摘要：为保障导航台内导航设备的稳定运行和安全，设计了一套用于监控导航设备运行情况、环境参数的综合运维管理系统。该系统包括门磁、水侵、烟雾、火警、温度、湿度、空调控制、UPS、低压配电、视频和云台等。对该系统结构进行了详细设计，它由硬件监控传感器、视频采集、动环采集服务器、分布式数据库服务器和客户监控终端组成。该系统的数据库采用分布式系统设计，有效减轻了终端的存储压力。该系统的通信部分包括串口数据通信和视频数据通信。为了与监控单元兼容，设计了串口通信调度模块，并制定了通用串口通信协议。用户人机界面设计了用户管理、设备维护、监控监视、报警、系统设置、地图等功能。
关键词：机场；管理系统；集中监控；串口通信
0引言
随着我国经济的高速增长，民航迎来发展的高峰期，全国已建成机场270余个。随着机场安全的要求不断提高，管理水平不断升级，迫切需要数字化、集成化的机场综合运维管理系统［1－4］。导航台是民航机场的重要部分，一个机场配有几个甚至十几个地面导航台为飞机提供导航服务。导航台通过天线为飞机发送位置、方向、距离等导航信息，引导飞机安全着陆。导航台系统包括仪表着陆、DVOR、DME等设备。这些设备由发射机、接收机和控制处理单元组成，配有动力系统和环境检测系统。这些设备对环境温度、湿度、电压等参数有一定要求。一般通过人工定期或随机对设备的工作参数、环境参数进行巡检。这种人工方法存在的问题有：1）需要检测的数据较多，人工法会造成一定的差错，导致对设备状态的误判；2）设备在两次巡检期间发生异常时，处理信息故障不及时，会错过解决故障的最佳时机；3）各个导航台数量较多、分布较分散，部分导航台离机场距离较远，人工成本较高。这可导致导航设备异常运行，进而影响飞机的安全着陆。为解决上述问题，本文设计了一套机场综合运维管理系统。该系统采用远程通信的模式，实时地对导航设备、动环进行集中监控和管理，及时发现异常信息，通知工作人员，保障设备的正常运行，可提升整个导航系统的安全性和监管的实效性，为飞行安全性提供重要支撑。
1系统总体设计
本文设计的综合运维管理系统的总体框图如图1所示。每个机场的规模各异，导航台的数量也不相同，因此要求管理系统具有很好的灵活性。本系统中，硬件采集设备与客户端的链接方式是局域网或者Internet。底层硬件设备与采集设备链接方式是485串口。底层的所有硬件采集设备挂在一个采集传输单元上。这样的一组称之为一个监控单元，每个导航台配备一个监控单元，用户客户端可挂载多个监控单元。
2系统的组成
2．1监控客户端
监控客户端是一套监控管理软件，工作人员可远程对导航台内的设备信息、动环数据进行集中监测和管理，并可进行一定操作。根据需求，可配置一个或多个客户端。每个客户端可通过互联网或局域网对各个监控单元进行监控和操作。通过DCOM技术，系统将监控所得数据分布式地存储于服务器，并独立运营［5］。软件模块包括数据库、通信、业务功能和UI模块，具有用户管理系统配置、报警、设备维护、数据维护、监控和地图等功能。
2．2数字视频环境服务器
数字视频环境服务器（DigitalVideoEnvironmentServer，DVES）由串行数据接口卡和DVS组成，结构框图如图2所示。DVS是嵌入式系统，提供视频数据的采集与传输。该DVS将一些必要的数据处理和传输接口方法、启动、停止、操作接口控制等封装在SDK开发包中。程序员不必过于关心开发包的实现过程，只需知道接口的使用方法和完成接口函数的调用任务即可。串口数据卡由单片机组成，连接方式为RS232接口，即插即用。串口卡提供了6个485总线、8个I／O模块和红外模块。485总线用于低压配电、温湿度监控、空调监控等。I／O模块用于烟雾开关设备，红外模块用于控制空调。485总线可根据客户需求挂载多条总线，每条总线挂载多个设备，组成485网络。串口数据卡还起到中继站的作用，将客户端的采集和控制指令发给底层各个硬件设备，还可将底层的硬件设备应答以统一格式发给监控端。串口数据卡提升了整个系统的灵活性、扩展性和兼容性。
