天氣雷達管制產品軟件升級改造研究
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摘要：為了解決多普勒天氣雷達管制產品軟件的底圖干擾回波的問題和實現不同探測距離顯示不同導航站點和航跡線路的功能，文章通過在代碼中增加switch代碼塊，使軟件具有底圖選擇功能，實現多底圖模式，并通過對導航站點和航跡線路數據的梳理，制作新的不同探測距離的底圖，有效地實現了在不同的探測距離內，管制用戶能夠根據實際運行查看不同的導航站點和航跡線路的功能。升級后的軟件能夠很好地滿足航空管制用戶的使用需求，在重要天氣條件下，為飛行管制決策提供有力保障。
關鍵詞：C++;switch();多底圖模式；導航站點；航跡線路
引言
機場多普勒天氣雷達為航空氣象用戶和航空管制用戶提供天氣雷達產品。該設備對雷暴、冰雹、強降水等嚴重影響飛行安全的重要天氣現象進行有效探測，時刻監視天氣發展狀況，為航空器飛行安全做好及時預警，為機場預報產品生成和飛行管制指揮決策提供有力支持，保障航空器的飛行安全。多普勒天氣雷達的產品十分豐富，能夠為不同用戶提供多種類型的產品，可以滿足機場預報、飛行管制、市氣象局等用戶的使用需求。多普勒天氣雷達管制產品軟件為管制用戶提供PPI、VOL和RHI等掃描模式的回波產品，可以顯示25km、50km、100km、150km、200km、250km、300km和400km等8種不同探測距離的回波圖像，功能較為完善，深受用戶認可。
1雷達管制產品軟件升級中存在的問題
航空器在空中是沿航線朝著相應的導航站點飛行的。因此航空管制員非常關注導航站點和飛行航線附近的天氣狀況。如有重要天氣威脅飛行安全時，管制員會指揮航空器避讓。雷達管制產品軟件的底圖上畫置了管制用戶感興趣的站點和航線數據，用以和天氣回波產品疊加，幫助航空管制人員指揮決策。由于此次空域調整，機場飛行程序發生了變化。雷達管制產品軟件底圖上的導航站點和航線數據也需要做相應的修正。修改完的雷達底圖增加了大量的導航站點和航跡線路數據，造成軟件在顯示大探測距離的雷達產品時出現了底圖上的站點和航線干擾正常天氣回波的嚴重問題。另外在不同探測距離范圍內，管制員關注的站點和航線是不同的，因此將所有站點和線路顯示在一張圖像上顯得雜亂無章。這兩個問題對管制使用造成困擾，降低了服務質量，原軟件已不能滿足用戶使用需求。
2問題分析
經測試發現，當軟件顯示25km、50km、100km的圖像時，底圖放大后，站點和航線與正常天氣回波疊加顯示正常，滿足用戶需求。而在顯示150km（含）以上的圖像時，由于底圖的收縮，使中心位置的導航點和線路過于密集，與正常天氣回波疊加顯得雜亂無章，影響代表回波強度的色彩顯示。經與用戶協商，當顯示大探測距離的雷達產品時，中心位置的站點和航線根據實際需要進行簡化。根據用戶需求，不同的探測距離范圍內要顯示不同的站點和航線。因此軟件在顯示不同探測距離的產品時，需疊加不同的底圖數據。而原有軟件是單底圖運行模式，不具備底圖選擇功能。因此需要對軟件功能進行升級和制作針對不同探測距離的底圖，已滿足用戶要求。
3雷達管制產品軟件升級中存在問題的對策
3.1軟件部分
多普勒天氣雷達管制產品軟件是利用C++語言開發的，該軟件與雷達服務器軟件相配合，完成管制用戶的雷達產品展示。在多普勒天氣雷達完成一次掃描后，服務器軟件生成原始的二進制雷達回波基數據產品，然后根據雷達管制產品軟件要求對基數據進行處理，生成預處理數據產品，并通過FTP網絡協議發送給雷達管制產品軟件。[1]雷達管制產品軟件通過數據處理模塊解析二進制預處理數據，再與二進制底圖文件疊加傳送給顯示功能模塊，給用戶提供圖像展示。根據雷達管制產品軟件的工作模式，需要增加底圖選擇功能模塊。軟件依據當前用戶選擇的探測距離調取與之相對應的底圖，實現多底圖模式。軟件流程如圖1所示。首先，軟件在收到雷達服務器傳輸來的新的預處理數據后，根據當前需要顯示產品的類型，生成相應氣象產品文件。其次，讀取當前用戶選擇的要查看的距離數據，傳遞給switch（）選擇模塊。switch語句根據距離數據選擇對應的底圖文件，加載入內存。最后，軟件繪制氣象產品和地圖信息疊加的圖像，在軟件窗口更新顯示。在雷達管制產品軟件源代碼中增加switch（）{case...break}語句塊，進行重新編譯連接，實現選擇功能。對于不同探測距離對應的底圖采用文件名來區分。如：25km的底圖名字為：“maps25km.Rtm”。底圖文件名中涵蓋探測距離信息。
3.2底圖部分
雷達管制產品軟件的底圖是利用地圖編輯器軟件進行編輯的二進制數據。該軟件以層的概念實現“點”和“線”在地圖上的疊加。地圖為底層，所有“點”為一層，所有“線”為一層，且可以設定不同顏色加以區別，也可以根據用戶需求設定省界、地名、河流等顯示模式。導航站點需要畫在點層上，航跡線路需要畫在線層上。航跡線路是相關導航站點的有序連線。由于機場飛行程序較為復雜，包含南向進、離場程序和北向進、離場程序，且導航站點較多，航線錯綜復雜。因此在畫圖之前需要對所有涉及的站點和航線進行認真梳理和統計，并與管制用戶多次確認，以免錯誤。共統計站點66個，航線22條。此外在不同的飛行程序中，同一個導航站點的名字不同，因此需要將所有站點的名字和坐標數據輸入Excel表，查找坐標相同和相近的站點。在底圖制作時，根據實際需求只留一個具有代表性的站點，舍去坐標相同和相近的站點，以免出現站點名字疊加，含混不清的問題，影響管制用戶使用[2]。在不同的探測距離上，管制員關注的導航站點和航跡線路是不同的。因此根據實際需求，要制作25km、50km、100km、150km、200km、250km、300km和400km等8種探測距離的不同底圖[3]。升級改造完后的多普勒天氣雷達管制產品軟件可以根據用戶需求調用相應探測距離的底圖，并與天氣回波進行疊加展示。
4結語
通過對多普勒天氣雷達管制產品軟件的升級，增加了底圖選擇功能，實現多底圖模式，以及新的不同探測距離的底圖制作，良好地解決了單一底圖造成的在顯示大探測距離的雷達圖像時，站點和航線干擾正常天氣回波的問題。有效地實現了在不同的探測距離內，管制用戶能夠根據實際運行查看不同的導航站點和航跡線路的功能。改進后的軟件能夠很好地滿足航空管制用戶的使用需求，在重要天氣條件下，為飛行管制決策提供有力保障，為航空器飛行安全保駕護航。
[參考文獻]
[1]明日科技.C++從入門到精通[M].4版.北京：清華大學出版社，2019.
[2]PrataS.C++PrimerPlus中文版[M].6版.北京：人民郵電出版社，2020.
[3]HortonI.C語言入門經典[M].5版.北京：清華大學出版社，2013.
作者：王穎 單位：中國民用航空華北地區空中交通管理局