民航氣象報文質(zhì)量控制算法的開發(fā)設(shè)計

朱國棟，楊樂，孫少明

民航氣象報文質(zhì)量控制算法的開發(fā)設(shè)計

朱國棟，楊樂，孫少明

（民航新疆空中交通管理局空管中心氣象中心，新疆 烏魯木齊 830000）

按照民航氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的定義和要求，設(shè)計開發(fā)民航氣象報文質(zhì)控與編發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)對民航氣象觀測、預(yù)報及重要氣象情報等報文內(nèi)容的交互編寫、解碼分析及內(nèi)容糾錯告警和要素解析，通過定義完善的質(zhì)量控制算法，降低民航氣象情報在編發(fā)過程中出現(xiàn)錯誤的可能性，提高民航氣象情報的質(zhì)量。

民航氣象報文；質(zhì)量控制；氣象業(yè)務(wù)；機場預(yù)報

1 引言

民用航空氣象業(yè)務(wù)中，民航氣象情報主要包含機場觀測實況（METAR、SPECI）、機場預(yù)報（TAF）、重要氣象情報（SIGMET）以及低空氣象情報（AIRMET）等，其中機場觀測實況主要用于描述機場天氣的實際情況，包括機場的風(fēng)、溫度、氣壓、天氣現(xiàn)象、能見度、云以及RVR等要素的觀測值；機場預(yù)報則主要用于描述未來機場天氣的演變情況，包括風(fēng)、溫度、能見度、天氣現(xiàn)象及云等要素的預(yù)測值；重要氣象情報、低空氣象情報等主要用于描述特定區(qū)域內(nèi)顛簸、積冰、火山灰、熱帶氣旋以及對流等重要天氣的分布、強度變化。

航空公司、機場等民航運行單位通過查閱相關(guān)氣象情報，了解機場天氣、航路天氣的重要變化，為航班計劃的執(zhí)行提供客觀的情報支持，而氣象情報內(nèi)容的準(zhǔn)確與否，對民航航班運行、公司決策有重要影響。

目前中國已有相應(yīng)的系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了對民航氣象報文的定時監(jiān)測，確保相應(yīng)的氣象情報按時準(zhǔn)點編發(fā)，防止氣象情報出現(xiàn)漏發(fā)[1]，尤其是機場觀測報文的編發(fā)，已有相應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺對機場觀測報文的發(fā)布流程進行完整的監(jiān)控[2-4]，同時也具備觀測報文內(nèi)容的質(zhì)量監(jiān)控[5]和內(nèi)容解析[6]，但是缺乏統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺，來實現(xiàn)機場觀測、預(yù)報、重要氣象情報等多種類型的報文質(zhì)量控制、編輯、發(fā)送業(yè)務(wù)平臺的研究，本文嘗試按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，設(shè)計開發(fā)完整的氣象情報糾錯算法，實現(xiàn)對各類氣象情報的質(zhì)量控制和編輯發(fā)送功能，減少氣象情報內(nèi)容的編發(fā)過程中可能出現(xiàn)的錯誤，提高氣象情報發(fā)布質(zhì)量。

2 報文質(zhì)量控制算法的設(shè)計

結(jié)合業(yè)務(wù)平臺開發(fā)要求和業(yè)務(wù)實際應(yīng)用場景的需要，算法使用C#語言進行開發(fā)，依托高效的正則表達式，實現(xiàn)對民航氣象報文的類型判斷、內(nèi)容分解、字段判別、關(guān)鍵字過濾以及報文邏輯關(guān)系判斷，通過可配置的模塊化實現(xiàn)各項功能，并預(yù)留拓展接口，為后續(xù)的報文指控提供擴展接口，確保算法的準(zhǔn)確性、高效性和可擴展性。

具體算法流程，以機場預(yù)報（TAF）為例，整體流程如圖1所示。

圖1 機場預(yù)報質(zhì)量控制流程示意圖

3 質(zhì)量控制算法的實現(xiàn)

3.1 報文類型識別

民航氣象報文主要包含機場觀測、機場預(yù)報以及重要氣象情報等報文類型，每種報文類型內(nèi)容差異巨大，需要設(shè)計匹配不同的質(zhì)量控制算法。因此算法首先需要輸入報文的類型識別，再結(jié)合報文類型啟用不同的糾錯算法。具體實現(xiàn)方法為：通過正則表達式，按照報文內(nèi)容，匹配相應(yīng)的關(guān)鍵字段，具體匹配規(guī)則如表1所示。

