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AWOS

第六章民航气象自动观测系统（AWOS）

6.1AWOS系统介绍

气象自动观测系统（AWOS）是根据国际民航组织和世界气象组织的技术标准，旨在提高机场地面气象观测自动化，提高危害性天气预警的时效和准确率而开发的业务工作系统。

随着民航事业飞速发展和现代化水平不断提高，目前我国许多大中型机场都装备了气象自动观测系统，该系统已成为空管重要安全保障设备之一，同时也是与机场运行等级标准直接相关的必不可缺的重要设备。

AWOS系统实时、连续、稳定地自动探测、采集、处理、显示跑道周边及其延长线范围内的多种气象要素以及其他与航空飞行安全有关的天气状况。

主要包括气象光学能见度、跑道视程、风向、风速、场压、修正海压、云底高度、垂直能见度、温度、湿度、露点、降水量、跑道状况、闪电信息等精确及最大可靠性的气象数据。

此类数据为空中交通管制部门、航空营运人和其它驻场用户提供参考或决策使用。

气象观测人员通过AWOS的观测终端发布实况报、特殊报告；气象预报人员通过AWOS的预报终端了解气象要素的当前值、平均值和24小时最大、最小值；各气象要素探测值还可以通过AWOS系统远程接入的方式以及航站自动情报服务（ATIS）的方式提供给飞行管制部门和飞行中的机组人员，也可为其它计算机系统发布实时数据信息；AWOS数据还可以为航空气象预报、气象科学研究提供依据，为机场气候分析积累历史资料；另外AWOS提供的云高、跑道视程以及AWOS本身的完好性是机场运行标准及实施不同类别精密进近的重要依据。

6.2系统组成

AWOS系统由传感器、中央处理单元、用户终端、电源、数据传输、打印设备等硬件和系统软件、应用软件构成。

传感器包括：

风向传感器、风速传感器、气压传感器、温度传感器、相对湿度传感器、雨量传感器、云高仪、大气透射仪或前向散射仪、背景光亮度传感器、道面传感器等。

用户终端包括：

观测工作站、预报工作站、其它工作站（包括空中交通管制显示工作站、机场用户工作站、航空用户工作站）、维护工作站、数字显示器和风显示器等。

数据传输硬件包括：

数据采集模块、数据处理模块、传感器与数据采集模块之间的电缆或光纤通信链路、用户终端与中央处理单元的传输链路等。

系统软件与应用软件包括：

数据处理软件、用户应用软件、维护软件等。

AWOS系统典型组成：

图6.1AWOS系统结构图

6.3系统功能

民用航空自动气象观测系统具有测量或计算气象光学视程（MOR）、跑道视程（RVR）、风向、风速、气压、气温、湿度、降水、云等气象要素的功能；按不同跑道分别显示气象观测要素的功能；通过航空固定电信网（AFTN）发送报文的功能；通过有线和无线的通信方式远程传输实时数据及系统监控信息的功能；存储一年以上气象实时数据、报文等信息的功能；对存储的历史资料查询、显示、统计、检索、输出等功能；具有GPS授时或与外部无线电广播基准信号时钟同步功能；具有整体运行状态、传感器工作状态等监控信息及系统日志的显示、告警、存储、查询等功能；显示系统测量和计算的实时气象要素的功能；兼容和被兼容其他观测设备、民用航空气象信息系统和民用机场气象观测资料处理系统等设备或系统的功能；中文界面支持的参数配置、数据显示、报文发送、信息查询等功能。

6.3.1系统性能

民用航空自动气象观测系统应当具有24小时连续工作的能力，系统稳定工作时间应当大于15年；平均故障间隔时间（MTBF）应当大于4500小时；其重要部件的平均故障间隔时间（MTBF）应当大于26300小时；平均故障修复间隔时间（MTBF）应当小于0.5小时；且传感器的支撑杆应当具有易折性。

