一種空管自動化系統(tǒng)日志圖形化顯示的設計與實現(xiàn)

周奕帆

（民航汕頭空管站，廣東汕頭 515000）

0 引言

萊斯空管自動化系統(tǒng)是當前民航空管主流的空管自動化系統(tǒng)，是空中交通管制運行的關鍵設備，其運行的情況和數(shù)據(jù)處理的過程是當前空管技術保障需要重點關注的關鍵點[1]。雖然，廠家在設計過程考慮了數(shù)據(jù)處理過程的相關記錄功能，提供了大量有效的文本日志，但是文本化的日志依舊是現(xiàn)場排故的一個難點，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)冗余度高、版本關鍵詞不統(tǒng)一、無法形象化體現(xiàn)等特點。本文提出一種日志圖形化顯示的概念，并在實際技術改造中實踐，完成對萊斯自動化系統(tǒng)的日志圖形化顯示設計，可以提高萊斯空管自動化系統(tǒng)日志排故的效率。

1 總體設計

為實現(xiàn)系統(tǒng)的圖形化顯示并加強與現(xiàn)有萊斯自動化系統(tǒng)的對比分析，系統(tǒng)首先需要建立自身的繪制坐標系并完成萊斯地圖文件的處理顯示。另一方面，系統(tǒng)需要根據(jù)萊斯空管自動化系統(tǒng)的日志類型、格式和關鍵詞完成對文本文件的相關處理并根據(jù)處理的結果繪制相應的計劃航跡，顯示相應的數(shù)據(jù)處理狀態(tài)。因此，設計主要分為地圖顯示模塊和數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示模塊。

1.1 地圖顯示模塊

萊斯空管自動化系統(tǒng)的地圖主要由SDD_map.txt 配置顯示，其包括航路、導航臺、報告點、機場、本場的管制區(qū)與外擴管制區(qū)、中國地圖在內的各類地圖，可以滿足現(xiàn)場管制的各類地圖標注和顯示需要。因此，軟件可以對SDD_map.txt進行加載處理顯示，完成系統(tǒng)顯示基礎配置。SDD_map.txt是一個以“標識符+經(jīng)緯度+繪制顯示控制”為格式的文本文件，標識符主要用于定義后續(xù)坐標繪制的方式（直線、弧線、文本以及對應的顏色等），例如APP_BORDER 地圖在文件中的內容如圖1 所示。地圖顯示模塊的功能是將SDD_map.txt地圖文件進行解析并初始化數(shù)據(jù)，通過C#的圖形繪制函數(shù)繪制成背景地圖顯示在主體界面上，完成與現(xiàn)場萊斯空管自動化系統(tǒng)的同步背景配置。

圖1 地圖文本內容

SDD_map.txt地圖文件里面包含多種類型的地圖以及眾多的經(jīng)緯度信息，雖然信息量大，但可以歸結為以下幾類：GV表示直線，GST 表示文本，GSS 表示標符，GA 表示圓弧，跟隨相應的顏色標識變量和對應位置經(jīng)緯度。例如對于內容“GV69 24,10,24N 116,05,24E 23,35,50N 116,24,38E 1 1”，“GV”表示畫直線，“69”表示顏色區(qū)分，“24,10,24N 116,05,24E 23,35,50N 116,24,38E”表示直線兩個端點的經(jīng)緯度。根據(jù)標識，系統(tǒng)可以對SDD_map.txt按行讀取數(shù)據(jù)，主要采用正則表達式獲取經(jīng)緯度參數(shù)[2]，并將所屬經(jīng)緯度參數(shù)進行屏幕坐標轉換，為保持與現(xiàn)場配置一致，控制字段也采用統(tǒng)一的控制設置。

將經(jīng)緯度轉換成屏幕坐標是系統(tǒng)進行地圖繪制與數(shù)據(jù)狀態(tài)圖形化顯示的基礎。在同一經(jīng)度上，緯度每相差1h，對應的實際距離約為111 km，在同一緯度上，經(jīng)度每相差1h，對應的實際距離約為111× cos（緯度）km。本系統(tǒng)以本機場中心點作為系統(tǒng)中心點同時也作為屏幕的中心點，并將本場中心點的經(jīng)緯度用double 類型表示，待轉換點經(jīng)緯度與系統(tǒng)中心點經(jīng)緯度的差值乘以各自的距離單位和縮放比例再加上屏幕中心點坐標，得到轉換后的屏幕坐標。

