CN112764970B - 机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机场自动气象观测系统技术领域，且公开了机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统及方法，包括自动气象观测系统传感器和自动气象站传感器，还包括：通信控制器，用于控制数据传输，并把数据传输至第一交换机和数据整合系统；TS16，用于控制数据传输，并把数据传输至第二交换机和数据整合系统；数据整合系统，用于接收、解析、校验码计算、重组数据和数据交叉验证，并将数据转发至第二交换机。本发明利用区块链技术实现了自动气象观测系统数据备份与整合应用，与新建外场传感器的方式相对比，不仅额外实现了传输链路的备份与数据交叉验证，而且完全不用在外场新建传感器，节省了大量的设备成本与基础建设成本。
Description
技术领域
本发明涉及机场自动气象观测系统技术领域，具体为机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统及方法。
背景技术
自动气象观测系统是民航气象的重要系统之一，由芬兰维萨拉公司生产。该系统实时采集机场跑道三端的气象要素，并将采集的数据传输到室内，时刻为管制员提供RVR、修正海压、风向风速、温湿度等气象数据，在保障飞行安全中起着举足轻重的作用。
为了进一步保障用户气象数据的连续性，自动气象站系统作为自动气象观测系统的备份系统在全国机场被广泛建设,两套系统独立运行。由于主备两套系统分别是进口设备与国产设备，终端显示界面存在很大区别，一定程度上分散了管制员的工作精力。同时，自动气象观测系统外场传感器的单机运行，也无时无刻的威胁着航空器的安全飞行。
为了降低自动气象观测系统外场传感器单机运行的风险，传统的解决方案是在外场新建一套传感器，再利用维萨拉公司的备份传感器技术实现自动气象观测系统的数据备份。由于新建外场传感器成本较高，极少有机场实现自动气象观测系统的数据备份。
但是，在实际应用中我们发现，通过新建外场传感器实现自动气象观测系统数据备份仍然存在有以下几个缺点：1、建设所需周期长；2、需要投入的成本太高；3、传输链路不能得到备份；4、数据无法实现备份前的交叉验证。
基于此，我们提出了用区块链技术实现机场自动观测系统数据备份与整合应用方案，把两套完全独立的系统链接起来，通过数据重组、校验、融合等相关技术，实现自动观测系统数据备份与整合，希冀解决现有技术中的不足之处。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统及方法，具备无需在外场新建传感器、成本低、便于实现数据备份的优点。
(二)技术方案
为实现上述无需在外场新建传感器、成本低、便于实现数据备份的目的，本发明提供如下技术方案：机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统，包括自动气象观测系统传感器和自动气象站传感器，还包括：
通信控制器，用于控制数据传输，并把数据传输至第一交换机和数据整合系统；
串口服务器TS16，用于控制数据传输，并把数据传输至第二交换机和数据整合系统；
数据整合系统，用于接收、解析、校验码计算、重组数据和数据交叉验证，并将数据转发至第二交换机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一交换机通过通信控制器与自动气象站传感器建立通讯，并连接有服务器和第一塔台显示，所述第二交换机通过串口服务器TS16与自动气象观测系统传感器建立通讯，并连接有第二塔台显示。
机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，用于机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统，包括以下步骤：
S1：在自动气象站传感器通信控制器后端利用数据分流技术，实现风、温、压、湿度、空气质量和雨量的数据分流，并将分流数据传输至数据整合系统；
S2：利用串口服务器TS16，把自动气象观测系统传感器原始数据传送至数据整合系统；
S3：数据整合系统在指定串口上监听接收自动气象站的原始数据与自动气象观测系统的原始数据，并对其进行数据解析；
S4：利用解析后的自动气象站传感器数据计算校验码；
S5：利用自动气象站传感器原始数据与校验码进行数据重组；
S6：利用自动气象观测系统传感器原始数据对重组后的数据进行对比验证；
S7：如果通过验证，对重组后的数据进行定向转发；