表1 報文類型識別

序號類型正則表達式 1機場實況觀測Regex.Match(FCTB.Text， "METAR|SPECI").Success 2機場預(yù)報Regex.Match(FCTB.Text， "TAF ").Success 3重要氣象情報Regex.Match(FCTB.Text， "SIGMET").Success 4低空氣象情報Regex.Match(FCTB.Text， "AIRMET").Success

3.2 報文內(nèi)容分解

在完成報文類型識別后，算法需要拆解一份報文內(nèi)容，通常一份民航氣象報文以“=”符號結(jié)束，不同的字段內(nèi)容使用空格進行分割，為了后續(xù)的報文質(zhì)量控制，算法將通過正則表達式，按照空格或換行符進行拆解，并剔除多余的空格，為后續(xù)報文質(zhì)量控制提供逐個報文字段數(shù)組的支持。

3.3 報文字符識別

民航氣象報文中每個字段都有固定含義，且具備固定的特征、內(nèi)容或字段長度，算法依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民航氣象第6部分電碼》（以下簡稱行標(biāo)）中的定義，按照相應(yīng)的類型報文內(nèi)容，判別每個字段的含義，具體如表2所示。按照行標(biāo)的定義以及實際業(yè)務(wù)工作要求，對報文字段進行逐項比對，識別報文字段的特征屬于那種字段類型，并按照字段類型進行標(biāo)識。機場實況報文字符識別主要規(guī)則按照表2提供的清單進行相關(guān)內(nèi)容的判別，判斷檢查報文字段中字母、數(shù)字以及“+、－、/”符號是否符合行標(biāo)的具體規(guī)定。例如云組信息，云量必須由FEW、SCT、OVC、BKN組成，云高由3位數(shù)字組成，符合則判斷該字段正確。同理可得其他特征字段檢的檢查方法，在此不再贅述。而機場預(yù)報、重要氣象情報識別算法方法相同，此處不單獨羅列具體字符特征。

3.4 報文邏輯關(guān)系判斷

報文字符識別是將逐個報文字段內(nèi)容孤立地進行檢查判斷，但是實際業(yè)務(wù)中的報文內(nèi)容，報文字段前后內(nèi)容是關(guān)聯(lián)存在的，比如溫度與天氣現(xiàn)象、云的高度等信息，所以報文必須進行內(nèi)容的邏輯判斷。

報文字符識別完成后，報文字段被逐個標(biāo)記后，即可進行報文的邏輯關(guān)系檢測。通過篩選、統(tǒng)計行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、氣象要素歷史特征等信息，本算法實現(xiàn)地面平均風(fēng)速與陣風(fēng)、主導(dǎo)能見度與天氣現(xiàn)象、不同云組分布以及最高最低溫度的組合，并分解BECMG和TEMPO中包含的時間轉(zhuǎn)換組，判斷時間轉(zhuǎn)換組是否存在于有效時間內(nèi)，此處以機場預(yù)報為例，羅列相應(yīng)的邏輯檢測內(nèi)容，具體如表3所示。

表2 機場實況報文字符識別

序號字符識別含義實例 1機場代碼報文類型、機場代碼、時間等信息METAR ZWWW 2風(fēng)風(fēng)向、風(fēng)速、陣風(fēng)、風(fēng)向變化范圍18004G10MPS 3能見度能見度具體數(shù)值0800，9999 4天氣參照4678電碼表FZFG，-SHSN 5云云量，云高FEW030CB，BKN033 6RVR跑道視程R07/P2000 7溫度、露點溫度氣溫、露點溫度12/10 8修正海平面氣壓 Q1011 9垂直能見度 VV002 10趨勢預(yù)報機場未來天氣變化趨勢略 11其他項目CAVOK、NSC等略

