基于光纤环网的AWOS维护巡检系统架构剖析

李汉沧，姜领军，曲绍君

摘要：本文主要对空管局科研项目“基于光纤环网的AWOS设备实施巡检系统”从开发思路到实际线路铺设及系统配置等进行介绍，项目成果可以实现对自动气象观测系统（简称AWOS）设备自动、快速、安全、有效的巡检维护，能够高效提升民航安全生产效率，项目成果同样适用于各级气象台站综合观测系统的自动维护。

关键词：AWOS;架设;巡检;维护

中图分类号： TN929                                    文献标识码：  A                   DOI编号：   10.14025/j.cnki.jlny.2019.02.059

现在民航气象工作越来越被重视，主要是因为现代民航气象保障工作给民航飞行安全保障带来更高更好的社会和经济效益。民航地面气象探测是航空气象保障的必要条件，气象要素中云况、有效能见度、天气现象、风、温、湿、压等，是机场安全飞行最低运行标准的重要内容，自动气象观测系统（AWOS）是民航气象保障工作中提供上述气象要素的重要探测设备，其在保障航空飞行安全中起到了不可替代的作用。

目前，民用航空机场中AWOS系统大多采用芬兰VAISALA产品。该系统分为室内服务运行系统和室外传感器系统，室外传感器常年在户外运行，受环境影响较大，需要对其进行定期的巡检、监控，为保障自动气象观测系统长期稳定运行，提高运行效益，民航空管局于2013年对“基于光纤环网的AWOS设备实施巡检系统”项目立项，研究对室外传感器系统进行设备维护巡检系统的科研开发，实现自动气象观测系统的实时巡检、监控保障系统，对自动观测系统各类传感器（包括外场UPS电源）以及光纤线路的运行状态和测量数据进行集中检测和监控。将外场传感器状态、维护端口测量数据和UPS电源状态纳入到整个监控系统。

1 设备现有运行现状

民航安徽空管分局部署在新桥机场的AWOS系统主要包括以下外场设备：大气透射仪3套、云高仪2套、自动气象站2套、风向风速仪1套、天气现象仪1套。设备分布在机场跑道旁，安装地点分散、距离分布较远，在平时工作时，维护人员不能在室内对设备进行检测，每次检查要到外场逐点进行操作，各项保障工作都需要参与巡检的人员多、劳動量大、维护时间长、且需配备车辆保障，导致维护成本较高，效益低下。在恶劣复杂的天气条件下，甚至无法进行设备维护。

为保障AWOS系统长期稳定运行，提高设备正常率，降低维护人员劳动量和维护成本，研究开发AWOS系统的实时巡检、监视系统，对AWOS传感器、UPS电源和数据测量进行集中检测、监控就被作为一项科研开发提上日程。

2 AWOS维护巡检系统的总体架构思路

AWOS维护巡检系统架构设计思路是在不影响自动气象观测系统运行的基础上，完成对自动气象观测系统进行实时监控、实时告警、实时轮询系统状态的框架下，建立内场与外场间光纤环网（图1），使用串口服务器将自动气象观测系统传感器和服务器等设备接入自动气象观测系统维护巡检系统，通过服务器（CDU）外发状态数据、UPS状态数据、各外场传感器维护口数据等结果。为本场自动气象观测系统设备运行发展趋势提供辅助决策，为保障自动气象观测正常运行提供数据依据。

为实现维护巡检系统运行方便和可靠，整个巡检系统的底层通信采用TCP/IP模式，将系统维护口、UPS、CDU等传出的串口信号转化成网络信号，传送至维护巡检服务器。实现对机场跑道旁设备的室内维护、操作。

3维护巡检架构的铺设

3.1硬件的选择

AWOS传感器安装在机场跑道旁，离跑道距离近，位置比较分散，设备处于连续不间断运行，维护巡检系统所需设备必须选择可靠性强、适用范围大的网络设备，经过分析比较，市场调研，光纤接入设备考虑用MOXA工业级交换机EDS-405A，它具有很低的故障率，温度适宜范围较大（-40℃～75℃），运行稳定等优点。同时其接入口也能满足所有自动观测系统探测设备的信息接入。

