民航氣象業(yè)務(wù)移動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

胡瑋

摘? 要： 針對目前民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控體系中存在的維護(hù)人員活動范圍受限、故障修復(fù)不及時等問題，設(shè)計實現(xiàn)一種基于移動終端的民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。遵循通過移動終端建立異地監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)的思想，文章從模塊設(shè)計和實現(xiàn)思路兩方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程，并針對實現(xiàn)過程中涉及的通過移動端遠(yuǎn)程操控計算機(jī)和保障系統(tǒng)安全性兩個關(guān)鍵點，給出了具體的解決方案。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能一定程度上解決現(xiàn)有監(jiān)控體系存在的問題，實現(xiàn)民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控的動態(tài)化和移動化。

關(guān)鍵詞： 移動應(yīng)用; 異地監(jiān)控; 遠(yuǎn)程維護(hù); 民航氣象; WebSocket; 跨平臺

中圖分類號：TP311.13? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）04-28-04

Abstract： In view of the problems existing in the current civil aviation meteorological service monitoring system， such as the limited range of activities of maintenance personnel， failure repair is not timely and so on， a civil aviation meteorological service monitoring system based on mobile terminal is designed and implemented. Following the idea of establishing remote monitoring and remote maintenance through mobile terminal， this paper expounds the specific implementation process of the system from two aspects of module design and implementation ideas， and gives specific solutions for two key points involved in the implementation process： remote control of computer through mobile terminal and guarantee of system security. The operation results show that the system can solve the problems existing in the monitoring system to a certain extent， and realize the dynamic and mobility monitoring of civil aviation meteorological service.

Key words： mobile apps; remote monitoring; remote maintenance; civil aviation meteorology; WebSocket; cross platform

0 引言

我國民航氣象業(yè)務(wù)屬于航空運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中的一個重要環(huán)節(jié)，對民航的安全飛行起到至關(guān)重要的作用[1-2]。當(dāng)前，民航氣象業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，用戶對氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求越來越多[3-5]。為了滿足氣象服務(wù)的時效性，針對民航氣象業(yè)務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)也越來越多[6-9]，現(xiàn)有的監(jiān)控體系主要是先建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)控規(guī)則，再由計算機(jī)按照規(guī)則運(yùn)行，從而在一定程度上實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控[10-12]。

實時監(jiān)控要求氣象數(shù)據(jù)的維護(hù)人員時刻關(guān)注監(jiān)控終端，只能在相對小的空間范圍內(nèi)活動，而氣象數(shù)據(jù)的迅猛增長要求維護(hù)人員頻繁出現(xiàn)在不同的設(shè)備場所，在更大的空間范圍內(nèi)活動，一旦遠(yuǎn)離監(jiān)控終端，將面臨無法及時接收告警信息，無法第一時間修復(fù)故障點等問題。伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起和5G網(wǎng)絡(luò)的普及[13-15]，為上述問題提供了一個良好的解決方案。

本文設(shè)計實現(xiàn)一種基于移動APP的民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，從根本上解決維護(hù)人員活動范圍受限，無法第一時間修復(fù)故障點等問題，一定程度上實現(xiàn)民航氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的高頻監(jiān)控和異地監(jiān)控，并基于移動設(shè)備的獨(dú)有特性，在系統(tǒng)的安全性、輔助性等方面進(jìn)行優(yōu)化，從而提升設(shè)備維護(hù)效率，更好地保障民航氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行。

1 功能模塊設(shè)計

概括來講，民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控體系主要涉及對各類氣象數(shù)據(jù)和軟件運(yùn)行情況的監(jiān)控，對已發(fā)生故障的及時排查和維護(hù)，以及事后對故障處理過程的記錄。本文遵循系統(tǒng)化設(shè)計理念，將系統(tǒng)功能設(shè)計為業(yè)務(wù)監(jiān)控、一鍵排故、資料查詢、日志記錄四大模塊。

1.1 業(yè)務(wù)監(jiān)控

業(yè)務(wù)監(jiān)控模塊為整個系統(tǒng)的主模塊，是對民航氣象業(yè)務(wù)中各類氣象數(shù)據(jù)、軟硬運(yùn)行情況、環(huán)境狀態(tài)等要素進(jìn)行監(jiān)控，由計算機(jī)按照各要素的監(jiān)控規(guī)則對其監(jiān)控，再通過手機(jī)查看接收各類要素的運(yùn)行狀態(tài)或告警信息。所監(jiān)控范圍涵蓋民航氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)，包括各類氣象資料、民航氣象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)狀態(tài)、跑道自動觀測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)房運(yùn)行環(huán)境、UPS供電、網(wǎng)絡(luò)線路等。