地圖顯示模塊的流程圖如圖2 所示，在該模塊中，涉及到地圖拖動和地圖縮放的操作。當鼠標控制地圖的拖動時，系統(tǒng)中心點坐標會產(chǎn)生改變，使用全局變量Point map_mouselater 記錄系統(tǒng)中心點的偏移量，并在拖動過程中實時更新系統(tǒng)中心點坐標以及在拖動結束后保存最新的系統(tǒng)中心點坐標。當發(fā)生地圖縮放操作時，對應的縮放比例變量scale會產(chǎn)生改變，改變的值由鼠標滑輪的前后滾動決定，滑輪前滾，scale值增加10，滑輪后滾，scale值減少10，最終影響屏幕坐標p的換算結果。

圖2 地圖顯示模塊

在SDD_map.txt地圖文件中，直線線段的繪制由線段的兩個端點經(jīng)緯度給出的，這也使得大型、不規(guī)則的圖形繪制會占用較多的系統(tǒng)資源和產(chǎn)生較大的時耗，用戶在前端進行地圖的縮放和移動時體驗非常不好。China_map（中國地圖）是里面數(shù)據(jù)量最大的地圖，其通過多個經(jīng)緯度坐標完成海岸線、海島等不規(guī)則的繪制，因此在繪制China_map地圖時，如何快速地加載以及流暢地繪制，是地圖繪制模塊里面的重點。

實際處理過程中，系統(tǒng)可采取隔行讀取數(shù)據(jù)的方式，減少直線的繪制量，雖然會帶來一定精確度上的損失，但是換來了更少量的數(shù)據(jù)處理以及更快的地圖繪制速度。傳統(tǒng)的地圖繪制方式是讀取一行原始地圖數(shù)據(jù)之后進行拆分，取出其中的數(shù)據(jù)項再進行軟件上的繪制，在通過C#內部timer定時器控件完成地圖的實時更新[3-4]。這種繪制方式如若出現(xiàn)China_map類似的大數(shù)據(jù)繪制將會出現(xiàn)界面卡頓的現(xiàn)象，重繪過程較慢。此處將地圖數(shù)據(jù)進行預處理，先將China_map的原始地圖數(shù)據(jù)做格式轉換，以便程序能夠直接讀取數(shù)據(jù)然后直接繪制。

預處理的過程如下：

（1）先將China_map 地圖數(shù)據(jù)從SDD_map.txt 地圖文件中分離出來，單獨生成一個名為China.txt的地圖文件；

（2）隔行讀取China.txt 地圖文件中的地圖數(shù)據(jù)，對每行數(shù)據(jù)進行拆分并提取、轉換數(shù)據(jù)，可提取出用于顏色區(qū)分的數(shù)據(jù)項，將原先用度、分、秒表示的直線兩端的經(jīng)緯度轉換成double類型的雙精度浮點數(shù)，共計5個數(shù)據(jù)，并按行將數(shù)據(jù)寫入另外一個名為China_format.txt的文件；

（3）將China_format.txt文件里的數(shù)據(jù)一次性讀入內存，在繪制時再調用繪制函數(shù)，從內存中一項項讀取數(shù)據(jù)完成繪制。

實驗表明，以民航汕頭空管站SDD_map.txt 的處理為例，如若采用傳統(tǒng)設計方法每次等待地圖加載的時間需要52 s。而采用本方法通過預處理操作后，加載地圖的時間降低至毫秒級，并且地圖繪制時的流暢程度也有了很大的提高。

1.2 數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示模塊

數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示是基于日志分析生成的數(shù)據(jù)組，以是否為聯(lián)程航班為區(qū)分，從中提取計劃航路信息與航路點標牌信息，并以此構造出包含標牌信息的類objectlabel[5-6]，其含航路點名稱、航班號、二次代碼、24 位地址碼、起飛落地機場、飛行計劃狀態(tài)、相關狀態(tài)、實際過點時間等等，每生成計劃航路上的一個點便會聲明一個標牌信息類的對象與之對應，標牌信息與計劃航路信息的獲取則通過遍歷日志分析生成的數(shù)據(jù)組中得到，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示模塊

