面向ESB企业服务总线的民航华东空管局协同决策CDM客户端系统的设计与实现

发布时间：2014-12-24 09:33

 

【摘要】 近年来,全球航空运输业发展势头迅猛,空中交通流量的上升加之雨雾等极端恶劣天气的原因,造成了各国空中交通堵塞,机场降落容量大幅降低,从而必然导致航班延误。针对这种情况,各国政府都采取了相应的措施,如增加本国的空域范围、基础设施和人力资源等,而单纯的增加航线、放开空域和进一步划分高度层,虽然在一定程度上缓解了现状,但随着国民经济的进一步发展,以上做法不能从根本上科学有效的解决空中交通的拥挤问题,经调查发现是因低效的机场工作效率和空管部门没有可靠全面实时更新的信息,落后的航班排序及放飞算法造成的。华东空管协同决策CDM系统是根据当前上海华东空管局的工作需求和实际情况,旨在利用协作技术和程序,通过信息技术化手段实现一套完整的民航管理控制流程,改进空中交通流量管理,从而达到科学有效的解决民航运输空中交通的拥挤,航班延误,通过信息交流,数据共享和改善决策支持工具,协调空管、机场、航空公司等组织之间,以及各组织内部的信息传递和沟通工作,提高控制交通管理效率。借助于计算机软件系统实现的协同决策解决方案,可以大大缩短航班延迟等待的时间,减少燃油的消耗,增加信息的透明度,也同时可以增加客户的满意度。针对以上目的和需求,该CDM系统拟采用ESB企业服务总线进行基础设施架构,采用消息中间件MQ技术进行数据消息的传递工作,同时保证消息的可靠性和系统的高可用性；采用业界领先的关系型数据库对动态业务数据和历史业务数据进行存储和数据处理,采用轻量级数据库对部分静态业务数据进行保存；采用分层架构(网络基础层、系统服务层、应用支撑层,业务运行层和数据交换层)进行业务处理；采用UniEAP DateExchange进行数据的ETL管理、迁移和同步,采用基于.NET Framework和J2EE (UniEAP)平台进行项目编码实现和业务呈现,借助第三方控件集RadControls进行客户端设计布局；采用日志系统对系统运行状况进行日常跟踪和错误排查。本论文重点讨论和解决与用户使用直接相关的系统客户端(B/S、C/S)的设计和实现。根据不同用户的使用需求,在对实时性、控制性、安全性要求较高的部门采用传统桌面C/S模式进行设计开发,对管理性加强,参与协同的部门用户采用较为流行的B/S模式进行设计开发。经过不断的改进及试运行,目前系统已完成第二个版本的开发,并且已在正式运行环境中上线使用。当前的系统可以基本满足现在参与民航运营管理的各组织部门的日常操作需求,并且各组织部门正在逐渐的摒弃原有的管理操作流程,结合对CDM系统的操作流程认识和习惯,逐步转变到完全遵循协同决策规程,实现科学有效的管理。当前系统还不是最终的完美解决方案,其中在对协同决策规程的具体化,系统不可不知的情况下的稳定性,对数据的存储管理,分析查询索引,管理人员的使用习惯和易用程度上还有待进一步改进。 

第1章绪论

 

1.1课题背景及意义

在20世纪80年代之前，由于世界各地空中交通流量不是很大，空中交通管理问题不太突出。进入80年代以后，世界空中交通流量增长很快，空中交通流量管理问题成为一个引人注目的问题被提了出来。加之新航行系统的出现，现代空中交通管理被国际民航组织赋予了新的内涵，即包括空中交通管制服务、空中交通流量管理和空域管理三个方面。随着空中交通流量的快速增长，为了确保空中交通的有序和安全，一些先进的航空大国强化了空中交通管理，建立了空中交通流量管理中心⑴。在我国，空中交通流量管理也提上了议事円程，被列入我国空中交通管制系统“十五”和“十一五”规划之中。

