象臺站綜合觀測系統(tǒng)的自動維護。

關鍵詞：AWOS;架設;巡檢;維護

中圖分類號： TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.02.059

現(xiàn)在民航氣象工作越來越被重視，主要是因為現(xiàn)代民航氣象保障工作給民航飛行安全保障帶來更高更好的社會和經濟效益。民航地面氣象探測是航空氣象保障的必要條件，氣象要素中云況、有效能見度、天氣現(xiàn)象、風、溫、濕、壓等，是機場安全飛行最低運行標準的重要內容，自動氣象觀測系統(tǒng)（AWOS）是民航氣象保障工作中提供上述氣象要素的重要探測設備，其在保障航空飛行安全中起到了不可替代的作用。

目前，民用航空機場中AWOS系統(tǒng)大多采用芬蘭VAISALA產品。該系統(tǒng)分為室內服務運行系統(tǒng)和室外傳感器系統(tǒng)，室外傳感器常年在戶外運行，受環(huán)境影響較大，需要對其進行定期的巡檢、監(jiān)控，為保障自動氣象觀測系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，提高運行效益，民航空管局于2013年對“基于光纖環(huán)網的AWOS設備實施巡檢系統(tǒng)”項目立項，研究對室外傳感器系統(tǒng)進行設備維護巡檢系統(tǒng)的科研開發(fā)，實現(xiàn)自動氣象觀測系統(tǒng)的實時巡檢、監(jiān)控保障系統(tǒng)，對自動觀測系統(tǒng)各類傳感器（包括外場UPS電源）以及光纖線路的運行狀態(tài)和測量數(shù)據進行集中檢測和監(jiān)控。將外場傳感器狀態(tài)、維護端口測量數(shù)據和UPS電源狀態(tài)納入到整個監(jiān)控系統(tǒng)。

1 設備現(xiàn)有運行現(xiàn)狀

民航安徽空管分局部署在新橋機場的AWOS系統(tǒng)主要包括以下外場設備：大氣透射儀3套、云高儀2套、自動氣象站2套、風向風速儀1套、天氣現(xiàn)象儀1套。設備分布在機場跑道旁，安裝地點分散、距離分布較遠，在平時工作時，維護人員不能在室內對設備進行檢測，每次檢查要到外場逐點進行操作，各項保障工作都需要參與巡檢的人員多、勞動量大、維護時間長、且需配備車輛保障，導致維護成本較高，效益低下。在惡劣復雜的天氣條件下，甚至無法進行設備維護。

為保障AWOS系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，提高設備正常率，降低維護人員勞動量和維護成本，研究開發(fā)AWOS系統(tǒng)的實時巡檢、監(jiān)視系統(tǒng)，對AWOS傳感器、UPS電源和數(shù)據測量進行集中檢測、監(jiān)控就被作為一項科研開發(fā)提上日程。

2 AWOS維護巡檢系統(tǒng)的總體架構思路

AWOS維護巡檢系統(tǒng)架構設計思路是在不影響自動氣象觀測系統(tǒng)運行的基礎上，完成對自動氣象觀測系統(tǒng)進行實時監(jiān)控、實時告警、實時輪詢系統(tǒng)狀態(tài)的框架下，建立內場與外場間光纖環(huán)網（圖1），使用串口服務器將自動氣象觀測系統(tǒng)傳感器和服務器等設備接入自動氣象觀測系統(tǒng)維護巡檢系統(tǒng)，通過服務器（CDU）外發(fā)狀態(tài)數(shù)據、UPS狀態(tài)數(shù)據、各外場傳感器維護口數(shù)據等結果。為本場自動氣象觀測系統(tǒng)設備運行發(fā)展趨勢提供輔助決策，為保障自動氣象觀測正常運行提供數(shù)據依據。

為實現(xiàn)維護巡檢系統(tǒng)運行方便和可靠，整個巡檢系統(tǒng)的底層通信采用TCP/IP模式，將系統(tǒng)維護口、UPS、CDU等傳出的串口信號轉化成網絡信號，傳送至維護巡檢服務器。實現(xiàn)對機場跑道旁設備的室內維護、操作。

3維護巡檢架構的鋪設

3.1硬件的選擇

AWOS傳感器安裝在機場跑道旁，離跑道距離近，位置比較分散，設備處于連續(xù)不間斷運行，維護巡檢系統(tǒng)所需設備必須選擇可靠性強、適用范圍大的網絡設備，經過分析比較，市場調研，光纖接入設備考慮用MOXA工業(yè)級交換機EDS-405A，它具有很低的故障率，溫度適宜范圍較大（-40℃～75℃），運行穩(wěn)定等優(yōu)點。同時其接入口也能滿足所有自動觀測系統(tǒng)探測設備的信息接入。