構造設計objectlabel類，可以將飛機在途經(jīng)各個航路點時所處的飛行狀態(tài)細致地體現(xiàn)出來，在最大化程度上還原飛機在整個飛行途中經(jīng)歷的各種狀態(tài)變化，為后期的故障梳理與排查提供全面和詳細的數(shù)據(jù)依據(jù)。

航路點在每個時刻會生成一個數(shù)據(jù)塊，飛機發(fā)生狀態(tài)改變會生成一個數(shù)據(jù)塊，同一時刻的數(shù)據(jù)塊組成數(shù)據(jù)組，不同時刻的數(shù)據(jù)組構成日志分析的結果。計劃航路通過遍歷日志產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組，從數(shù)據(jù)塊中的過點屬性值獲得各個航路點的名稱構成計劃航路。聯(lián)程航班作為特殊情況做特殊處理，分別生成兩段計劃航路，第一段按順序遍歷數(shù)據(jù)組生成，第二段則從第二個由起飛報生成的數(shù)據(jù)塊之后開始遍歷數(shù)據(jù)組生成。

圖4 標牌與計劃航路顯示

根據(jù)實際工作排故經(jīng)驗，實際過點時間的獲取從第一個由起飛報生成的數(shù)據(jù)塊之后開始遍歷數(shù)據(jù)組，每個航路點對應的數(shù)據(jù)塊中包含日期（date）與時刻（time）兩個時間值，日期值為自動化系統(tǒng)處理航班信息的時間戳，時刻值為飛機預計經(jīng)過該航路點的時間，找到第一次出現(xiàn)time 值比date 值小時，則該time 值為飛機經(jīng)過該航路點的實際過點時間。聯(lián)程航班則分為兩段，以第一個起飛報數(shù)據(jù)塊和第二個起飛報數(shù)據(jù)塊作為分隔分別獲取。

飛行狀態(tài)的獲取包含飛行計劃狀態(tài)status、二次代碼ssr和24 位地址碼s_code。其獲取根據(jù)日志消息生成的規(guī)律，每個航路點的飛行狀態(tài)以該航路點實際過點時間之前并且在時間上與實際過點時間最鄰近的時間戳date 為準，從該date 時刻生成的數(shù)據(jù)塊中獲取飛行狀態(tài)。

標牌的構造分為航路點標牌與非航路點標牌，航路點標牌的構造通過先前獲得的計劃航路點以及對應的實際過點時間和飛行狀態(tài)信息，遍歷數(shù)據(jù)組，找出與上述信息一致的數(shù)據(jù)塊，從該數(shù)據(jù)塊中獲取標牌信息類中定義的各項屬性的值，并生成類對象，各航路點的標牌對象組成航班標牌信息列表。非航路點標牌從飛機發(fā)生飛行狀態(tài)變化時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊獲取構成，當飛行狀態(tài)發(fā)生改變時，會對應生成一個無導航（fix）點即非航路點的數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)塊中包含有狀態(tài)變化標志，當值為true 時，表明飛行狀態(tài)發(fā)生了變化，同時，數(shù)據(jù)塊中含有改變后的新飛行狀態(tài)值。通過遍歷數(shù)據(jù)組，找出各狀態(tài)變化標志值為true 時的數(shù)據(jù)塊，從數(shù)據(jù)塊中獲取相應標牌信息構成非航路點標牌。與此同時，在非航路點標牌構造完成后，需以標牌中的timer值在現(xiàn)有的標牌信息列表中按時間先后順序插入，形成完整的航班標牌信息列表。標牌信息與計劃航路信息的圖形化顯示效果如圖4所示。

2 結束語

本文基于自動化系統(tǒng)日志分析結果，將自動化系統(tǒng)在日志文件里記錄的航班處理操作以圖形化的方式動態(tài)地呈現(xiàn)出來，主要設計分為地圖顯示和數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示，最終通過C#設計實現(xiàn)。經(jīng)過實際的測試使用，設計提高了自動化系統(tǒng)故障排查的效率，可以作為故障智能診斷與排查的工具，具有較強的實用性和較好的推廣意義。