6.3.2测量性能

民用航空自动气象观测系统风向传感器：

测量范围：

0度-360度；

分辨力：

1度；

最大允许误差：

5度；

启动风速：

小于或等于0.5米/秒；

民用航空自动气象观测系统风速传感器：

测量范围：

0米/秒-75米/秒；

分辨力：

0.5米/秒；

最大允许误差：

0.5米/秒（风速小于等于5米/秒时）或风速的10%（风速大于5米/秒）；

启动风速：

小于等于0.5米/秒；

民用航空自动气象观测系统气压传感器：

测量范围：

500百帕-1100百帕；

分辨力：

0.1百帕；

最大允许误差：

0.3百帕；

民用航空自动气象观测系统气温传感器：

测量范围：

-80摄氏度-+60摄氏度；

分辨力：

0.1摄氏度；

最大允许误差：

0.2摄氏度；

民用航空自动气象观测系统湿度传感器：

测量范围：

0%-100%；

分辨力：

1%；

最大允许误差：

3%；

民用航空自动气象观测系统雨量传感器：

测量范围：

0-500毫米；

分辨力：

0.1毫米；

最大允许误差：

0.4毫米（降雨量小于等于5毫米时）或

降雨量的2%（降雨量大于5毫米时）；

民用航空自动气象观测系统云高仪：

测量范围：

0米-3000米；

分辨力：

10米；

最大允许误差：

10米（云底高小于等于100米时）或云

底高的10%（云底高大于100米时）；

民用航空自动气象观测系统测量气象光学视程（MOR）并计算

跑道视程（RVR）：

MOR测量的范围：

0米-10000米；

MOR分辨力：

1米；

MOR最大允许误差：

50米（MOR小于等于600米时）或MOR的10%（MOR大于600米且小于等于1500米时）；或MOR的20%（MOR大于1500米时）；

RVR报告范围：

0米-2000米；

RVR分辨力：

1米；

RVR最大允许误差：

10米（RVR小于等于400米时）或25米（RVR大于400米且小于800米时），或RVR的10%（RVR大于800米时）；

民用航空自动气象观测系统背景光亮度传感器：

测量范围：

4坎德拉/米-30000坎德拉/米；

最大允许误差：

亮度的10%；

6.3.3系统用户终端

民用航空自动气象观测系统用户终端包括：

观测用户终端、预报用户终端、其他用户终端（包括空中交通服务部门、机场运行管理部门、航空营运人等用户终端）、系统监控终端等。

管制塔台终端和机场运行管理终端：

（1）跑道接地地带、中间地带、停止端的风向、风速：

瞬时值（包括跑道方向的顺风和逆风、垂直跑道的侧风）、2分钟平均值（包括最小值、最大值、阵风、跑道方向的顺风和逆风、垂直跑道的侧风）；

（2）云底高度：

云高仪测量的云底高度值；

（3）能见度：

1分钟平均MOR值，1分钟平均的跑道方向能见度值（VIS）；

（4）跑道接地地带、中间地带、停止端的跑道视程：

以实际跑道灯光强度计算的1分钟平均跑道视程值、跑道灯光强度参数；

（5）气压：

修正海平面气压（QNH）、场面气压（QFE）；

（6）气温、相对湿度、露点温度；

（7）降水：

日降水量（协调世界时）、1小时内的降水量；

（8）人工输入的天气现象和云底高度值；

观测、预报用户终端及系统监控终端：

（1）跑道接地地带、中间地带、停止端的风向、风速：

瞬时值（包括跑道方向的顺风和逆风、垂直跑道的侧风）、2分钟平均值（包括最小值、最大值、阵风、跑道方向的顺风和逆风、垂直跑道的侧风）、10分钟平均值（包括最小值、最大值、阵风、跑道方向的顺风和逆风、垂直跑道的侧风）；