表3 機場預(yù)報報文邏輯關(guān)系判斷清單

序號檢查內(nèi)容檢查條件錯誤案例 1風(fēng)陣風(fēng)風(fēng)速與平均風(fēng)速絕對差≥5 m/s12010G02MPS 2主導(dǎo)能見度與天氣能見度低于某數(shù)值必須與指定的天氣現(xiàn)象配合出現(xiàn)1200 FG 3多層云分布云高應(yīng)當(dāng)由低到高編報OVC040 BKN020 4溫度排序最高溫度應(yīng)當(dāng)大于最低溫度TX13/09Z TN26/11Z 5溫度極值最高、最低溫度時間應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在報文有效時間內(nèi)0009的TAF報文中出現(xiàn)TX20/08Z TN12/12Z 6BECMG、TEMPO的時間轉(zhuǎn)換組時間轉(zhuǎn)換組應(yīng)當(dāng)在報文有效時間內(nèi)1221的TAF報文中出現(xiàn)BECMG 0809

機場實況與重要氣象情報的邏輯關(guān)系判斷與機場預(yù)報類似，依托報文字符識別后的標(biāo)記，判斷報文字段內(nèi)容前后及要素本身的極值分布，進行相關(guān)的邏輯關(guān)系檢測，確保報文內(nèi)容不存在邏輯上的錯誤。

3.5 報文質(zhì)控信息輸出

本模塊綜合分析報文類型識別、內(nèi)容拆解、字段內(nèi)容識別和報文邏輯關(guān)系的算法輸出信息，結(jié)合業(yè)務(wù)邏輯，將算法全過程的輸出信息進行分析和綜合，進而獲得報文每個字段的報文指控信息，包括文字描述和相應(yīng)的錯誤標(biāo)識信息，同時輸出信息具備完善的文檔，可作為其他業(yè)務(wù)平臺開發(fā)應(yīng)用的輸入信息。

4 質(zhì)控算法的應(yīng)用

民航氣象報文質(zhì)控算法作為民航氣象業(yè)務(wù)通用模塊，可直接作為民航氣象業(yè)務(wù)平臺的基礎(chǔ)支持模塊進行引用，相關(guān)業(yè)務(wù)平臺開發(fā)人員不必重新設(shè)計開發(fā)相關(guān)算法，極大地簡化了民航氣象情報發(fā)布平臺的開發(fā)工作，減少了相應(yīng)平臺的開發(fā)成本。目前，本算法已作為機場報文編發(fā)系統(tǒng)的控件，實現(xiàn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，具體如圖2所示，本系統(tǒng)可自動生成報文的報頭和時間字段，實時檢測預(yù)報人員編輯輸入的字符，自動提示報文內(nèi)容缺失、錯誤部分，并將部分錯誤內(nèi)容進行標(biāo)紅高亮顯示，實現(xiàn)相應(yīng)的糾錯信息可視化。

圖2 民航氣象情報編發(fā)系統(tǒng)軟件示意圖

5 結(jié)論

民航氣象情報的內(nèi)容直接關(guān)系著民航氣象服務(wù)工作的質(zhì)量，報文質(zhì)量控制算法是民航氣象業(yè)務(wù)平臺開發(fā)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，通過算法實現(xiàn)機場觀測、預(yù)報及重要氣象情報等多類型民航氣象報文的質(zhì)量控制，并實現(xiàn)對報文內(nèi)容的解析，為民航氣象業(yè)務(wù)平臺、氣象服務(wù)系統(tǒng)提供高效的算法支持，可直接拓展應(yīng)用到民航氣象報文編發(fā)、業(yè)務(wù)監(jiān)控、報文質(zhì)量評定以及個性化氣象服務(wù)工作，改善民航氣象報文數(shù)據(jù)的分析能力，進而提高民航氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自動化程度。

［1］梁欣，黎巍，俞霄靚，等.基于Shell腳本的氣象報文遲發(fā)漏發(fā)監(jiān)控程序設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機時代，2015（3）：46-49.

［2］朱勍，唐民.民航氣象觀測報文監(jiān)控和反饋系統(tǒng)研究［J］.中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2015，27（2）：77-80.

［3］王健治.民航氣象觀測編發(fā)報系統(tǒng)的開發(fā)及介紹［J］.氣象研究與應(yīng)用，2016，37（1）：101-103，114.

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［5］徐慶，張洋飛.民航氣象觀測報文質(zhì)量檢測系統(tǒng)研究［J］.科技與創(chuàng)新，2018（17）：42-44.

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V321.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.022

2095－6835（2019）20－0053－02

〔編輯：張思楠〕