民航氣象觀測報文質量檢測系統研究

徐 慶，張洋飛

（中國民用航空寧波空中交通管理站，浙江 寧波 315154）

1 引言

隨著我國民航業的不斷發展，飛機已成為人們日常出行常用的方式之一，因此航空器的飛行安全變得尤為重要，如何確保飛行安全是民航航空運輸領域的永恒主題。影響航空器飛行安全的因素有很多，但氣象因素是影響航空器飛行的最為常見的因素，也是最為重要的因素。氣象觀測報文作為航空氣象信息的重要組成部分，及時、準確地發布氣象觀測報文對航空器的起飛、降落意義重大。航空氣象觀測報文[1]一般分為兩種類型，一種是用METAR電碼格式對外發布的例行觀測報告，另一種是用SPECI電碼格式對外發布的特殊觀測報告。例行觀測報告一小時或者半小時對外發布一次，氣象觀測報文中包含了當地機場實時的地面風向風速、風向變化、跑道視程、能見度、天氣現象、云、溫度、露點溫度、修正海平面氣壓、近時天氣、風切變、趨勢天氣預報等機場的相關氣象信息，它直接反映了本地機場實時的天氣狀況，為飛行器的起降提供重要的航空氣象信息[2]。航空氣象情報及時、準確地發布是航空安全的重要保障，而新下發的《民航空管系統氣象工作質量管理辦法》對氣象觀測報文質量作出了嚴格的規定。因此，為了強化航空氣象觀測業務的技術監控手段，切實提高氣象工作質量和氣象服務水平，最大程度地減少業務差錯的發生，有必要設計一套民航氣象觀測報文質量檢測系統。

2 氣象觀測報文結構分析

一份完整的民航氣象觀測報文如表1所示由16組電碼格式組成，分別包含了報文類型、修正報、地區代碼、時間、自動報、風、風向變化、跑道視程、能見度、天氣現象、云、溫度露點、修正海壓、近時天氣、風切變、趨勢預報。每組電碼由民航氣象電碼標準規定的特定電碼格式編寫，代表不同的氣象信息。報文開頭是報文類型，觀測報文類型有兩種，一種電碼METAR代表例行觀測報，另一種電碼SPECI代表特殊觀測報文。第二組是由電碼COR代表修正報電碼，此組電碼是報文發現有錯誤進行修正后的報文。第三組電碼是地區代碼，一般是四字代碼，如ZSNB。第四組電碼是時間組，包含信息為日、時、分，最后以固定電碼Z結束。第五組電碼是自動報電碼，由AUTO電碼代表。第六組電碼是風組，如表 1 所示分為兩種情況，dddffMPS 或 dddffGf’f’MPS，其中，ddd為風向，取值范圍為0～360或VRB；ff為平均風速，取值范圍為整數00～49或P49；f’f’為陣風，取值范圍為整數00～49或P49；G和MPS為固定不變的字母。第七組電碼是風向變化d1d1d1Vd2d2d2，當出現風向變化時才存在，無風向變化時此組電碼便不存在。d1d1d1為順時針起始風向，取值范圍為0～360；d2d2d2為順時針終止風向，取值范圍為0～360；V為固定不變的字母。第八組電碼為跑道視程RVR，次組電碼只有跑道視程小于1 500 m或主導能見度小于1 500 m時才會存在。跑道視程電碼為RDD/VRVRVRVRi或RDD/V1V1V1V1VV2V2V2V2i，其中，DD為跑道號；VRVRVRVR為RVR 10 min平均值，取值范圍為0 050～2 000、M0050或P2 000，且當VRVRVRVR＞2 000時，其值僅可為P2 000；i為RVR變化趨勢，取值僅可為U，D，N中的一個或為空值。第九組電碼為能見度，VVVV取值范圍為0 000～9 999，且當9 999≥VVVV≥5 000時，其值只可為5 000，6 000，7 000，8 000，9 000，9 999中的一個。第十組電碼是天氣現象，天氣現象簡字最多同時存在三組。第十一組電碼為云NNNhhhCC，NNN為云量，取值為FEW、SCT、BKN或OVC；hhh為云高，取值范圍與當地機場的最高的最低飛行扇區高度相關，比如寧波機場最高的最低飛行扇區高度為1 675，則hhh取值范圍為000～055的整數；CC為云狀，取值為CB或TCU。本組電碼可并列存在一組或幾組，且最多不超過四組。云組電碼有一種特殊電碼NSC，天空無云或當1 500 m或者最高的最低飛行扇區高度（以高的為準）以下無云，或任何高度沒有濃積云或積雨云時云組電碼為NSC。第十二組電碼為溫度露點TT/T’T’，TT為溫度，取值范圍為整數00～99或M00～M99；T’T’為露點溫度，取值范圍為整數00～99或M00～M99；“/”為固定不變的符號（M為負數符號）。第十三組電碼修正海壓QPPPP，PPPP為修正海平面氣壓，取值范圍為整數0 000～9 999；Q為固定不變的字母。第十四組電碼為近時天氣REw’w’，本組電碼可并列存在一組或幾組，且最多不超過三組，RE為近時天氣固定電碼，w’w’為天氣現象簡字。此組電碼只有存在近時天氣時才會存在。第十五組電碼為WS RWYDD或WS ALL RWY，其中，DD為跑道號，該項目在一份報文中只能同時出現一組。第十六組電碼趨勢預報，一般為NOSIG。