（2）云底高度：

云高仪测量的云底高度值；

（3）能见度：

1分钟平均MOR值、10分钟平均MOR值，1分钟和10分钟平均的跑道方向能见度值（VIS）；

（4）跑道接地地带、中间地带、停止端的跑道视程：

10分钟内的1分钟平均最小值和平均最大值、跑道灯光强度参数、以实际跑道灯光强度计算的1分钟平均跑道视程值、以最大（100%）跑道灯光强度计算的10分钟平均跑道视程值；

（5）气压：

修正海平面气压（QNH）、场面气压（QFE）；

（6）气温、相对湿度、露点温度、日最高和最低气温、最高和最低气温出现的时间（协调世界时）；

（7）降水：

日降水量（协调世界时）、1小时内的降水量；

（8）人工输入的天气现象和云底高度值、主导能见度值；

其它用户终端：

（1）跑道接地地带、中间地带、停止端的风向、风速：

（2）云底高度：

云高仪测量的云底高度值；

（3）能见度：

1分钟平均MOR值、10分钟平均MOR值，1分钟平均的跑道方向能见度值（VIS）；

（4）跑道接地地带、中间地带、停止端的跑道视程：

（5）气压：

修正海平面气压（QNH）、场面气压（QFE）；

（6）气温、相对湿度、露点温度、日最高和最低气温、最高和最低气温出现的时间（协调世界时）；

（7）降水：

日降水量（协调世界时）、1小时内的降水量；

（8）人工输入的天气现象和云底高度值、主导能见度值；

6.4系统配置

AWOS系统可以按机场的不同规模配置，系统可分为3个类型：

冗余、单CDU和单机系统。

这种分类由系统中的CDU数量和CDU是否同时作为工作站决定，系统的配置是按照每个机场的特定用户要求作出的。

主要有包含工作站的单CDU系统、不包含工作站的单CDU系统、包含两个CDU的冗余系统。

包含工作站的单CDU系统

包含工作站的单CDU系统包含一个安装在单独计算机上的CDU以及至少一个工作站。

图6.2包含工作站的单CDU系统图

不包含工作站的单CDU系统

不包含工作站的单CDU系统包含一个CDU，而不包含单独的工作站。

该CDU充当工作站。

图6.3不包含工作站的单CDU系统图

包含两个CDU的冗余系统

在冗余系统中，两个中央数据单元处理的数据相同。

如果其中一个CDU发生故障，则另一个CDU将继续运行，而不会对系统性能产生任何影响。

CDU也可以用作最终用户工作。

图6.4包含两个CDU的冗余系统

6.4.1系统配置

根据需求，AWOS针对每个机场单独配置。

常用AWOS组件见表6.1。

表6.1AWOS组件

组件

备注

传感器

基本组件

数据采集器

可选组件，适用于大型系统

中央数据单元

基本组件，一个或两个

LAN

基本组件

工作站

可选组件，通常有一个或多个

不间断电源

可选组件

日志打印机

可选组件

至外部系统的数据输出

可选组件

AFTN接口

基本组件

数字显示器DD50

可选组件

风显示器WD50

可选组件

数据库

可选组件

跑道灯光设置单元

可选组件

6.4.2传感器

系统中传感器的数量和类型取决于AWOS系统的配置。

AWOS系统可以包括模拟传感器和数字传感器。

来自模拟传感器的信号通过数据采集器（如自动气象站MILOS520或MAWS）或数字变送器（如WT500）传送到AWOS，来自数字传感器的信号直接通过串行线传送到AWOS。

