基于光纖環網的AWOS維護巡檢系統架構剖析

李漢滄，姜領軍，曲紹君

摘要：本文主要對空管局科研項目“基于光纖環網的AWOS設備實施巡檢系統”從開發思路到實際線路鋪設及系統配置等進行介紹，項目成果可以實現對自動氣象觀測系統（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

現在民航氣象工作越來越被重視，主要是因為現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（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系統大多采用芬蘭VAISALA產品。該系統分為室內服務運行系統和室外傳感器系統，室外傳感器常年在戶外運行，受環境影響較大，需要對其進行定期的巡檢、監控，為保障自動氣象觀測系統長期穩定運行，提高運行效益，民航空管局于2013年對“基于光纖環網的AWOS設備實施巡檢系統”項目立項，研究對室外傳感器系統進行設備維護巡檢系統的科研開發，實現自動氣象觀測系統的實時巡檢、監控保障系統，對自動觀測系統各類傳感器（包括外場UPS電源）以及光纖線路的運行狀態和測量數據進行集中檢測和監控。將外場傳感器狀態、維護端口測量數據和UPS電源狀態納入到整個監控系統。

1 設備現有運行現狀

民航安徽空管分局部署在新橋機場的AWOS系統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系統長期穩定運行，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AWOS系統的實時巡檢、監視系統，對AWOS傳感器、UPS電源和數據測量進行集中檢測、監控就被作為一項科研開發提上日程。

2 AWOS維護巡檢系統的總體架構思路

AWOS維護巡檢系統架構設計思路是在不影響自動氣象觀測系統運行的基礎上，完成對自動氣象觀測系統進行實時監控、實時告警、實時輪詢系統狀態的框架下，建立內場與外場間光纖環網（圖1），使用串口服務器將自動氣象觀測系統傳感器和服務器等設備接入自動氣象觀測系統維護巡檢系統，通過服務器（CDU）外發狀態數據、UPS狀態數據、各外場傳感器維護口數據等結果。為本場自動氣象觀測系統設備運行發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據依據。

為實現維護巡檢系統運行方便和可靠，整個巡檢系統的底層通信采用TCP/IP模式，將系統維護口、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，設備處于連續不間斷運行，維護巡檢系統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℃），運行穩定等優點。同時其接入口也能滿足所有自動觀測系統探測設備的信息接入。

3.2光纖環網的建設

AWOS外場設備集中在四個區域，即北VOR/DME區、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范，統一編號。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網設備EDS405A使用。各芯通過光纖跳線連接使之成為光纖環網的一個組成部分。整個部署利用EDS -405A形成了維護巡檢系統的初步環網系統。如圖2所示。

3.3自動氣象觀測系統各設備到光纖網的線路連接

自動氣象觀測系統各傳感器接入光纖環網，必須有設備進行IP地址規劃，避免系統數據錯亂，由于各傳感器自身不帶IP地址，為了不影響系統運行，且能實時從各傳感器獲取數據，在此利用MOXA串口服務器進行系統連接。例如，南下滑區域大氣透射儀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外運行（圖3所示），在不影響AWOS系統運行的情況下，實時對設備狀況進行巡檢與維護。

4 維護巡檢系統硬件架構能效

維護巡檢系統外場硬件設備（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地址的規劃等各項工作。

維護巡檢系統實時采集自動氣象觀測系統的數據（CDU、外場傳感器和室外UPS實時數據），通過數據能夠實時監測設備運行狀態;通過維護口實現與傳感器的交互，可遠程進行傳感器相關操作，提高日常運行質量。保障AWOS系統及外場UPS電源的正常運行，每天增加設備巡視次數，不受環境和天氣影響。在設備發生預警或故障時能夠給予系統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系統管理真正實現自動化，為設備的維護發展提供決策依據。

5結語

“基于光纖環網的AWOS設備實施巡檢系統”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，即系統現場運行過程圖，通過該系統的運行，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測了解自動氣象觀測系統的運行，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。除民航空管系統外，全國氣象系統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

[1]裴建勛，姚繼東.吉林省高速公路自動氣象站常見故障分析[J].氣象災害防御，2017（06）：34-37.

[2]袁成松，高巖淵，蘇立永.滬寧高速公路氣象監測系統[J].中國交通信息產業，2006（06）：78-80.

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。