基于ACARS數(shù)據(jù)的航空氣象應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

李鵬 楊昶

摘? 要：航空氣象服務(wù)在民航運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。研究航空氣象應(yīng)用軟件以提高氣象信息的準(zhǔn)確性，對(duì)于提高飛機(jī)性能，優(yōu)化飛行路線，減少由于氣象原因引起的飛行事故等都具有十分重要的意義。文章通過(guò)研究ACARS系統(tǒng)報(bào)文，使用C#編程語(yǔ)言構(gòu)建了基于ACARS報(bào)文的航空氣象應(yīng)用軟件。研究成果可以提高高空風(fēng)溫圖的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，對(duì)于航空公司飛行計(jì)劃的制作和機(jī)組的使用與判斷氣象信息具有一定參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)通訊尋址和報(bào)告系統(tǒng);航空氣象;高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖;C#

中圖分類(lèi)號(hào)：V355.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）09-0078-03

Abstract： Aviation meteorological service plays an important role in civil aviation transportation system. The research on aviation meteorological application software to improve the accuracy of meteorological information is of great significance for improving aircraft performance， optimizing flight routes and reducing flight accidents caused by meteorological reasons. In this paper， through the study of message of aircraft communication addressing and reporting system （ACARS）， the aviation weather application software based on ACARS message is constructed by using C # programming language. The research results can improve the accuracy and real-time performance of the high-altitude wind temperature map， and have a certain reference for the production of airline flight plans， the use of units and the judgment of meteorological information.

Keywords： aircraft communication addressing and reporting system （ACARS）; aviation meteorology; upper air wind and temperature forecast chart;

引言? ACARS（Aircraft Addressing and Reporting System）是一種地-空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，該系統(tǒng)由飛機(jī)系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成。ACARS的通信設(shè)施能夠使飛機(jī)成為航空公司運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的子系統(tǒng)發(fā)布命令，控制和管理系統(tǒng)。ACARS是航空公司內(nèi)部數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)不可或缺的組成部分。同樣可以利用飛機(jī)機(jī)載ACARS數(shù)據(jù)鏈通訊以及定位功能，實(shí)時(shí)跟蹤飛機(jī)，監(jiān)測(cè)ACARS數(shù)據(jù)鏈的下傳報(bào)文。根據(jù)航空氣象服務(wù)需要，從ACARS報(bào)文中提取數(shù)據(jù)，可以獲取比一次雷達(dá)、二次雷達(dá)更豐富的數(shù)據(jù)，如：垂直高度、風(fēng)速、溫度等[1]。

航空氣象服務(wù)是民用航空運(yùn)輸所必需的重要組成成分之一，是航班運(yùn)行安全有效保障的必要基礎(chǔ)。本文針對(duì)目前航空氣象預(yù)報(bào)所使用的主要預(yù)報(bào)資料“高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖”，選擇ACARS報(bào)文中的氣象信息來(lái)制作“高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖”并顯示。

1 ACARS數(shù)據(jù)鏈研究

ACARS報(bào)文主要有表1所示的幾種類(lèi)型。

在進(jìn)行ACARS報(bào)文的傳輸時(shí)，報(bào)文的主體組成部分最大為220個(gè)字符，大于220個(gè)字符的報(bào)文會(huì)被系統(tǒng)分成多個(gè)部分并分別進(jìn)行傳輸，地面設(shè)備也會(huì)在收到所有部分的報(bào)文后再統(tǒng)一對(duì)這份報(bào)文進(jìn)行處理。此外ACARS具有兩種報(bào)文傳輸?shù)奈锢礞溌罚篤HF鏈路傳輸和衛(wèi)星鏈路傳輸。

1.1 ARINC標(biāo)準(zhǔn)

ACARS規(guī)則主要依據(jù)ARINC解析標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制定，ARINC解析標(biāo)準(zhǔn)主要文件有ARINC618、ARINC620等。ARINC618文件重點(diǎn)解釋了ACARS的電報(bào)結(jié)構(gòu)和各組成部分的定義，其中包括全部的空/地報(bào)文的格式和其中每一個(gè)字段的信息定義。還定義了ISO-5字符集字符的授權(quán)使用范圍和ACARS MU消息傳遞協(xié)議的優(yōu)先級(jí)多模塊處理和ACARS通過(guò)甚高頻收發(fā)器用于音頻的傳輸這樣一個(gè)功能。ARINC620文件具體介紹了ACARS報(bào)文中地/地信息的結(jié)構(gòu)和各組成部分的定義，用來(lái)向數(shù)據(jù)鏈路用戶(hù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序提供其所需要的信息，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和數(shù)據(jù)文檔的使用提供了相應(yīng)的指導(dǎo)，并且使鏈接服務(wù)提供商在傳輸信息時(shí)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)性[3]，此外ARINC 620文件規(guī)定了ACARS報(bào)文的基本格式，所以當(dāng)進(jìn)行對(duì)ACARS報(bào)文的解析時(shí)，可以將報(bào)文的報(bào)頭部分和正文部分分開(kāi)并分別進(jìn)行解析。

1.2 ACARS報(bào)文基本結(jié)構(gòu)

ACARS的空/地下行報(bào)文和地/空上行報(bào)文的格式一般由報(bào)頭部分、正文部分和BCS校驗(yàn)碼部分組成。其基本結(jié)構(gòu)如表2所示。