S8：在自动气象观测系统上配置备用传感器对象，以自动气象观测系统传感器的原始数据对象属性为主用传感器数据，以自动气象站传感器数据对象属性为备用传感器数据。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中，数据分流方式使用的是RS232被动接收方式，在通信控制器与数据整合系统之间安装二极管做单向隔离，从而避免异常电流的反向冲击。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S5-S7中，对S5中数据的重组是按照自动气象观测系统传感器的原始数据格式进行重组，重组并验证成功后，数据转发至自动气象观测系统服务器的指定端口，其中转发方式包括自动转发和手动转发。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括：监控在用传感器，具体方法是监控取自主备用原始数据对象的Statuses属性。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统及方法，具备以下有益效果：
本发明基于区块链的概念，利用数据重组、融合、校验等技术实现了自动气象观测系统的数据备份与整合应用，与新建外场传感器的方式相对比，不仅额外实现了传输链路的备份与数据交叉验证，而且完全不用在外场新建传感器，节省了大量的设备成本与基础建设成本，而且项目的建设周期也大大的缩短了。
附图说明
图1为本发明系统架构示意图；
图2为本发明方法流程示意图；
图3为本发明被动接收方式分流自动气象站原始数据的示意图；
图4为本发明风数据整合的示意图；
图5为本发明自动气象站传感器通信控制器原始数据的示意图；
图6为本发明自动气象站传感器原始数据格式的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
请参阅图1，机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统，包括自动气象观测系统传感器和自动气象站传感器，还包括：
通信控制器，用于控制数据传输，并把数据传输至第一交换机和数据整合系统；
串口服务器TS16，用于控制数据传输，并把数据传输至第二交换机和数据整合系统；
数据整合系统，用于接收、解析、校验码计算、重组数据和数据交叉验证，并将数据转发至第二交换机。
本实施例中，所述第一交换机通过通信控制器与自动气象站传感器建立通讯，并连接有服务器和第一塔台显示，所述第二交换机通过串口服务器TS16与自动气象观测系统建立通讯，并连接有第二塔台显示。
请参阅图2，机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，用于机场自动观测系统数据备份与整合应用的系统，包括以下步骤：
步骤1：在自动气象站传感器通信控制器后端利用数据分流技术，实现风、温、压、湿度、空气质量和雨量的数据分流，并将分流数据传输至数据整合系统，不仅实现了室外传感器的备份，同时场内到机房传输链路一定意义上也达到了一定的备份效果；
具体的数据分流方式使用的是RS232被动接收方式，具体的接线方式如图3所示，为了不影响自动气象站系统的正常运行，在通信控制器与数据整合系统之间安装二极管设备做单向隔离，避免异常电流的反向冲击。
步骤2：利用串口服务器TS16，把自动气象观测系统传感器原始数据传送至数据整合系统,数据整合系统采集自动气象观测系统传感器原始数据的目的在于实现数据转发前的交叉对比验证。
步骤3：数据整合系统在指定串口上监听接收自动气象站的原始数据与自动气象观测系统的原始数据，并对其进行数据解析，如图5所示，即为数据整合系统接收到的自动气象站传感器通信控制器的原始数据，如图6所示自动气象站传感器原始数据格式。
步骤4：利用解析后的自动气象站数据计算校验码；
为了防止数据传输过程中被第三方篡改，自动气象观测系统传感器原始数据传输过程中使用了CRC校验算法，校验码是自动气象观测系统原始数据的一部分，数据重组之前必须算出校验码。
步骤5：利用自动气象站传感器原始数据与校验码进行数据重组；
接下来，需要对提取到的自动气象站的各个数据项与计算得到的校验码按照自动气象观测系统原始数据格式进行定制重组。
以风数据为例：自动气象观测系统数据格式$PAMWV,220,R,006.7,M,A*30，其中$:信息头，PA:ID,MWV:固定字符，220：瞬时风向，R:相对风向，006.7：瞬时风速，M:风速单位，A:数据状态(有效)，*：间隔符号，30：PAMWV,220,R,006.7,M,A校验和。
自动气象站传感器原始数据：瞬时风向249，瞬时风速12.5。
重组完成的自动气象观测系统传感器原始数据：$PAMWV,249,R,012.5,M,A*CRC+“校验和”。
其中校验和＝PAMWV,249,R,012.5,M,A的CRC8校验＝38，所以转换成的自动气象观测系统传感器原始数据为$PAMWV,249,R,012.5,M,A*38,如图4所示。
步骤5：利用自动气象观测系统传感器原始数据对重组后的数据进行对比验证；
为了进一步保障重组数据的准确性，数据完成重组之后，利用自动气象观测系统传感器的原始数据对重组后的自动气象站数据进行对比验证。只有自动气象站传感器数据与自动气象观测系统传感器原始数据的差值在预先设定的阈值范围之内，才认定重组的数据为有效数据。否则，将其认定为无效数据并丢弃。
