民航氣象業(yè)務(wù)移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡瑋

摘? 要： 針對(duì)目前民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控體系中存在的維護(hù)人員活動(dòng)范圍受限、故障修復(fù)不及時(shí)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于移動(dòng)終端的民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。遵循通過(guò)移動(dòng)終端建立異地監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)的思想，文章從模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)思路兩方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并針對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及的通過(guò)移動(dòng)端遠(yuǎn)程操控計(jì)算機(jī)和保障系統(tǒng)安全性兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，給出了具體的解決方案。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能一定程度上解決現(xiàn)有監(jiān)控體系存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)化和移動(dòng)化。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)應(yīng)用; 異地監(jiān)控; 遠(yuǎn)程維護(hù); 民航氣象; WebSocket; 跨平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311.13? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）04-28-04

Abstract： In view of the problems existing in the current civil aviation meteorological service monitoring system， such as the limited range of activities of maintenance personnel， failure repair is not timely and so on， a civil aviation meteorological service monitoring system based on mobile terminal is designed and implemented. Following the idea of establishing remote monitoring and remote maintenance through mobile terminal， this paper expounds the specific implementation process of the system from two aspects of module design and implementation ideas， and gives specific solutions for two key points involved in the implementation process： remote control of computer through mobile terminal and guarantee of system security. The operation results show that the system can solve the problems existing in the monitoring system to a certain extent， and realize the dynamic and mobility monitoring of civil aviation meteorological service.

Key words： mobile apps; remote monitoring; remote maintenance; civil aviation meteorology; WebSocket; cross platform

0 引言

我國(guó)民航氣象業(yè)務(wù)屬于航空運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)民航的安全飛行起到至關(guān)重要的作用[1-2]。當(dāng)前，民航氣象業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，用戶對(duì)氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求越來(lái)越多[3-5]。為了滿足氣象服務(wù)的時(shí)效性，針對(duì)民航氣象業(yè)務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)也越來(lái)越多[6-9]，現(xiàn)有的監(jiān)控體系主要是先建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)控規(guī)則，再由計(jì)算機(jī)按照規(guī)則運(yùn)行，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[10-12]。

實(shí)時(shí)監(jiān)控要求氣象數(shù)據(jù)的維護(hù)人員時(shí)刻關(guān)注監(jiān)控終端，只能在相對(duì)小的空間范圍內(nèi)活動(dòng)，而氣象數(shù)據(jù)的迅猛增長(zhǎng)要求維護(hù)人員頻繁出現(xiàn)在不同的設(shè)備場(chǎng)所，在更大的空間范圍內(nèi)活動(dòng)，一旦遠(yuǎn)離監(jiān)控終端，將面臨無(wú)法及時(shí)接收告警信息，無(wú)法第一時(shí)間修復(fù)故障點(diǎn)等問(wèn)題。伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起和5G網(wǎng)絡(luò)的普及[13-15]，為上述問(wèn)題提供了一個(gè)良好的解決方案。

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于移動(dòng)APP的民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，從根本上解決維護(hù)人員活動(dòng)范圍受限，無(wú)法第一時(shí)間修復(fù)故障點(diǎn)等問(wèn)題，一定程度上實(shí)現(xiàn)民航氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的高頻監(jiān)控和異地監(jiān)控，并基于移動(dòng)設(shè)備的獨(dú)有特性，在系統(tǒng)的安全性、輔助性等方面進(jìn)行優(yōu)化，從而提升設(shè)備維護(hù)效率，更好地保障民航氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行。

1 功能模塊設(shè)計(jì)

概括來(lái)講，民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控體系主要涉及對(duì)各類氣象數(shù)據(jù)和軟件運(yùn)行情況的監(jiān)控，對(duì)已發(fā)生故障的及時(shí)排查和維護(hù)，以及事后對(duì)故障處理過(guò)程的記錄。本文遵循系統(tǒng)化設(shè)計(jì)理念，將系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為業(yè)務(wù)監(jiān)控、一鍵排故、資料查詢、日志記錄四大模塊。