AWOS系统中典型的测量参数包括云高、压力、温度、风速和风向以及能见度。

表6.2列出了系统中可以配置的传感器，以及它们测量的参数。

表6.2系统可配置的传感器

类型

测量参数

云高仪CT25K\CL31

云底高度、垂直能见度

感雨器DRD12

降水及强度

气压计DPA503

气压

前向散射仪FD12

水平能见度

天气现象传感器FD12P

水平能见度、当前天气、降水

温湿探头HMP45\HMP155

温度和相对湿度

背景光亮仪LM21

背景光亮度

大气透射仪MITRAS\LT31

水平能见度

数字气压计PTB220\PTB330

气压

雨量传感器RG13\RG23

降水量

风速传感器WAA151

风速

风向传感器WAV151

风向

超声风传感器WS425\WMT700

风速、风向

道面传感器ROSA

跑道面状态

6.4.3冗余传感器

系统中每个传感器都可以有一个备份传感器，用于在主传感器出现问题时为系统提供数据。

6.5数据传输

6.5.1传感器运行模式

传感器可采用两种模式运行：

轮询模式或自动发送模式。

在自动发送模式下，传感器会定期向CDU发送数据信息，如每30秒发送一次。

在轮询模式下，CDU将首先向传感器发送一个请求（轮询信息），然后传感器向CDU发送一条信息进行响应。

6.5.2数据采集器

小型机场，可以将AWOS传感器直接连接到CDU。

在大型机场，使用一个或多个中间数据采集器可提供一种方便的方法将大量传感器连接到CDU。

例如，自动气象站（如MILOS520）就是一个数据采集器。

6.5.3中央数据单元（CDU）

中央数据单元（CDU）可从传感器中收集数据，计算和检查气象参数，对某些值进行舍入，并将这些值转换为相应的测量单位。

然后，CDU向用户工作站发送数据。

CDU硬件组件

CDU计算机包括一组硬件组件，其中包含高性能处理器以及足够的内存和磁盘空间。

确切的大小和数量取决于所提供的特定系统的要求。

CDU软件组件

CDU包括以下软件组件（最低级别）：

操作系统，例如Windows®Server2003、Windows®XP

（工作站）或Windows®2008Server

串行通信适配器的设备驱动程序

AWOS系统程序（服务和其他应用程序）

AWOS配置文件（INI文件、UI文件）

TCP/IP协议网络软件

为了使系统可靠性达到最大，也可以冗余AWOS系统。

6.5.3.1UPS

不间断电源（UPS）对于确保系统高可用性非常重要。

客户也可以使用自己的装置来确保提供不间断电源。

6.5.3.2LAN

应用程序之间的通信基于TCP/IP协议。

在包括多个工作站的系统中，工作站之间通过局域网（LAN）连接。

串行/LAN适配器使用串行协议与传感器通信，然后将这些信息转换为LAN（TCP/IP协议）。

6.5.3.3工作站

根据不同用户的需求我们可以配置不同类型、不同数量的工作站。

例如：

观测工作站、预报工作站、管制工作站以及维护工作站等。

有关工作站类型和软件应用程序的更多信息，请参见工作站类型一节。

6.5.3.4AFTN接口

AWOS包含到AFTN线路的串行连接，气象报告将通过此连接进行分发。

6.6系统硬件、软件架构

6.6.1CDU与传感器的连接

CDU上的接口使用RS－232异步串行连接，接入的串行线数目没有特别限制。

在远距离传感器数据传输时，一般使用调制解调器承载数据。

其它可以选择的是RS－485，光纤调制解调器，电流环路和UHF无线传输。

图6.5远距离传输通讯图

6.6.2AWOS软件结构

图6.6AWOS软件结构图

6.6.3CDU软件

AWOS中的CDU软件可分解为大量的Windows服务，这些服务是后台进程，在操作系统启动时自动开始运行，这样就无需用户启动AVIMET系统。

输入/输出服务控制数据流入或流出跑道传感器。

该系统同时监测自动气象站、数据变送器和传感器本身的运行状态。

该服务的核心任务是报告数据的校验，同时AFTN数据传输以及数字化显示器的控制也由该服务负责。

