CN101533106B

CN101533106B - 提取气象数据的方法和装置

Info

Publication number: CN101533106B
Application number: CN2009100808224A
Authority: CN
Inventors: 朱衍波; 张军; 谭锡荆; 刘帆
Original assignee: AVIATION DATA COMMUNICATION Corp; Beihang University
Current assignee: AVIATION DATA COMMUNICATION Corp; Beihang University
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: CN101533106A

Abstract

本发明涉及一种提取气象数据的方法和装置。其中，所述方法包括对飞机报文数据进行特征拆分处理，获取基本特征信息；根据所述基本特征信息，选择与所述飞机报文数据相对应的气象数据提取方法；采用所述气象数据提取方法，从所述飞机报文数据中提取气象数据。本发明通过从飞机报文数据中提取基本特征信息，选择相应的气象数据提取方法从包括气象数据的飞机报文数据中提取气象数据，实现了从飞机报文数据中提取气象数据，从而为国内气象数据获取提供了一条很重要的来源，为国际气象组织提供了更丰富的中国区域内的实时大气气象数据。

Description

提取气象数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种提取气象数据的方法和装置。

背景技术

近年来，从民用航空飞机得到的气象观测资料是高空气象观测的最有效的手段之一。民用航空飞机大部分装备有气象传感器以及比较成熟的自动数据收集和处理系统，可以把飞机在飞行中得到的气象数据自动转播到地面。这些气象数据作为一种气象观测资料源，无论是数量还是精度，都已在现有类型的气象资料源中占有了重要的地位，可以丰富中国现有的实时气象资料库，对提高天气预报的准确率和气象服务能力、水平将起到积极的促进作用。当前，国内民用航空器的数量已经超过1000架，其中能够采集气象数据并下发的飞机占60％到70％左右。以每一架飞机每天执行6个航班计算，则每天有至少有3600(600×6)架次飞机飞行在国内的领空，这些飞机可以采集大量的高空气象数据，供气象部门分析。未来的几年，是国内飞机数量急剧增加的高峰期，预计在2010年增加到1600架，而且所有新增加的飞机，都具有采集气象数据的功能。在可以预计的未来，国内民用航空飞机会提供大量的气象数据，以应用于各种气象领域。

目前，国内通过民用航空飞机来采集气象数据还处于摸索阶段，怎样从民用航空飞机的飞机报文数据中提取气象数据还没有解决方案。

发明内容

本发明提供了一种提取气象数据的方法和装置，用以实现从民用航空飞机的飞机报文数据中提取气象数据。

本发明提供了一种提取气象数据的方法，包括：

对飞机报文数据进行特征拆分处理，获取基本特征信息，所述基本特征信息中包括报文标识和机尾号；

根据所述基本特征信息中的所述报文标识，选择与所述飞机报文数据相对应的气象数据提取方法；

采用所述气象数据提取方法，根据所述基本特征信息中的机尾号，选择模板；其中，所述模板中包括所述气象数据中的气象元素的参数特征信息；

根据所述模板中的所述参数特征信息，从所述飞机报文数据中提取气象数据。

本发明还提供了一种提取气象数据的装置，包括：

获取模块，用于对飞机报文数据进行特征拆分处理，获取基本特征信息，所述基本特征信息中包括报文标识和机尾号；

选择模块，包括第一选择单元，用于根据所述获取模块获取的所述基本特征信息中的所述报文标识，选择与所述飞机报文数据相对应的气象数据提取方法；

提取模块，其包括：

模板数据库，用于存储模板；其中，所述模板中包括所述气象数据中的气象元素的参数特征信息；

第二选择单元，用于根据所述基本特征信息中的机尾号，从所述模板数据库中选择模板；

第一提取单元，用于根据所述模板中的所述参数特征信息，从所述飞机报文数据中提取气象数据。

本发明提供的提取气象数据的方法和装置，通过从飞机报文数据中提取基本特征信息，选择相应的气象数据提取方法从包括气象数据的飞机报文数据中提取气象数据，实现了从飞机报文数据中提取气象数据，从而为国内气象数据获取提供了一条很重要的来源，为国际气象组织提供了更丰富的中国区域内的实时大气气象数据。

附图说明

图1为本发明提取气象数据的方法第一实施例的流程图；

图2为本发明提取气象数据的方法第二实施例的流程图；

图3为本发明提取气象数据的装置第一实施例的结构示意图；

图4为本发明提取气象数据的装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明提取气象数据的方法第一实施例的流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤11、对飞机报文数据进行特征拆分处理，获取基本特征信息；