1.1 業(yè)務(wù)監(jiān)控

業(yè)務(wù)監(jiān)控模塊為整個(gè)系統(tǒng)的主模塊，是對(duì)民航氣象業(yè)務(wù)中各類氣象數(shù)據(jù)、軟硬運(yùn)行情況、環(huán)境狀態(tài)等要素進(jìn)行監(jiān)控，由計(jì)算機(jī)按照各要素的監(jiān)控規(guī)則對(duì)其監(jiān)控，再通過(guò)手機(jī)查看接收各類要素的運(yùn)行狀態(tài)或告警信息。所監(jiān)控范圍涵蓋民航氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括各類氣象資料、民航氣象數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)狀態(tài)、跑道自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)房運(yùn)行環(huán)境、UPS供電、網(wǎng)絡(luò)線路等。

1.2 一鍵排故

一鍵排故模塊是通過(guò)手機(jī)對(duì)故障進(jìn)行遠(yuǎn)程排查和修復(fù)，具體流程如下：由手機(jī)發(fā)送命令給服務(wù)器，服務(wù)器收到命令后，按照命令要求運(yùn)行相應(yīng)的操作步驟，如對(duì)業(yè)務(wù)軟件或系統(tǒng)進(jìn)行重啟、排查線路故障點(diǎn)、找出數(shù)據(jù)中斷點(diǎn)等。從而使維護(hù)人員通過(guò)手機(jī)即可在任何地方處理或排查故障，對(duì)于簡(jiǎn)單的故障能夠第一時(shí)間修復(fù)，對(duì)于復(fù)雜的故障能夠第一時(shí)間找到故障點(diǎn)。

1.3 資料查詢

資料查詢模塊是指維護(hù)人員可以通過(guò)手機(jī)查閱需要的維護(hù)文檔。具體以掃描二維碼形式實(shí)現(xiàn)：首先對(duì)所有文檔資料排序編碼，再對(duì)所有編碼結(jié)果進(jìn)行加密，最后將每個(gè)文檔的編碼以二維碼形式展現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)手機(jī)掃描二維碼即可獲得所對(duì)應(yīng)的文檔編碼，發(fā)回給服務(wù)器從而獲得相應(yīng)的文檔資料。這樣當(dāng)維護(hù)人員需要查閱文檔資料時(shí)，使用手機(jī)即可在第一時(shí)間獲得相應(yīng)的維護(hù)文檔，從而變相提高維護(hù)效率。

1.4 日志記錄

日志記錄模塊主要用于通過(guò)手機(jī)將故障修復(fù)過(guò)程以日志形式記錄下來(lái)，記錄內(nèi)容包括文字、圖片或視頻，展現(xiàn)形式參照微信朋友圈，并輔以相應(yīng)的查詢功能，目的是當(dāng)維護(hù)人員處理完某個(gè)故障后，通過(guò)日志將該故障的處理過(guò)程記錄下來(lái)，以朋友圈形式分享給其他維護(hù)人員，從而達(dá)到信息共享的目的。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遵循充分利用已有業(yè)務(wù)體系，與已有業(yè)務(wù)無(wú)縫銜接的原則，盡可能覆蓋所有氣象業(yè)務(wù)的監(jiān)控，本文主要從技術(shù)框架和技術(shù)路線兩方面闡述整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路。

2.1 系統(tǒng)框架

現(xiàn)有的民航氣象業(yè)務(wù)體系主要包括自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)、顯示或存儲(chǔ)各類氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)以及對(duì)各類氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控的服務(wù)器和終端。將這些已有的軟硬件按照功能類別劃分，并根據(jù)需求增加新的組件，從而將整個(gè)系統(tǒng)框架拆分為四層，分別是硬件層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層，如圖1所示。