3.2光纖環(huán)網的建設

AWOS外場設備集中在四個區(qū)域，即北VOR/DME區(qū)、北下滑R15、跑道中部MID、南下滑R33。為了保證設備部署的有效性和成本，利用了原AWOS光纖線路的冗余。對原有光纖線路進行了線路規(guī)范，統(tǒng)一編號。如：南下滑R33光纖編號為（37-48）共計12芯，原AWOS設備CL31云高儀使用編號為37、38的光纖，MAWS301自動氣象站使用編號為39、40的光纖，LT31大氣透射儀使用編號為41、42的光纖，計劃使用（43、44）、（45、46）芯光纖提供給光纖環(huán)網設備EDS405A使用。各芯通過光纖跳線連接使之成為光纖環(huán)網的一個組成部分。整個部署利用EDS -405A形成了維護巡檢系統(tǒng)的初步環(huán)網系統(tǒng)。如圖2所示。

3.3自動氣象觀測系統(tǒng)各設備到光纖網的線路連接

自動氣象觀測系統(tǒng)各傳感器接入光纖環(huán)網，必須有設備進行IP地址規(guī)劃，避免系統(tǒng)數(shù)據錯亂，由于各傳感器自身不帶IP地址，為了不影響系統(tǒng)運行，且能實時從各傳感器獲取數(shù)據，在此利用MOXA串口服務器進行系統(tǒng)連接。例如，南下滑區(qū)域大氣透射儀LT31使用雙絞線的橙、橙白、棕三根線連接LT31維護接口的20、21、22引腳（分別為RS232接口的RXD、TXD、GND），三線通過接線端子連接后與串口服務器NPort5250A的接口連接，NPort5250A以太網口使用雙絞線與光纖環(huán)網設備EDS405A的1口連接進網。云高儀CL31的維護口使用QMZ101維護線對應連接串口服務器NPort5150A的RS232接口，NPort5150A以太網口使用雙絞線與光纖環(huán)網設備EDS405A的1口連接進網;自動氣象站MAWS301通過QMZ101維護線連接COM0維護口接入串口服務器NPort5250A的RS232接口，NPort5250A以太網口使用雙絞線與光纖環(huán)網設備EDS405A的2口連接進網。如上所述，對中間MID、北下滑R15、北VOR/DME臺進行相應的IP配置后，整個設備架設順利完成。

整個系統(tǒng)設備連接完成后，維護巡檢硬件架構能獨立于自動氣象觀測系統(tǒng)外運行（圖3所示），在不影響AWOS系統(tǒng)運行的情況下，實時對設備狀況進行巡檢與維護。

4 維護巡檢系統(tǒng)硬件架構能效

維護巡檢系統(tǒng)外場硬件設備（光纖交換機、串口服務器、電源等）的安裝完成包括光纖線路測試、串口服務器、交換機等設備測試、IP地址的規(guī)劃等各項工作。

維護巡檢系統(tǒng)實時采集自動氣象觀測系統(tǒng)的數(shù)據（CDU、外場傳感器和室外UPS實時數(shù)據），通過數(shù)據能夠實時監(jiān)測設備運行狀態(tài);通過維護口實現(xiàn)與傳感器的交互，可遠程進行傳感器相關操作，提高日常運行質量。保障AWOS系統(tǒng)及外場UPS電源的正常運行，每天增加設備巡視次數(shù)，不受環(huán)境和天氣影響。在設備發(fā)生預警或故障時能夠給予系統(tǒng)維護管理人員及時預警或提示，準確分析故障原因和維護手段。改變了原來值班人員手工定時巡檢的工作模式。減少了人力成本，使得對AWOS系統(tǒng)管理真正實現(xiàn)自動化，為設備的維護發(fā)展提供決策依據。

5結語

“基于光纖環(huán)網的AWOS設備實施巡檢系統(tǒng)”項目成果于2015年1月順利通過民航空管局的科研驗收，并已用于實際生產過程中，即系統(tǒng)現(xiàn)場運行過程圖，通過該系統(tǒng)的運行，提高了工作效率，增強了設備保障能力。它的投入使用可以幫助設備人員更好的監(jiān)測了解自動氣象觀測系統(tǒng)的運行，為設備保障帶來了良好的服務效果，提升機場航班安全及效率。除民航空管系統(tǒng)外，全國氣象系統(tǒng)具有上千個自動氣象觀測站，項目成果同樣可應用于這些氣象臺站中，有效地保障了臺站觀測設備運行服務。

參考文獻

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作者簡介：李漢滄，本科學歷，工程師，研究方向：航空氣象設備維護保障。