具体地，对飞机报文数据的报头进行分析，从中提取基本特征信息；

步骤12、根据基本特征信息，选择与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法；

具体地，可以通过反射调用的方式选择气象数据提取方法，例如：配置有若干种气象数据提取方法，将基本特征信息依次发送给该若干种气象数据提取方法，若第一种气象数据提取方法根据基本特征信息确定本方法适用于该飞机报文数据，则选择该气象数据提取方法作为与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法，否则，将基本特征信息发送给第二种气象数据提取方法，依次类推，直到选择出与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法。

步骤13、采用气象数据提取方法，从飞机报文数据中提取气象数据。

本实施例通过从飞机报文数据中提取基本特征信息，选择相应的气象数据提取方法从包括气象数据的飞机报文数据中提取气象数据，实现了从飞机报文数据中提取气象数据，从而为国内气象数据获取提供了一条很重要的来源，为国际气象组织提供了更丰富的中国区域内的实时大气气象数据。

如图2所示，为本发明提取气象数据的方法第二实施例的流程图，在图1 所示技术方案的基础上，步骤11之前还包括如下步骤：

步骤20、接入空地网络，接收飞机数据报文，维护空地网络的网络状态；

具体地，当空地网络发生异常时，记录该异常，并尝试自动修复，若在预设次数内未修复成功，则断线。

在图1所示技术方案的基础上，步骤11中基本特征信息具体可以报文标识，步骤12具体可以为如下步骤：

步骤21、根据基本特征信息中的报文标识，选择与飞机报文数据对应的气象数据提取方法。

例如：当报文标识为POS时，就可以获知该报文为位置报文，从而可以选择与位置报文对应的气象数据提取方法。同理，当报文表示为其他类型的标识时，可以选择相应的气象数据提取方法。气象数据的飞机报文数据具体可以包括DFD-WOB报文(存在多种格式)、WXM报文、ADS报文、位置报告(PositionReport)报文(包括DFD方式生成的位置(Position)报文)和DFD报文(用于发送机参数监视的报文)。其中，前两类报文中包含1个以上气象采集点信息，且报文中包含的时间格式为HHMM，无秒信息；且经度信息和纬度信息不包含秒信息。后三类报文中仅包含1个气象采集点，报文中时间格式会出现HHMMSS格式，即包括秒信息，同时报文中的经度信息和纬度信息会精确到秒级。由于包括气象数据的飞机报文数据包括上述类型的报文，因此，在步骤11后，还可以根据基本特征信息对飞机报文数据进行筛选，将不包括气象数据的飞机报文数据丢弃，以减少后续运算量。

在本实施例中，相应的气象数据提取方法具体可以包括：DFD-WOB报文处理方法、WXM报文处理方法、ADS报文处理方法、以及其他动态报文处理方法(包括位置报告报文、DFD报文及其他任何动态格式报文)。

由于气象数据提取方法可选，因此，本实施例还有另外一个优点：灵活性较强。当出现新的格式的飞机报文数据时，可以添加对应的气象数据提取方法，而对总的流程没有影响。此外，根据实际的应用范围，可以减少可选的气象数据提取方法的个数，从而加快运算速度。

在本实施例中，步骤11中基本特征信息可以包括机尾号，步骤13具体可以包括如下步骤：

步骤22、根据基本特征信息中的机尾号，选择模板；其中，模板中包括气象数据的气象元素的参数特征信息；

对于不同厂家生产的飞机，报文标识相同的报文格式也可能不同，但是根据机尾号可以获知该飞机是哪个厂家生产的。所以，需要根据机尾号识别不同厂家生成的飞机以确定飞机报文数据的报文格式，然后选择对应的模板。模板中包括的气象数据的气象元素的参数特征信息具体可以包括：参数长度、前界定和后界定。其中，参数长度表示气象元素的长度，主要用于在提取气象元素后进行校验；前界定表示该气象元素开始的标识；后界定标识该气象元素结束的标识。例如：某模板中包括风向(wd)和风速(ws)两个气象元素，该模板具体如下：wd(5，wd_，，，)ws(3，ws_，，，)，表示风向的长度为5，前界定为wd，后界定为，，风速的长度为3，前界定为ws_，后界定为，。