步骤7：如果通过验证，对重组后的数据进行定向转发；
数据重组并验证成功之后，数据整合系统立即会把转换完成的原始数据以UDP的方式通过网络转发给自观系统服务器CDUC与CDUD的指定端口，给其提供备份传感器原始数据，数据整合系统提供了自动转发与手动转发，自动转发是实时的对转换格式后的数据进行转发，手动转发是根据用户需要进行手动选择转发。
步骤8：在自动气象观测系统上配置备用传感器对象，以自动气象观测系统的原始传感器对象属性为主用传感器数据，以自动气象站传感器对象属性为备用传感器数据；
以风数据为例，现在自动气象观测系统CDU已经收到了自动气象观测系统与自动气象站的两路数据，接下来需要通过修改CDU的配置，让CDU把自动气象观测系统传感器原始数据做为主用传感器数据，自动气象站传感器数据作为备用传感器数据，当主用数据中断时，自动切换到备用传感器数据。
首先，在配置文件PORTS.INI中定义一个虚拟端口NET36，用来接收自动气象站外场备用风传感器数据；
其次，在配置文件SENSORS.INI中定义备用风传感器原始数据对象1_WIND_SENSOR_BF，用于存储备份风传感器原始数据；
然后，新建一个热备后的风传感器数据对象1_WIND_SENSOR_DUAL，其第一数据源设置为自动气象观测系统主用的传感器对象，第二数据源设置为自动气象站的备份传感器对象；
最后，把参与计算的风传感器设置为1_WIND_SENSOR_DUAL，也就是主用对象1_WIND_SENSOR优先参与计算，当主用对象数据异常时，备份对象1_WIND_SENSOR_BF参与风数据计算。
这样一来，当主用传感器故障时，1_WIND_SENSOR_DUA对象的Selected sensor自动切换到了备份对象1_WIND_SENSOR_BF，保障了数据的不间断性。
实现了自动气象观测系统数据备份以后，场内传感器故障以后，在客户端与服务器上就不能明显的得到体现，故障就变得隐蔽起来。所以，开发新的监控系统变得非常必要。
具体方法是：监控在用传感器，通过监控取自主备用原始数据对象的Statuses属性，来判断主备传感器的故障与否。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在自动气象站传感器通信控制器后端利用数据分流技术，实现风、温、压、湿度、空气质量和雨量的数据分流，并将分流数据传输至数据整合系统；
S2：利用串口服务器TS16，把自动气象观测系统传感器原始数据传送至数据整合系统；
S3：数据整合系统在指定串口上监听接收自动气象站的原始数据与自动气象观测系统的原始数据，并对其进行数据解析；
S4：利用解析后的自动气象站数据计算校验码；
S5：利用自动气象站传感器原始数据与校验码进行数据重组；
S6：利用自动气象观测系统传感器原始数据对重组后的数据进行对比验证；
S7：如果通过验证，对重组后的数据进行定向转发；
S8：在自动气象观测系统上配置备用传感器对象，以自动气象观测系统传感器的原始数据对象属性为主用传感器数据，以自动气象站传感器数据对象属性为备用传感器数据；
其中，通信控制器，用于控制数据传输，并把数据传输至第一交换机和数据整合系统；
串口服务器TS16，用于控制数据传输，并把数据传输至第二交换机和数据整合系统；
数据整合系统，用于接收、解析、校验码计算、重组数据和数据交叉验证，并将数据转发至第二交换机。
2.根据权利要求1所述的机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，其特征在于：所述第一交换机通过通信控制器与自动气象站传感器建立通讯，并连接有服务器和第一塔台显示，所述第二交换机通过串口服务器TS16与自动气象观测系统传感器建立通讯，并连接有第二塔台显示。
3.根据权利要求1所述的机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，其特征在于：所述步骤S1中，数据分流方式使用的是RS232被动接收方式，在通信控制器与数据整合系统之间安装二极管做单向隔离，从而避免异常电流的反向冲击。
4.根据权利要求1所述的机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，其特征在于：所述步骤S5-S7中，对S5中数据的重组是按照自动气象观测系统传感器的原始数据格式进行重组，重组并验证成功后，数据转发至自动气象观测系统服务器的指定端口，其中转发方式包括自动转发和手动转发。
5.根据权利要求1所述的机场自动观测系统数据备份与整合应用的方法，其特征在于：还包括：监控在用传感器，具体方法是监控取自主备用原始数据对象的Statuses属性。
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