空中交通管理是当前航空学术界面临的热门研究课题之一。在航空界，交通管理其实也是一个老话题，可以说，它是与空中交通管理同时诞生的。众所周知，只要有两架以上的航空器在空中飞行，为了使航空器飞得安全和顺畅，就存在一个如何管理的问题。空中交通管理主要就是对空中交通流量的管理，空中交通流量越大，管理的难度就越大；管理的技术手段越先进，空域环境越好，管理人员的素质越高，可管理的空中交通流量就越大。

本课题项目具体信息化实现由华东空管局发起并协作监督，东软集团华东区政府事业部和宝信科技股份有限公司联合设计实现完成。本人在2013年5月初加入该东软集团东区政府事业部华东空管协同决策CDM系统项目组，经过一段时间的学习了解，参与客户端模块的编写设计工作，同时协同数据服务后台和算法端，进行系统的沟通维护。

 

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

随着美国交通流量的进一步增长，管制部门意识到，单纯依靠扩大空域范围与扩建基础措施还不足以解决根本性的空中交通拥挤问题，只能进一步提高管制手段的自动化程度与管制的技术含量，CDM就是他们采用的其中一种有效方法。CDM实际上是属于美国空中交通流量管理的一个子系统，它旨在通过提高有关部门之间的协调，使得要进行决策的人是处于最佳决策的位置上，并做出延误代价最小的决策出来。

1.2.2国内研究现状

根据当前上海华东空管局的工作需求和实际情况，为在短时间内实现整个华东地的离港放行电子申请，先期依托华东空管局现有系统资源平台，以等成本硬件、简易架构、自主开发软件的快速实现华东地区10个分局站及各地方机场放行终端和软件的建设和部署，以基本满足华东空管统一离港放行工作开展的需求。同时，根据民航局空管局《关于进一步落实航班统一放行工作的通知》的要求，将上海两场统计放行情况与上海两场及驻场航空公司共享。后期将在通过核心系统功能的逐步升级、华东地区统一飞行计划处理工作的开展、各分局站全面部署塔台电子进程单系统等工作，进一步提高华东空管范围内航班相关数据的一致性，纳入更多的计算元素，完善系统算法，以提高整体系统的计算精度和放行时刻的准确率，为未来其他与华东地区流量管理系统建设相关的工作打下良好的基础。最终在华东地区范围内建成在正常情况下和因突发原因而出现大面积延误情况下都可以支持业务的、满足相关方实际生产运行需要的、具有系统决策和调配能力的、且通过测算和同行评议认同为高效的和有显著效果的业内领先的地级流量管理系统。

 

第2章课题项目分析

 

2.1总体描述

CDM系统的首要任务是要对航班飞行整个过程的整个生命周期进行控制，对其中每个时刻和细节的管理。在了解参与飞机飞行控制的各方前，首先通过一张图片说明航班的飞行生命周期。

 

 

由图2.1.1可以概括看到航班飞行的每个状态，在其山外场起飞到本场起飞的整个过程中共经历了：外场起飞空中飞行本地进近本地机场落地本地机场过站本地起飞离港本地起飞，7个过程状态中背后信息通信，数据共享情况依据CDM实施要求，可概括为以下几个里程碑：

 

 

由上图可以看到，CDM规定飞行器飞行里程碑中每个鬼程碑点都要有相应的数据交换和信息通信，需要参与的各方主要包括航空公司，机场塔台，管制中心，考虑到不同机场和不同地区空域情况，其他参与方可能还有地勤部门及流量室。

 

2.2元素定义

下表是根据航班在整个生命周期的每个过程，需要进行的工作、操作或者某一时刻的状态、参数的英文简写术语，在此列出本论文中用到的术语及解释。

 

 

 

 

 

第3章相关技术综述.........14

3.1ESB企业服务总线.........14

3.1.1MESSAGE QUEUE消息队列.....15

3.3B/S和C/S结构......16

第4章客户端系统总体设计.......18

4.1系统模块结构....18

4.2系统运行体系......18

第5章CDM客户端Winform项目结构设计.....21

5.1工程项组成结构........21

5.2MVP模式的代码结构......22

 