表1 氣象觀測報文結構組成

3 系統設計

3.1 系統界面設計

圖1 觀測報文質量檢測界面

圖1為觀測報文質量檢測界面。數據庫系統數據庫服務器的應用程序會將報文進行要素分解，最后存入ELE01_SASP要素表中。這樣，我們就可以直接從ELE01_SASP中讀取報文中各項要素的數值，從而進行邏輯判斷。但是目前應用程序對報文進行的分解存在著一定的缺陷，有些錯誤的報文項在ELE01_SASP中存儲時與正確的報文相同，也有些報文因為某一個報文要素的錯誤，導致跟在這一項后面的報文要素在存入ELE01_SASP時出現錯誤。由此可見，僅僅依靠讀取ELE01_SASP中的內容是無法正確檢測報文的，因此，我們需要讀取RPT01_CAC中所要檢測的報文內容，再結合ELE01_SASP中的報文要素數值，才能進行完整的報文檢測工作。

界面上有一個DataGridView控件，顯示進行質量檢測的報文內容，用戶也可以通過此界面檢驗所發出的觀測報文是否已經正常存入本地民用航空氣象數據庫系統的ORACLE數據庫中。下方有分別對應兩個數據庫服務器的標識，用于顯示報文是否入庫以及報文的檢測狀態（當數據庫中檢索不到報文時，“數據庫DB”或者“數據庫APP”會呈現紅色；當報文檢測存在錯誤時，對應的顏色方塊會呈現紅色）。界面的中間區域用于顯示報文的檢測結果，如果有錯誤，會在其中顯示錯誤的詳細說明。

在窗口右側有3個按鈕，“METAR”按鈕用于檢測最新的METAR報文，“SPECI”按鈕用于檢測最新的SPECI報文，“初始化”按鈕用于恢復窗口界面的初始狀態。

3.2 報文質量檢測過程

在進行報文質量檢測的過程中，如圖2所示，最重要的步驟就是報文以及報文內各項數值的讀取。在ORACLE數據庫中，RPT01_CAC表存儲了報文數據，而民用航空氣象

圖2 觀測報文質量檢測流程

3.3 觀測報文質量檢測系統實際應用

在軟件使用過程中，成功檢測出兩起報文質量問題。

第一起：2016-11-20，觀測員通過本軟件發現報文質量檢測異常，如圖3所示。

經過觀測報文質量檢測軟件檢查，發現這份METAR報的天氣現象組為“-RABR”，該天氣現象簡字并不在標準的天氣現象簡字中（實際上，觀測員在輸入時漏了空格號，正確的天氣現象應該是“-RA BR”），因此，軟件提示天氣現象簡字錯誤。觀測員找出原因后立即發布了更正報修正錯誤。

第二起：2017-07-27，觀測員運行此軟件，發現報文質量檢測異常，如圖4所示。

圖3 天氣現象簡字錯誤

圖4 近時天氣缺失

經過觀測報文質量檢測軟件檢查，發現這份METAR報之前有一份SPECI報：SPECI ZSNB 271135Z 20003MPS 160V220 9999 FEW026 32/27 Q1008 RETS NOSIG。這份SPECI報文包含有“RETS”近時天氣組，根據觀測規范中對近時天氣的規定，可知271200時次的METAR報應該包含有“近時天氣”這一項，但是觀測員發布的METAR報沒有這一項，因此報文出現錯誤。觀測員經過本軟件提醒后發布了更正報，避免了工作錯情發生。

4 結論

通過氣象觀測報文質量檢測系統的業務使用，起到了有效地監控氣象觀測報文質量情況的作用，當發現氣象觀測報文內容發布出現錯情時可以及時做到軟件提醒，如發現報文有誤，及時發布更正報。使用期間，氣象觀測員觀測報文發布時錯情的發生顯著地減少了，對觀測報文質量提升起到了積極作用。氣象報文質量監控系統已成為氣象臺觀測室預防“錯、忘、漏”現象的一種有效的輔助手段。與此同時，氣象觀測報文質量檢測系統還存在不足，目前軟件還不能自動檢測報文質量，還需要人工點擊軟件進行報文檢測。