ACARS地-地報(bào)文結(jié)構(gòu)如表3所示。

1.3 高空風(fēng)和溫度預(yù)報(bào)圖

高空風(fēng)和溫度預(yù)報(bào)圖用來(lái)顯示某一高度上的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度的分布情況，高度的選擇為固定的標(biāo)準(zhǔn)等壓面高度。在高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖上，風(fēng)速的單位為節(jié)（Kt，海里/小時(shí)）;溫度的單位為攝氏度（℃）;氣壓?jiǎn)挝粸榘倥粒╤Pa），這些數(shù)據(jù)通過(guò)風(fēng)標(biāo)在圖中進(jìn)行定位標(biāo)注，不同的風(fēng)速對(duì)應(yīng)不同的風(fēng)標(biāo)，間隔為5節(jié)，風(fēng)向?yàn)轱L(fēng)標(biāo)桿所指示的方向。溫度顯示在風(fēng)標(biāo)旁，并不能與風(fēng)標(biāo)重疊，當(dāng)溫度小于零度時(shí)，去掉負(fù)號(hào)直接顯示數(shù)字，當(dāng)溫度大于零度時(shí)，在數(shù)字前加“+”或“PS”進(jìn)行表示[4]。高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖的底圖用麥卡托投影方式顯示低緯度的地圖，用蘭勃托投影方式顯示中緯度的地圖，底圖上還會(huì)顯示所包含范圍的經(jīng)緯線，每隔10°進(jìn)行標(biāo)注并顯示經(jīng)緯線的信息[5]。

2 基于ACARS數(shù)據(jù)的航空氣象應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件設(shè)計(jì)流程

軟件設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2.2 軟件運(yùn)行實(shí)驗(yàn)分析

所使用的ACARS接收機(jī)實(shí)時(shí)接收200海里范圍上空的ACARS信息，并將其按照飛機(jī)注冊(cè)號(hào)顯示在不同日期的數(shù)據(jù)庫(kù)中。所接收的報(bào)文將在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存一個(gè)月的時(shí)間，直至下一月的同一日期新的ACARS報(bào)文將其覆蓋更新，數(shù)據(jù)庫(kù)如圖2所示。

在編程環(huán)境中，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)AcarsData.Edmx.組建遠(yuǎn)程連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，可以方便快捷的獲得實(shí)時(shí)的ACARS數(shù)據(jù)，進(jìn)行高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖的制作。

（1）運(yùn)行軟件，顯示軟件窗口，如圖3所示。

（2）選擇要查看的高度，按高度提取數(shù)據(jù)，可供選擇的高度如圖4所示。

（3）通過(guò)“選擇時(shí)間”窗口，可以選擇高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖顯示的時(shí)間范圍。然后點(diǎn)擊顯示圖像，生成所選高度的高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖。如圖5所示。

（4）除此之外，還可以通過(guò)選擇提取所有，獲得當(dāng)天所有ACARS數(shù)據(jù)。如圖6所示。

通過(guò)軟件運(yùn)行得知，該軟件能夠?qū)⒔邮盏降耐暾恼?bào)文中的數(shù)據(jù)順利提取出所需要的數(shù)據(jù)，并顯示在軟件的表格中，并通過(guò)其中所需要的信息制作而成了高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖，因此達(dá)到了論文開(kāi)題時(shí)的要求。但是由于本軟件制作所使用的ACARS數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)驗(yàn)接收機(jī)，使得ACARS數(shù)據(jù)的來(lái)源只能是小范圍內(nèi)的區(qū)域，所制作而成的高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖也只有這一小塊區(qū)域有氣象信息。因此，想要制作一幅完整的高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖，需要更廣泛的ACARS基站去接收更多的ACARS報(bào)文。

3 結(jié)束語(yǔ)

ACARS航空氣象數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。從ACARS報(bào)文中提取航空氣象數(shù)據(jù)，不僅提高了氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且提升航空氣象數(shù)據(jù)更新頻率，從而使得高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖中的風(fēng)溫信息更加準(zhǔn)確可靠。由于大部分的ACARS報(bào)文是飛機(jī)在飛行航線中由機(jī)載ACARS設(shè)備發(fā)出，所以報(bào)文中的氣象信息具有地域性、實(shí)時(shí)性、關(guān)聯(lián)性、環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)，具有較高社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值。此外，報(bào)文中的氣象信息大多來(lái)自于飛機(jī)所飛行的高度層，所制作的高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖可通過(guò)軟件進(jìn)行不同高度的選擇，告別了以標(biāo)準(zhǔn)等壓面高度為選項(xiàng)的傳統(tǒng)選擇方式，從而可以使高空風(fēng)和溫度預(yù)告圖的高度選擇更加靈活，查詢(xún)更加方便。隨著ACARS與ADS-B的應(yīng)用融合，可通過(guò)實(shí)時(shí)收集航空氣象數(shù)據(jù)，制作一個(gè)實(shí)時(shí)更新且2D/3D立體化的航空氣象數(shù)據(jù)觀察軟件，為航空氣象決策提供輔助性幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]張召悅，韓邦村，高春燕.基于數(shù)據(jù)融合的ADS-B/ACARS空域監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航空計(jì)算技術(shù)，2013，43（04）：91-94.

[2]新一代高空氣象探測(cè)系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)觀測(cè)手冊(cè)[S].北京：中國(guó)氣象局，中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，2011.

[3]ARINC specification 620-6， Air/ground character-oriented protocol specification[S].Annapolis：ARINC，2007，11-39.

[4]AP-117-TM-02R1，民用航空氣象地面觀測(cè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)民用航空局，2012.

[5]AP-117-TM-2019-01，民用航空氣象預(yù)報(bào)規(guī)范[S].北京：中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，2019.