1.2 一鍵排故

一鍵排故模塊是通過手機(jī)對故障進(jìn)行遠(yuǎn)程排查和修復(fù)，具體流程如下：由手機(jī)發(fā)送命令給服務(wù)器，服務(wù)器收到命令后，按照命令要求運(yùn)行相應(yīng)的操作步驟，如對業(yè)務(wù)軟件或系統(tǒng)進(jìn)行重啟、排查線路故障點、找出數(shù)據(jù)中斷點等。從而使維護(hù)人員通過手機(jī)即可在任何地方處理或排查故障，對于簡單的故障能夠第一時間修復(fù)，對于復(fù)雜的故障能夠第一時間找到故障點。

1.3 資料查詢

資料查詢模塊是指維護(hù)人員可以通過手機(jī)查閱需要的維護(hù)文檔。具體以掃描二維碼形式實現(xiàn)：首先對所有文檔資料排序編碼，再對所有編碼結(jié)果進(jìn)行加密，最后將每個文檔的編碼以二維碼形式展現(xiàn)出來。通過手機(jī)掃描二維碼即可獲得所對應(yīng)的文檔編碼，發(fā)回給服務(wù)器從而獲得相應(yīng)的文檔資料。這樣當(dāng)維護(hù)人員需要查閱文檔資料時，使用手機(jī)即可在第一時間獲得相應(yīng)的維護(hù)文檔，從而變相提高維護(hù)效率。

1.4 日志記錄

日志記錄模塊主要用于通過手機(jī)將故障修復(fù)過程以日志形式記錄下來，記錄內(nèi)容包括文字、圖片或視頻，展現(xiàn)形式參照微信朋友圈，并輔以相應(yīng)的查詢功能，目的是當(dāng)維護(hù)人員處理完某個故障后，通過日志將該故障的處理過程記錄下來，以朋友圈形式分享給其他維護(hù)人員，從而達(dá)到信息共享的目的。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)實現(xiàn)遵循充分利用已有業(yè)務(wù)體系，與已有業(yè)務(wù)無縫銜接的原則，盡可能覆蓋所有氣象業(yè)務(wù)的監(jiān)控，本文主要從技術(shù)框架和技術(shù)路線兩方面闡述整個系統(tǒng)的實現(xiàn)思路。

2.1 系統(tǒng)框架

現(xiàn)有的民航氣象業(yè)務(wù)體系主要包括自動氣象觀測系統(tǒng)、顯示或存儲各類氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的軟件和數(shù)據(jù)庫以及對各類氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控的服務(wù)器和終端。將這些已有的軟硬件按照功能類別劃分，并根據(jù)需求增加新的組件，從而將整個系統(tǒng)框架拆分為四層，分別是硬件層、數(shù)據(jù)庫層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層，如圖1所示。

其中，硬件層涵蓋各類傳感器，包括監(jiān)控傳感器（如測量機(jī)房環(huán)境的溫濕傳感器、測量電路的電流電壓傳感器）和民航氣象業(yè)務(wù)已有的自動氣象觀測設(shè)備，這些傳感器主要用于采集各類監(jiān)控數(shù)據(jù)或氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫層包括各類數(shù)據(jù)庫，從類別上分為業(yè)務(wù)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫集群和氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫集群，分別用于存儲硬件層采集的各類監(jiān)控數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。應(yīng)用層是整個系統(tǒng)功能模塊的具體實現(xiàn)，包括實現(xiàn)對各項監(jiān)控規(guī)則程序化封裝的監(jiān)控服務(wù)器，實現(xiàn)發(fā)送短信的短信貓設(shè)備，實現(xiàn)能夠與移動監(jiān)控端和已有的Web監(jiān)控端同步交互的API服務(wù)器，以及面向移動應(yīng)用的移動服務(wù)器和面向網(wǎng)頁的Web服務(wù)器。表現(xiàn)層是面向維護(hù)人員的服務(wù)平臺，是對監(jiān)控結(jié)果的展現(xiàn)，其中，Web終端是已有的氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控顯示窗口，移動應(yīng)用通過應(yīng)用層的API服務(wù)器實現(xiàn)與Web監(jiān)控的聯(lián)動，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與原有業(yè)務(wù)體系的無縫銜接。