其中，硬件層涵蓋各類傳感器，包括監(jiān)控傳感器（如測(cè)量機(jī)房環(huán)境的溫濕傳感器、測(cè)量電路的電流電壓傳感器）和民航氣象業(yè)務(wù)已有的自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備，這些傳感器主要用于采集各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)或氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)層包括各類數(shù)據(jù)庫(kù)，從類別上分為業(yè)務(wù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)集群和氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)集群，分別用于存儲(chǔ)硬件層采集的各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。應(yīng)用層是整個(gè)系統(tǒng)功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)監(jiān)控規(guī)則程序化封裝的監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信的短信貓?jiān)O(shè)備，實(shí)現(xiàn)能夠與移動(dòng)監(jiān)控端和已有的Web監(jiān)控端同步交互的API服務(wù)器，以及面向移動(dòng)應(yīng)用的移動(dòng)服務(wù)器和面向網(wǎng)頁(yè)的Web服務(wù)器。表現(xiàn)層是面向維護(hù)人員的服務(wù)平臺(tái)，是對(duì)監(jiān)控結(jié)果的展現(xiàn)，其中，Web終端是已有的氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控顯示窗口，移動(dòng)應(yīng)用通過(guò)應(yīng)用層的API服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與Web監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與原有業(yè)務(wù)體系的無(wú)縫銜接。

2.2 技術(shù)路線

整個(gè)系統(tǒng)均采用開(kāi)源的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，其中，移動(dòng)APP使用當(dāng)下流行的Html5 Web APP（基于高端機(jī)瀏覽器運(yùn)行）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)html5+Runtime內(nèi)置的Native.js來(lái)調(diào)用手機(jī)終端的原生API，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)用手機(jī)的底層功能;服務(wù)器搭建主要基于MVC分層開(kāi)發(fā)的思想，并通過(guò)AJAX實(shí)現(xiàn)手機(jī)與服務(wù)器的交互;底層數(shù)據(jù)庫(kù)主要采用MySQL;數(shù)據(jù)接口使用Web API封裝，供移動(dòng)終端和Web終端統(tǒng)一調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺(tái)交互。

3 關(guān)鍵技術(shù)

在功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，針對(duì)本系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)，采取一些特殊的解決方案和技術(shù)手段，具體包括如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)功能和如何確保系統(tǒng)的安全性。

3.1 遠(yuǎn)程維護(hù)的實(shí)現(xiàn)方案

一鍵排故是本系統(tǒng)的主要組成部分。實(shí)現(xiàn)思路是通過(guò)移動(dòng)終端來(lái)遠(yuǎn)程操控計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)根據(jù)操控指令進(jìn)行自我維護(hù)，其技術(shù)難點(diǎn)在于如何建立手機(jī)與故障終端的遠(yuǎn)程交互，以及故障終端如何能根據(jù)接收的命令進(jìn)行自我巡查和修復(fù)。

采用WebSocket通信技術(shù)和對(duì)維護(hù)步驟的程序化封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)WebSocket建立服務(wù)器與手機(jī)終端和所有被維護(hù)計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)連接，形成以服務(wù)器為核心的一對(duì)多關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)每個(gè)被維護(hù)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)排查或修復(fù)方式的不同，以程序化手段實(shí)現(xiàn)每個(gè)終端遭遇故障后的排查或修復(fù)步驟，不同的終端程序?qū)崿F(xiàn)的功能不同，可以是重啟計(jì)算機(jī)或某個(gè)軟件，也可以是排查網(wǎng)絡(luò)線路，或者查找缺失的數(shù)據(jù)文件等。所實(shí)現(xiàn)的程序作為一個(gè)守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行于被維護(hù)計(jì)算機(jī)上，其作用是保持該終端與服務(wù)器的長(zhǎng)連接，隨時(shí)接收服務(wù)器發(fā)送的操作指令，并執(zhí)行相應(yīng)的維護(hù)操作，如圖2所示。當(dāng)維護(hù)人員想對(duì)某個(gè)終端維護(hù)時(shí)，用手機(jī)向服務(wù)器發(fā)送命令，服務(wù)器收到命令后，向?qū)?yīng)終端發(fā)送操作指令，運(yùn)行在該終端上的守護(hù)進(jìn)程收到服務(wù)器發(fā)來(lái)的指令后，執(zhí)行相應(yīng)的維護(hù)作業(yè)。