气象计算服务校验输入的测量数据，并推导出附加的参量（如QNH、RVR等），这些参量可以用于其它的服务或最终用户的应用程序。

排错服务校验数据并控制报警进程。

警告可以由气象计算服务（参数超出界限），输入/输出服务（无效或丢失信息）以及排错服务本身（无效的参数值组合）所触发。

信息生成服务用来定时并产生气象报告（METAR、SPECI、SYNOP、TAF、SIGMET）。

数据存储服务用来将测量及计算数据、系统告警和外传的报告存储在CDU的硬盘中。

6.6.4用户软件

AviMet软件由两组应用程序组成：

最终用户应用程序和系统维护应用程序，均是系统故障排除所需的工具。

每组中许多应用程序无论在功能上或显示方式上都是可以设置的，所以最终形式由跑道和传感器的设置决定。

最终用户应用程序：

显示当前气象数据（WeatherView）。

发送气象报告（例如METAR/SPECI）。

异常情况下，用手动输入数据替换自动传感器数据（Actuals、DataSourceManager）。

查看以往气象数据（ASCIILogView、HistoryMonitor）。

监视系统事件信息（EventMonitor）。

此外，还有用于管理报告和气象数据内容、来源及发送的应用程序。

系统维护应用程序：

用户可以执行日常的系统监视任务，还可以在需要时进行故障检测。

监视系统事件信息（EventMonitor）。

查看系统状态（DiagnosticMonitor）。

查看传感器数据传输（SensorIOMonitor）。

与外场传感器通讯（SensorTerminal）。

下面表格6.3中定义了各种应用程序的不同配置，应该注意到有些应用并非一直有效，有些应用程序是选件而非标准配置。

表6.3不同工作站的应用程序配置表

应用程序

OWS

FWS

RCM

ApplicationToolbar应用程序工具栏

－进入已安装应用程序的快捷方式

WeatherView气象数据显示

－实时显示数据

Actual实际值

－人工数据输入

ASCIILogView记录显示

－读取硬盘存储数据

EventMonitor事件监测

－监测系统事件计警报

SensorTerminal传感器终端

－传感器服务

SensorIOMonitor传感器IO监测

－监测传感器通信

METAR/SPECItemplate模板（选项）

－METAR/SPECI报告编辑功能

SYNOPtemplate模板（选项）

－SYNOP报告编辑功能

TAFtemplate模板（选项）

－TAF报告编辑功能

SIGMETtemplate模板（选项）

－SIGMET报告编辑功能

说明：

OWS观测工作站

FWS预报工作站

WV气象数据显示工作站

RCM远程控制和维护工作

6.7数据格式

6.7.1气象数据显示

气象数据显示应用程序显示能见度及其它气象参数。

气象数据显示是AWOS系统的核心应用之一，包括几个页面，以数字或图形方式显示天气数据。

气象数据显示功能中有个重要功能就是能反映系统传感器故障或超出范围数据的问题情况。

所以气象数据显示屏幕不仅显示参数数据，同时还显示数据状态。

数据状态用颜色代码表示。

例如，无效值以红色背景表示，这样就可以容易地发现某个特定传感器的数据是否有效或遗失。

作为选项，气象数据显示还可以具有音响报警功能。

这种功能使用声光信号提醒用户天气变化。

气象数据显示应用程序在启动计算机时自动启动。

6.7.2METAR/SPECI

METAR/SPECI应用可以自动定时或在设定的特殊条件下生成气象报告，同时允许用户手动编辑报告。

系统按照预设的周期弹出METAR模板。

SPECI模板（选项）在天气状态变化或参数值超出预设的SPECI阈值时弹出。

系统自动填写报告数据，最终用户可以检验并编辑这些数据。

系统进行一致性检查，在出现一致性问题时提示用户。

然后用户可以通过AFTN线路发送报告。

作为选项，系统可以自动发送METAR报。

使用自动METAR报告，METAR报告的发送就是完全自动完成的：

系统填写数据、在特定时间建立并发送信息、无需人工干预。