2.2 技術(shù)路線

整個系統(tǒng)均采用開源的技術(shù)手段實現(xiàn)，其中，移動APP使用當(dāng)下流行的Html5 Web APP（基于高端機(jī)瀏覽器運(yùn)行）技術(shù)實現(xiàn)，并通過html5+Runtime內(nèi)置的Native.js來調(diào)用手機(jī)終端的原生API，以此實現(xiàn)調(diào)用手機(jī)的底層功能;服務(wù)器搭建主要基于MVC分層開發(fā)的思想，并通過AJAX實現(xiàn)手機(jī)與服務(wù)器的交互;底層數(shù)據(jù)庫主要采用MySQL;數(shù)據(jù)接口使用Web API封裝，供移動終端和Web終端統(tǒng)一調(diào)用，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺交互。

3 關(guān)鍵技術(shù)

在功能設(shè)計和實現(xiàn)過程中，針對本系統(tǒng)的關(guān)鍵點，采取一些特殊的解決方案和技術(shù)手段，具體包括如何實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)功能和如何確保系統(tǒng)的安全性。

3.1 遠(yuǎn)程維護(hù)的實現(xiàn)方案

一鍵排故是本系統(tǒng)的主要組成部分。實現(xiàn)思路是通過移動終端來遠(yuǎn)程操控計算機(jī)，使計算機(jī)根據(jù)操控指令進(jìn)行自我維護(hù)，其技術(shù)難點在于如何建立手機(jī)與故障終端的遠(yuǎn)程交互，以及故障終端如何能根據(jù)接收的命令進(jìn)行自我巡查和修復(fù)。

采用WebSocket通信技術(shù)和對維護(hù)步驟的程序化封裝來實現(xiàn)，通過WebSocket建立服務(wù)器與手機(jī)終端和所有被維護(hù)計算機(jī)的長連接，形成以服務(wù)器為核心的一對多關(guān)系。同時，根據(jù)每個被維護(hù)計算機(jī)發(fā)生故障時排查或修復(fù)方式的不同，以程序化手段實現(xiàn)每個終端遭遇故障后的排查或修復(fù)步驟，不同的終端程序?qū)崿F(xiàn)的功能不同，可以是重啟計算機(jī)或某個軟件，也可以是排查網(wǎng)絡(luò)線路，或者查找缺失的數(shù)據(jù)文件等。所實現(xiàn)的程序作為一個守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行于被維護(hù)計算機(jī)上，其作用是保持該終端與服務(wù)器的長連接，隨時接收服務(wù)器發(fā)送的操作指令，并執(zhí)行相應(yīng)的維護(hù)操作，如圖2所示。當(dāng)維護(hù)人員想對某個終端維護(hù)時，用手機(jī)向服務(wù)器發(fā)送命令，服務(wù)器收到命令后，向?qū)?yīng)終端發(fā)送操作指令，運(yùn)行在該終端上的守護(hù)進(jìn)程收到服務(wù)器發(fā)來的指令后，執(zhí)行相應(yīng)的維護(hù)作業(yè)。

3.2 系統(tǒng)的安全性

在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中需要考慮系統(tǒng)的安全性，由于系統(tǒng)涉及通過手機(jī)遙控業(yè)務(wù)終端的操作，為了確保只有維護(hù)人員才能進(jìn)行該操作，有必要對系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行限制。這里采用密碼驗證、指紋識別、手機(jī)綁定多重認(rèn)證方式來提升系統(tǒng)的安全性。其中，密碼驗證作為第一重認(rèn)證，通過密碼登錄系統(tǒng)后只能使用系統(tǒng)基本功能。指紋識別作為第二重認(rèn)證，根據(jù)關(guān)聯(lián)維護(hù)人員崗位值班表，只有當(dāng)日值班的維護(hù)人員才能獲取特殊權(quán)限，使用一鍵排故之類的限制功能。同時，通過獲取手機(jī)的UUID（通用唯一識別碼）實現(xiàn)手機(jī)綁定，使只有特定的手機(jī)終端才能正常使用該系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計實現(xiàn)的民航氣象業(yè)務(wù)移動監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)有監(jiān)控體系的延伸，解決了維護(hù)人員活動范圍受限，無法第一時間修復(fù)故障點的問題。通過該系統(tǒng)，維護(hù)人員能夠?qū)崟r監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)，在任何時間任何地點掌握氣象業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)了對民航氣象業(yè)務(wù)監(jiān)控的動態(tài)化和移動化管理。系統(tǒng)目前已在青島空管站氣象臺投入使用，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)安全性較好，能有效減輕維護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)，提升維護(hù)效率。同時研究發(fā)現(xiàn)，該套系統(tǒng)擁有較好的兼容性和擴(kuò)展性，不受平臺和業(yè)務(wù)類型限制，未來可以將人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等輔助監(jiān)控手段融入系統(tǒng)中。

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