3.2光纤环网的建设

AWOS外场设备集中在四个区域，即北VOR/DME区、北下滑R15、跑道中部MID、南下滑R33。为了保证设备部署的有效性和成本，利用了原AWOS光纤线路的冗余。对原有光纤线路进行了线路规范，统一编号。如：南下滑R33光纤编号为（37-48）共计12芯，原AWOS设备CL31云高仪使用编号为37、38的光纤，MAWS301自动气象站使用编号为39、40的光纤，LT31大气透射仪使用编号为41、42的光纤，计划使用（43、44）、（45、46）芯光纤提供给光纤环网设备EDS405A使用。各芯通过光纤跳线连接使之成为光纤环网的一个组成部分。整个部署利用EDS -405A形成了维护巡检系统的初步环网系统。如图2所示。

3.3自动气象观测系统各设备到光纤网的线路连接

自动气象观测系统各传感器接入光纤环网，必须有设备进行IP地址规划，避免系统数据错乱，由于各传感器自身不带IP地址，为了不影响系统运行，且能实时从各传感器获取数据，在此利用MOXA串口服务器进行系统连接。例如，南下滑区域大气透射仪LT31使用双绞线的橙、橙白、棕三根线连接LT31维护接口的20、21、22引脚（分别为RS232接口的RXD、TXD、GND），三线通过接线端子连接后与串口服务器NPort5250A的接口连接，NPort5250A以太网口使用双绞线与光纤环网设备EDS405A的1口连接进网。云高仪CL31的维护口使用QMZ101维护线对应连接串口服务器NPort5150A的RS232接口，NPort5150A以太网口使用双绞线与光纤环网设备EDS405A的1口连接进网;自动气象站MAWS301通过QMZ101维护线连接COM0维护口接入串口服务器NPort5250A的RS232接口，NPort5250A以太网口使用双绞线与光纤环网设备EDS405A的2口连接进网。如上所述，对中间MID、北下滑R15、北VOR/DME台进行相应的IP配置后，整个设备架设顺利完成。

整个系统设备连接完成后，维护巡检硬件架构能独立于自动气象观测系统外运行（图3所示），在不影响AWOS系统运行的情况下，实时对设备状况进行巡检与维护。

4 维护巡检系统硬件架构能效

维护巡检系统外场硬件设备（光纤交换机、串口服务器、电源等）的安装完成包括光纤线路测试、串口服务器、交换机等设备测试、IP地址的规划等各项工作。

维护巡检系统实时采集自动气象观测系统的数据（CDU、外场传感器和室外UPS实时数据），通过数据能够实时监测设备运行状态;通过维护口实现与传感器的交互，可远程进行传感器相关操作，提高日常运行质量。保障AWOS系统及外场UPS电源的正常运行，每天增加设备巡视次数，不受环境和天气影响。在设备发生预警或故障时能够给予系统维护管理人员及时预警或提示，准确分析故障原因和维护手段。改变了原来值班人员手工定时巡检的工作模式。减少了人力成本，使得对AWOS系统管理真正实现自动化，为设备的维护发展提供决策依据。

5结语

“基于光纤环网的AWOS设备实施巡检系统”项目成果于2015年1月顺利通过民航空管局的科研验收，并已用于实际生产过程中，即系统现场运行过程图，通过该系统的运行，提高了工作效率，增强了设备保障能力。它的投入使用可以帮助设备人员更好的监测了解自动气象观测系统的运行，为设备保障带来了良好的服务效果，提升机场航班安全及效率。除民航空管系统外，全国气象系统具有上千个自动气象观测站，项目成果同样可应用于这些气象台站中，有效地保障了台站观测设备运行服务。

参考文献

[1]裴建勋，姚继东.吉林省高速公路自动气象站常见故障分析[J].气象灾害防御，2017（06）：34-37.

[2]袁成松，高岩渊，苏立永.沪宁高速公路气象监测系统[J].中国交通信息产业，2006（06）：78-80.

作者简介：李汉沧，本科学历，工程师，研究方向：航空气象设备维护保障。