METAR/SPECI应用程序在启动计算机时自动启动。

6.7.3TAF

使用TAF应用程序，用户可以编辑、发送区域气象预报。

TAF应用程序只存在于预报工作站。

6.7.4SIGMET

使用SIGMET应用程序，用户可以编辑、发送SIGMET报告。

SIGMET应用程序只存在于预报工作站。

6.7.5AFTNMonitor

AFTN监控应用程序用来查看本机场通过AFTN线路发送的所有报告。

AFTN监控是一个基本应用程序。

6.7.6EventMonitor

跟踪监控系统运行的工具。

事件监控不仅可以监控天气变化，还同时监测传感器和CDU的工作状态。

事件监控器监控系统事件，显示这些事件的信息，也追踪超过或者低于SPECI限制的气象变化。

作为选项，事件监控应用程序还可以提供声音报警功能。

在使用该功能时，文字的事件信息以语音方式报出。

事件被存入历史记录，通常周期为一个月。

用户可以查看和打印所存储的事件信息。

事件监控应用程序在启动微机时自动启动。

6.7.7ASCII记录显示

为提供可信的天气预报，可能需要显示过去的气象数据。

如果排除系统的技术问题，过去的系统信息和事件记录就成了有效的工具。

AviMet系统通常以一个月为周期存储数据。

气象数据已发送的报告存入文本文件，可以使用ASCII记录显示功能查看和打印。

6.7.8Actual数据修正

AviMet系统提供从传感器到工作站持续不断的数据流。

如果传感器出现故障，或传感器在维护、校准状态时，系统有必要接受手工输入的数据。

利用数据修正应用程序可以完成此功能。

数据修正只存在于观测工作站。

在数据修正界面，用户可以查看传感器送来的风、云、能见度、温度、相对湿度和气压参数，就像在METAR/SPECI应用中查看这些数据一样。

利用数据修正功能，用户可以输入系统不能自动测量的人工观测参数，同时可以人工定义背景光亮度。

METAR/SPECI管理器

METAR/SPECI管理器用来定义METAR/SPECI模板使用的数据源。

在某些机场，维护人员应负责这些设定，在另一些机场则由观测员负责。

METAR/SPECI管理器是一种基本应用程序。

SensorTerminal传感器终端

使用传感器终端，可以选择通信端口，显示与该端口连接的传感器及外场设备传回的数据，还可以通过该端口向传感器和外场设备发送命令。

6.7.9传感器I/O监测

传感器I/O监测是检查传感器一般状态和单个传感器的工具。

用户还可以将技术数据存入文件以用于故障排除。

6.7.10DiagnosticMonitor

故障监测是监视CDU和内部参数的工具。

6.8操作服务

Windows操作系统上运行的软件模块称之为服务（services）

服务特点：

后台程序

无用户端口

随操作系统启动而启动

独立于用户的注销和登录

通过控制面板ControlPanel或命令行管理

图6.7操作系统服务（Service）示意图

第七章AWOS的运行及其质量管理

7.1自动气象观测设备各传感器的安装位置要求

大气透射仪或前向散射仪应当安装在跑道接地地带、停止端和中间地带，其安装位置距跑道中心线一侧不超过120米但不小于90米、距跑道入口端和停止端各向内约300米处及跑道中间地带。

大气透射仪的安装位置应当以接收端为准。

气温、湿度、气压传感器应当安装在跑道接地地带和跑道停止端，且距跑道中心线一侧不超过120米但不小于90米、距跑道入口端和停止端各向内约300米。

降水和天气现象传感器应当安装在跑道接地地带，且距跑道中心线一侧不超过120米但不小于90米、距跑道入口端向内约300米处，但降水传感器距其它设备不应当小于3米。

云高仪应当安装在机场中指点标台内，如果不能安装在中指点标台内，可安装在跑道中线延长线900至1200米处。

风向风速仪应当安装在跑道接地地带、停止端和中间地带，且距跑道中心线一侧不超过120米但不小于90米、距跑道入口端和停止端各向内约300米处及跑道中间地带。

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