第7章塔台管理子系统

 

7.1跑道运行模式系统

7.1.1模块描述

各机场的跑道运行模式，需要由机场塔台管制员在CDM系统初始化时进行设定为航班预排提供数据支持，笔耕文化推荐期刊，并随着各机场的实际情况及时调整和维护。

7.1.2功能简介

用户可以根据所在机场的实际情况进行跑道运行模式的设置，主要功能包括跑道运行模式的增加、修改、删除、查询、延用。

7.1.3界面设计

跑到运行模式模块设计分为功能区和数据展示区，功能区有查询，新增、修改删除及延用等功能选项，数据展示区为当前添加过的运行模式信息。

 

 

在运行模式编辑窗口，设计有开始结束时，跑到方向的选择，选择不同的离港点和离岗程序等，还可以添加备注信息。

 

 

 

第8章总结与展望

 

截止论文完成，此版本的本系统己经坫本斤发完善，并在真实业务环境中幵始使用。系统遵循协同决策规程和我国航空管制流程，在使用过程中的确提高飞机放行速度，减少飞机飞行延误，提高各部门工作效率，一定程度上提高了旅客满意度。但是，软件系统是没有最终完芙的解决方案，并且实际生产环境会随着时间和技术的发展进步，不断的出现新的变化。仅在目前来看，该系统在数据管理上仍然趋于保守，实时性有待提高，系统不停止运作的健壮性上仍有待检验。

首先是甜端客户端设计，虽然采用了最新的第三方控件，但C#在跨平台的要求下还有很大差距，这就非常的依赖并且掣肘于硬件技术的选择，考虑到目前课题项目需求和硬件基础，采用技术框架暂时可以满足需求。同时由于不同用户的实际需求和操作限制，整个项目中同时有Winform桌面客户端系统和WebForm浏览器客户端系统，这就造成了一个系统设计的不统一性，在未来更新升级维护扩展系统的时候，这种不统一性会造成不小的代价。

再者是数据服务端，我们现在采用的是业界最先进的IBM公司ESB总线套件，结合Oracle公司的数据库服务器，整个项的基础架构可以说非常的先进，灵活性扩展性都有所保障，但是如此大规模的基础架构，是否会带来数据处理上的速度提高，但在实际使用过程中，仍存在不可预知的因素影响着实时数据处理的速度。

面对计算机软件技术领域的突猛进，内存数据库，商务智能，大数据等技术的出现，我们仍然有很多值得改进和提卨的地方。例如内存数据库，顾名思义就是将数据放在内存中直接操作的数据库。相对于传统数据库系统将数据放入磁盘，内存的数据读写速度要高出儿个数量级，将数据保存在内存中相比从磁盘上访问能够极大地提高应用的性能。同时，内存数据库抛弃了磁盘数据管理的传统方式，基于全部数据都在内存中重新设计了体系结构，并且在数据缓存、快速算法、并行操作方面也进行了相应的改进，所以数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快很多，一般都在10倍以上。CDM系统是一个实时性控制性安全性都要求较高的CDM系统，如果能够使用内存数据库的话，毫无疑问会有突破性的改变。另外在客户端系统的使用上，对比欧美先进系统，我们在易用性，操作流畅性上都比较落后，一方面是技术的原因，更多的还是综合的因素。例如可触摸操作，现在常生活，可触摸手机随处可见，但是在特殊行业特殊领域的使用还卄分有限，这一方面是行业思想保守，也有技术上的不成熟。

参考文献:

[1] 杜文斌.  机场协同决策系统中区域管制子系统的设计与实现[D]. 东华大学 2014
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[6] 何东阳.  适用异构计算环境中监控软件系统的研究与实践[D]. 东华大学 2012
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本文编号：10837