航空气象应用软件设计分析

摘要：航空气象服务在民航运输系统中发挥着重要的作用。研究航空气象应用软件以提高气象信息的准确性，对于提高飞机性能，优化飞行路线，减少由于气象原因引起的飞行事故等都具有十分重要的意义。文章通过研究ACARS系统报文，使用C#编程语言构建了基于ACARS报文的航空气象应用软件。研究成果可以提高高空风温图的准确性和实时性，对于航空公司飞行计划的制作和机组的使用与判断气象信息具有一定参考。

关键词：飞机通讯寻址和报告系统；航空气象；高空风和温度预告图；C#ACARS

（AircraftAddressingandReportingSystem）是一种地-空数据链系统，该系统由飞机系统和地面系统两个子系统组成。ACARS的通信设施能够使飞机成为航空公司运营系统的子系统命令，控制和管理系统。ACARS是航空公司内部数据通信系统不可或缺的组成部分。同样可以利用飞机机载ACARS数据链通讯以及定位功能，实时跟踪飞机，监测ACARS数据链的下传报文。根据航空气象服务需要，从ACARS报文中提取数据，可以获取比一次雷达、二次雷达更丰富的数据，如：垂直高度、风速、温度等[1]。航空气象服务是民用航空运输所必需的重要组成成分之一，是航班运行安全有效保障的必要基础。本文针对目前航空气象预报所使用的主要预报资料“高空风和温度预告图”，选择ACARS报文中的气象信息来制作“高空风和温度预告图”并显示。

1ACARS数据链研究

ACARS报文主要有表1所示的几种类型。在进行ACARS报文的传输时，报文的主体组成部分最大为220个字符，大于220个字符的报文会被系统分成多个部分并分别进行传输，地面设备也会在收到所有部分的报文后再统一对这份报文进行处理。此外ACARS具有两种报文传输的物理链路：VHF链路传输和卫星链路传输。1.1ARINC标准。ACARS规则主要依据ARINC解析标准来制定，AR－INC解析标准主要文件有ARINC618、ARINC620等。AR－INC618文件重点解释了ACARS的电报结构和各组成部分的定义，其中包括全部的空/地报文的格式和其中每一个字段的信息定义。还定义了ISO-5字符集字符的授权使用范围和ACARSMU消息传递协议的优先级多模块处理和ACARS通过甚高频收发器用于音频的传输这样一个功能。ARINC620文件具体介绍了ACARS报文中地/地信息的结构和各组成部分的定义，用来向数据链路用户开发应用程序提供其所需要的信息，对数据传输服务和数据文档的使用提供了相应的指导，并且使链接服务提供商在传输信息时具有一定的标准性[3]，此外ARINC620文件规定了ACARS报文的基本格式，所以当进行对ACARS报文的解析时，可以将报文的报头部分和正文部分分开并分别进行解析。1.2ACARS报文基本结构。ACARS的空/地下行报文和地/空上行报文的格式一般由报头部分、正文部分和BCS校验码部分组成。其基本结构如表2所示。ACARS地-地报文结构如表3所示。1.3高空风和温度预报图。高空风和温度预报图用来显示某一高度上的风速、风向和温度的分布情况，高度的选择为固定的标准等压面高度。在高空风和温度预告图上，风速的单位为节（Kt，海里/小时）；温度的单位为摄氏度（℃）；气压单位为百帕（hPa），这些数据通过风标在图中进行定位标注，不同的风速对应不同的风标，间隔为5节，风向为风标杆所指示的方向。温度显示在风标旁，并不能与风标重叠，当温度小于零度时，去掉负号直接显示数字，当温度大于零度时，在数字前加“＋”或“PS”进行表示[4]。高空风和温度预告图的底图用麦卡托投影方式显示低纬度的地图，用兰勃托投影方式显示中纬度的地图，底图上还会显示所包含范围的经纬线，每隔10°进行标注并显示经纬线的信息[5]。

2基于ACARS数据的航空气象应用软件设计

2.1软件设计流程。软件设计思路如图1所示。2.2软件运行实验分析。所使用的ACARS接收机实时接收200海里范围上空的ACARS信息，并将其按照飞机注册号显示在不同日期的数据库中。所接收的报文将在数据库中保存一个月的时间，直至下一月的同一日期新的ACARS报文将其覆盖更新，数据库如图2所示。在编程环境中，通过数据库AcarsData.Edmx.组建远程连接到数据库，可以方便快捷的获得实时的ACARS数据，进行高空风和温度预告图的制作。（1）运行软件，显示软件窗口，如图3所示。（2）选择要查看的高度，按高度提取数据，可供选择的高度如图4所示。（3）通过“选择时间”窗口，可以选择高空风和温度预告图显示的时间范围。然后点击显示图像，生成所选高度的高空风和温度预告图。如图5所示。（4）除此之外，还可以通过选择提取所有，获得当天所有ACARS数据。如图6所示。通过软件运行得知，该软件能够将接收到的完整的正常报文中的数据顺利提取出所需要的数据，并显示在软件的表格中，并通过其中所需要的信息制作而成了高空风和温度预告图，因此达到了论文开题时的要求。但是由于本软件制作所使用的ACARS数据来自于实验接收机，使得ACARS数据的来源只能是小范围内的区域，所制作而成的高空风和温度预告图也只有这一小块区域有气象信息。因此，想要制作一幅完整的高空风和温度预告图，需要更广泛的ACARS基站去接收更多的ACARS报文。

3结束语

ACARS航空气象数据精准度远高于传统气象观测数据。从ACARS报文中提取航空气象数据，不仅提高了气象数据的准确性，而且提升航空气象数据更新频率，从而使得高空风和温度预告图中的风温信息更加准确可靠。由于大部分的ACARS报文是飞机在飞行航线中由机载ACARS设备发出，所以报文中的气象信息具有地域性、实时性、关联性、环境适应性等特点，具有较高社会经济价值和科研价值。此外，报文中的气象信息大多来自于飞机所飞行的高度层，所制作的高空风和温度预告图可通过软件进行不同高度的选择，告别了以标准等压面高度为选项的传统选择方式，从而可以使高空风和温度预告图的高度选择更加灵活，查询更加方便。随着ACARS与ADS-B的应用融合，可通过实时收集航空气象数据，制作一个实时更新且2D/3D立体化的航空气象数据观察软件，为航空气象决策提供辅助性帮助。

参考文献：

[1]张召悦，韩邦村，高春燕.基于数据融合的ADS-B/ACARS空域监视系统设计[J].航空计算技术，2013，43（04）：91-94.

[2]新一代高空气象探测系统综合业务观测手册[S].北京：中国气象局，中国气象局气象探测中心，2011.

[3]ARINCspecification620-6，Air/groundcharacter-orientedpro－tocolspecification[S].Annapolis：ARINC，2007，11-39.

[4]AP-117-TM-02R1，民用航空气象地面观测规范[S].北京：中国民用航空局，2012.

[5]AP-117-TM-2019-01，民用航空气象预报规范[S].北京：中华人民共和国交通运输部，2019.

作者:李鹏 杨昶 单位:1.民航局空管局技术中心 2.北京航空航天大学