此外，由于模板可配置，因此，当出现新的类型的飞机报文数据时，可以相应添加新的模板，增强了本实施例的灵活性。

步骤23、根据模板中的参数特征信息，从飞机报文数据中提取气象数据；

例如：飞机报文数据为：ws_12345，wd_123，，根据模板中的参数特征信息进行匹配，可以获知如下气象数据：风速123.45公里/小时，风向123度。上述只是一个实例，气象数据还可以包括其他气象元素。如表1所示，为气象元素表，除了包括一些必选参数外，还包括一些可选参数。

表1气象元素表

参数

类型

参数

类型

参数

类型

1

机尾号

必须

7

高度

必须

13

观测编号

可选

2

航班号

必须

8

静温

必须

14

湿度

可选

3

飞机所属

必须

9

风向

必须

15

最大风

可选

4

飞行阶段

必须

10

风速

必须

16

倾角

可选

5

纬度

必须

11

日期时间

必须

17

结冰

可选

6

经度

必须

12

总温

可选

在本实施例中，步骤23之后还可以包括如下步骤：

步骤24、将气象数据转化为内部通信协议格式的气象数据内部通信协议报文；

其中，内部通信协议格式可以为XML文件，具体如下：

<？xml version＝″1.0″encoding＝″GB2312″？>

</AMDAR>

步骤25、将气象数据内部通信协议报文转化为预设格式；

具体地，由于飞机机型不同，机载设备的不同，会造成气象数据的格式有所不同，因此需要将各种格式的气象数据进行规范，统一成标准格式，以方便后续的气象数据分析和应用。如表2所示，为需要进行格式转化的气象数据表。

表2需要进行格式转化的气象数据表

编号	元素	格式	单位	说明	需要规范
						1.	机尾号	B-NNNN		保留报文中的机尾号	否
2.	观测编号	BNNN		范围0-999，暂不提供	否
						3.	航班号	AANNNN		飞机航班号	否
4.	飞机所属	A		说明a)	否
						5.	飞行阶段	S		符号，说明b)	是
6.	纬度	ADDMMT	度分	说明c)	是
						7.	经度	ADDDMMT	度分	说明d)	是
8.	日期时间	YYYY-MM-DD HH:MM:SS		可能没有秒	是
						9.	高度	±NNNNN	英尺	正数可忽略正号	是
10.	静温	±NN.N	度	摄氏度	是

11.	总温	±NN.N	度	摄氏度	是
						12.	湿度	NNN	百分比		是
13.	风向	NNN.NN或NNN	度	说明e)	否
						14.	风速	NNN	节		是
15.	最大风	NN	节		是
						16.	倾角	S	标志	说明f)	否
17.	结冰	S	布尔	X为No，Y为Yes	否

a)指明飞机所属区域，可选值有(可扩展)：

M：大陆

F：国外或港澳台

b)飞行阶段对应如下：

A表示爬升

E表示巡航

D表示下降

U表示颠簸

c)A为′N′或′S′，DD为度，MM为分，T为十分之一分，例如：N12345表示，北纬12度34.5分；

d)A为′E′或′W’，DDD为度，MM为分，T为十分之一分，例如：E123456表示，东经123度34.5分；

e)角度0～359.99，可能没有小数位；

f)小于等于5度为G，大于5度为B。

如表3所示，为气象数据格式转化表，在对气象数据进行格式转化时，可以按照气象参数的不同，选择对应的规范统一方法，对气象数据进行转化操作。

表3气象数据格式转化表

编号	元素	原始格式	目标格式
				1.	飞行阶段	一位数字，一位字母或三位字母	三位字母
2.	纬度	ADDMMT或ADD.DDD	ADDMMT
				3.	经度	ADDDMMT或ADD.DDD	ADDDMMT
4.	日期时间	世界时或北京时	世界时
				5.	高度	英尺，百英尺或米	英尺
6.	静温	符号位为±或P/N	度，符号位为±
				7.	总温	符号位为±或P/N	度，符号位为±
8.	湿度	百分比或露点	百分比
				9.	风速	节，公里/小时或米/秒	节
10.	最大风	节，公里/小时或米/秒	节