2．3数据库应用服务器
数据库应用服务器采用分布式数据存储结构。因为该系统挂载较多的底层硬件设备，系统需要处理的信息量较大，所以这种方式有效减轻了数据存储的压力，提高了系统的安全性［6］。系统的参数配置、操作日志、报警等都存储于服务器。用户操作与对本机操作是一样的，原因是这种信息的交换是透明的。
2．4底层监控设备
底层监控设备是前端传感器，是数据采集的最前沿，其内容根据用户需求自定义。设备的所有数据均来自于底层硬件设备。底层监控设备的类型较多，包括烟雾、水侵、门磁、UPS、温湿度、空调、低压配电等。
3系统数据通信
系统的数据通信结构如图3所示。该系统数据是由串口数据和视频组成，均通过底层硬件进行采集，按照专用通信协议，通过DVES与底层硬件进行数据通信。摄像头采集的原始视频数据通过DVS压缩后再传给客户端进行处理和显示。客户只需调用SDK接口函数就可完成相关操作。SDK对数据进行了良好的封装，整个操作过程较简单。其他的串口通信相对较复杂。原因是底层硬件设备较多，对设备的有效性、实时性和可靠性的要求较高。DVES在该系统中起到宽口沿拓和数据传输的作用。数据上行通信时，DVES将底层数据上传给客户端；数据下行通信时，DVES将客户端数据指令发送给底层设备。该系统通信协议有两种，一种是底层设备的标准通信协议，用于底层设备与串口通信卡的通信。另一种是自定义的通信协议，用于串口通信卡之间的通信［9］。
4系统客户端软件
系统客户端软件是人机交互的接口，需要具有完善的功能、友好的人机交互界面和良好的维护性。底层的硬件设备传输过来的信息要通过该软件向工作人员展示，工作人员则通过该软件实现对底层硬件的控制。该软件初始化设计界面包括启动监控、停止监控、视频图像、电子地图、报警日志、设备维护、数据维护、系统配置、报警配置、用户管理、密码修改和系统关闭等功能。
5结论
导航台是民航机场重要的建筑设施，导航设备是为飞机提供安全的重要保障设备，导航台和设备的正常稳定运行为飞机安全着陆提供重要保障。本文通过导航台设备以及动环监测的需求，设计了一套机场综合运维管理系统。该系统综合运用了多种可靠性技术，使得系统具有良好的拓展性和安全适用性。这对机场综合智慧管理系统具有一定的借鉴意义。
参考文献：
［1］李熙．双流机场航班信息综合管理系统的设计与实现［D］．北京：北京工业大学，2017．
［2］邹建森．探讨机场安防综合监控管理系统［J］．网络安全技术与应用，2014（3）：146－147．
［3］吴健，陈颖，马希河，等．海航机场设备运行综合管理系统的实施与应用［J］．中国设备工程，2013（11）：20－22．
［4］张建雄．机场安防综合监控管理系统的设计指导思想［J］．中国公共安全，2013（5）：206－209．
［5］张军．分布式系统技术内幕［M］．北京：首都经贸大学出版社，2005：69－74．
［6］陈锐．Delphi分布式多层应用程序开发［M］．北京：清华大学出版社，2002：116－121．
［7］罗军舟，黎波涛，杨明，等．TCP／IP协议及网络编程技术［M］．北京：清华大学出版社，2004：6－9．
［8］周亮，姜胜明，熊晨霖．面向船舶自组网的Semi－TCP研究［J］．计算机工程，2018，44（2）：119－123．
［9］韩利凯．利用Socket进行网络通信程序设计［J］．西安联合大学学报，2002，4（5）：80－83.
作者:曹阳 孟茁 单位:中国电子科技集团公司 第四十七研究所