3.2 系統(tǒng)的安全性

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要考慮系統(tǒng)的安全性，由于系統(tǒng)涉及通過(guò)手機(jī)遙控業(yè)務(wù)終端的操作，為了確保只有維護(hù)人員才能進(jìn)行該操作，有必要對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行限制。這里采用密碼驗(yàn)證、指紋識(shí)別、手機(jī)綁定多重認(rèn)證方式來(lái)提升系統(tǒng)的安全性。其中，密碼驗(yàn)證作為第一重認(rèn)證，通過(guò)密碼登錄系統(tǒng)后只能使用系統(tǒng)基本功能。指紋識(shí)別作為第二重認(rèn)證，根據(jù)關(guān)聯(lián)維護(hù)人員崗位值班表，只有當(dāng)日值班的維護(hù)人員才能獲取特殊權(quán)限，使用一鍵排故之類的限制功能。同時(shí)，通過(guò)獲取手機(jī)的UUID（通用唯一識(shí)別碼）實(shí)現(xiàn)手機(jī)綁定，使只有特定的手機(jī)終端才能正常使用該系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的民航氣象業(yè)務(wù)移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)有監(jiān)控體系的延伸，解決了維護(hù)人員活動(dòng)范圍受限，無(wú)法第一時(shí)間修復(fù)故障點(diǎn)的問(wèn)題。通過(guò)該系統(tǒng)，維護(hù)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)，在任何時(shí)間任何地點(diǎn)掌握氣象業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)化和移動(dòng)化管理。系統(tǒng)目前已在青島空管站氣象臺(tái)投入使用，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)安全性較好，能有效減輕維護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)，提升維護(hù)效率。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，該套系統(tǒng)擁有較好的兼容性和擴(kuò)展性，不受平臺(tái)和業(yè)務(wù)類型限制，未來(lái)可以將人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等輔助監(jiān)控手段融入系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 景國(guó)勛，王遠(yuǎn)聲，郭昕曜等.2019年國(guó)內(nèi)航空安全領(lǐng)域研究現(xiàn)狀分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2020.20（5）： 2024-2028

[2] 李璇.風(fēng)切變時(shí)進(jìn)近管制區(qū)域運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析[J].安全，2019.40（11）：25-29

[3] Sue E H， Robert M.R， Bruce C， et al.100 Years of Progress? in Applied Meteorology. Part I： Basic Applications[J]. Meteorological Monographs， 2018.59（22）：1-33

[4] 李善財(cái).氣象與管制信息融合應(yīng)用分析[J].中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2018.29（1）：73-75，80

[5] 魏志強(qiáng)，王璐.基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)的飛行航路點(diǎn)溫度估算方法[J].氣象科技，2018.46（6）：1116-1123

[6] 張琰，陳齊亞.民航西北氣象中心運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2020.7：59-62

[7] 唐建中.氣象報(bào)文監(jiān)控告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2019.27（3）：50-54

[8] 莫云音，吳盛洪，李超寧等.氣象產(chǎn)品制作發(fā)布與監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2020.30（6）：186-190

[9] 周祖錫.基于Python的氣象觀測(cè)發(fā)報(bào)及線路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2019.9：36-39

[10] 朱孝杰.華東空管氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)熱備架構(gòu)調(diào)整研究[J].空中交通，2017， （3）：68-72.

[11] 王洪祥，周麗麗，王會(huì)品等.大連市氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].氣象水文海洋儀器，2019.36（2）：77-81

[12] 謝明金.民用航空氣象運(yùn)行監(jiān)控工作初探[J].科技與創(chuàng)新，2020.18：28-30，38

[13] 高仁智，尚麗輝，涂煊.基于Android的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)[J].電子科技，2017.30（1）：115-118

[14] 焦金輝，勾燦，孫玉國(guó).基于安卓的物體姿態(tài)與位置信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電子科技，2017.30（8）：113-116

[15] 唐維紅，唐勝宏，廖燦亮.跨入5G時(shí)代的中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)——《中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告（2020）》發(fā)布[J].中國(guó)報(bào)業(yè)，2020.17：32-35