由于飞机故障、或飞机报文数据发生错误的情况下，虽然能将气象数据提取出来，但是提取的气象数据会发生错误，为了方便后续操作，步骤25之后还可以包括如下步骤：

步骤26、对气象数据进行质量控制；其中，质量控制包括将错误的气象数据丢弃以及将不完整的气象数据丢弃。

例如：风向的范围在0度到360度之间，若提取的气象数据的风向为500度，则可以断定该气象数据为错误的，因此可以将该气象数据丢弃。另外，由于气象数据中的某些气象元素是必选的，因此还可能发生气象数据不完整的情况，此时，这些不完整的气象数据对气象中心而言，参考价值不大，因此可以将这些不完整的气象数据丢弃。

另外，在本实施例中，还可以将质量控制后的气象数据发送到气象单位，供气象单位参考。另外，还可以将这些气象数据存储到数据库中，该数据库中还可以存储所有接收到的飞机报文数据，根据数据库中存储的这些数据可以进行很多统计分析，利用价值也较大。

本实施例通过从飞机报文数据中提取基本特征信息，根据基本特征信息中的飞机标识选择气象数据提取方法，根据基本特征信息中的飞机尾号选择模板，从飞机报文数据中提取气象数据。本实施例可以处理各种不同类型的报文，并兼容以后可能出现的气象报文。此外，本实施例还对各种气象数据进行了标准化格式转化。

本实施例为国内气象数据获取提供了一条很重要的来源，为国际气象组织提供了更丰富的中国区域内的实时大气气象数据。从经济角度来讲，商业民用航空器可以获取大量的气象数据，减少了气象单位自己观测、发射高空气球的数量，极大地节约了气象观测成本。而且，本实施例可以实现高空气象数据的实时处理，提高了气象观测、分析和预告的准确性。

如图3所示，为本发明提取气象数据的装置第一实施例的结构示意图，具体可以包括获取模块31、选择模块32和提取模块33。

其中，获取模块31用于对飞机报文数据进行特征拆分处理，获取基本特征信息；具体地，对飞机报文数据的报头进行分析，从中提取基本特征信息。

选择模块32用于根据获取模块31获取的基本特征信息，选择与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法；具体地，可以通过反射调用的方式选择气象数据提取方法，例如：配置有若干种气象数据提取方法，将基本特征信息依次发送给该若干种气象数据提取方法，若第一种气象数据提取方法根据基本特征信息确定本方法适用于该飞机报文数据，则选择该气象数据提取方法作为与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法，否则，将基本特征信息发送给第二种气象数据提取方法，依次类推，直到选择出与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法。

提取模块33用于采用气象数据提取方法，从飞机报文数据中提取气象数据。

本实施例通过获取模块31获取飞机报文数据的基本特征信息，选择模块32选择与飞机报文数据相对应的气象数据提取方法，提取模块33采用气象数据提取方法，从飞机报文数据中提取气象数据，从而实现了从飞机报文数据中提取气象数据，为国内气象数据获取提供了一条很重要的来源，为国际气象组织提供了更丰富的中国区域内的实时大气气象数据。

如图4所示，为本发明提取气象数据的装置第二实施例的结构示意图，在图3所示技术方案的基础上，本实施例还可以包括接收模块41，用于接入空地网络，接收飞机数据报文，维护空地网络的网络状态；具体地，当空地网络发生异常时，记录该异常，并尝试自动修复，若在预设次数内未修复成功，则断线。

需要说明的是，接收模块41和获取模块31可以在一个模块内实现。

在图1所示技术方案的基础上，获取模块31获取的基本特征信息具体可以报文标识，选择模块32具体可以包括第一选择单元42，用于根据基本特征信息中的报文标识，选择与飞机报文数据对应的气象数据提取方法。例如：当报文标识为POS时，就可以获知该报文为位置报文，从而可以选择与位置报文对应的气象数据提取方法。同理，当报文表示为其他类型的标识时，可以选择相应的气象数据提取方法。气象数据的飞机报文数据具体可以包括DFD-WOB报文(存在多种格式)、WXM报文、ADS报文、位置报告(Position Report)报文(包括DFD方式生成的位置(position)报文)和DFD报文(用于发送机参数监视的报文)。其中，前两类报文中包含1个以上气象采集点信息，且报文中包含的时间格式为HHMM，无秒信息；且经度信息和纬度信息不包含秒信息。后三类报文中仅包含1个气象采集点，报文中时间格式会出现HHMMSS格式，即包括秒信息，同时报文中的经度信息和纬度信息会精确到秒级。由于包括气象数据的飞机报文数据包括上述类型的报文，因此，第一选择单元42还可以根据基本特征信息对飞机报文数据进行筛选，将不包括气象数据的飞机报文数据丢弃，以减少后续运算量。

由于第一选择单元42可以选择气象数据提取方法，因此，本实施例还有另外一个优点：灵活性较强。当出现新的格式的飞机报文数据时，可以添加对应的气象数据提取方法供第一选择单元42进行选择，而对总的流程没有影响。此外，根据实际的应用范围，可以减少可选的气象数据提取方法的个数，从而加快运算速度。

在本实施例中，获取模块31获取的基本特征信息中可以包括机尾号，提取模块33具体可以包括：模板数据库43、第二选择单元44和第一提取单元45。

其中，模板数据库43用于存储模板；其中，模板中包括气象数据中的气象元素的参数特征信息。

其中，气象数据包括的气象元素可以参见表1，在此不再赘述。

第二选择单元44用于根据基本特征信息中的机尾号，选择模板；

对于不同厂家生产的飞机，报文标识相同的报文格式也可能不同，但是根据机尾号可以获知该飞机是哪个厂家生产的。所以，需要根据机尾号识别不同厂家生成的飞机以确定飞机报文数据的报文格式，然后选择对应的模板。模板中包括的气象数据的气象元素的参数特征信息具体可以包括：参数长度、前界定和后界定。其中，参数长度表示气象元素的长度，主要用于在提取气象元素后进行校验；前界定表示该气象元素开始的标识；后界定标识该气象元素结束的标识。

此外，由于模板数据库43中的模板可配置，因此，当出现新的类型的飞机报文数据时，可以在模板数据库43中添加新的模板，增强了本实施例的灵活性。

第一提取单元45用于根据模板中的参数特征信息，从飞机报文数据中提取气象数据。

本实施例中可以包括第一转化模块46和第二转化模块47。其中，第一转化模块46用于将气象数据转化为内部通信协议格式的气象数据内部通信协议报文；第二转化模块47用于将气象数据内部通信协议报文转化为预设格式；

具体地，由于飞机机型不同，机载设备的不同，会造成气象数据的格式有所不同，因此需要将各种格式的气象数据进行规范，统一成标准格式，以方便后续的气象数据分析和应用。需要进行格式转化的气象数据具体可以参见表2，在此不再赘述。

在对气象数据进行格式转化时，可以按照气象参数的不同，选择对应的规范统一方法，对气象数据进行转化操作。具体将气象数据的格式进行的转化可以参见表3，在此不再赘述。

需要说明的是，第一转化模块46和第二转化模块47可以与提取模块33在一个模块内实现。

由于飞机故障、或飞机报文数据发生错误的情况下，虽然能将气象数据提取出来，但是提取的气象数据会发生错误，为了方便后续操作，本实施例还可以包括质量控制模块48，用于对气象数据进行质量控制；其中，质量控制包括将错误的气象数据丢弃以及将不完整的气象数据丢弃。

另外，在本实施例中，还可以将质量控制模块48输出的质量控制后的气象数据发送到气象单位，供气象单位参考。另外，还可以将这些气象数据存储到数据库中，该数据库中还可以存储所有接收到的飞机报文数据，根据数据库中存储的这些数据可以进行很多统计分析，利用价值也较大。

本实施例通过获取模块31从飞机报文数据中提取基本特征信息，第一选择单元42根据基本特征信息中的飞机标识选择气象数据提取方法，第二选择单元44根据基本特征信息中的飞机尾号选择模板，第一提取单元45从飞机报文数据中提取气象数据。本实施例可以处理各种不同类型的报文，并兼容以后可能出现的气象报文。此外，本实施例还可以通过第二转化模块47对各种气象数据进行标准化格式转化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种提取气象数据的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述飞机报文数据中提取气象数据之后还包括：

将所述气象数据转化为内部通信协议格式的气象数据内部通信协议报文；

将所述气象数据内部通信协议报文转化为预设格式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述飞机报文数据中提取气象数据之后还包括：

对所述气象数据进行质量控制；其中，所述质量控制包括将错误的气象数据丢弃以及将不完整的气象数据丢弃。

4.一种提取气象数据的装置，其特征在于，包括：

提取模块，其包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

第一转化模块，用于将所述气象数据转化为内部通信协议格式的气象数据内部通信协议报文；

第二转化模块，用于将所述气象数据内部通信协议报文转化为预设格式。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

质量控制模块，用于对所述气象数据进行质量控制，其中，所述质量控制包括将错误的气象数据丢弃以及将不完整的气象数据丢弃。