民航空管傳輸業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：文章首先分析故障診斷系統(tǒng)在性能、功能方面的需求，在此基礎(chǔ)上提出一個(gè)可執(zhí)行性高、完整的設(shè)計(jì)方案，在規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能時(shí)，針對(duì)各個(gè)功能構(gòu)建程序流程圖，這是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。結(jié)合系統(tǒng)需求分析及設(shè)計(jì)情況，建立并實(shí)現(xiàn)空管傳輸業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能主要表現(xiàn)在故障診斷與數(shù)據(jù)庫(kù)維修、系統(tǒng)登錄、留言板等上。

關(guān)鍵詞：民航空管；傳輸業(yè)務(wù)；故障診斷；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)策略

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系與技術(shù)

1.1B/S架構(gòu)

伴隨Internet技術(shù)的發(fā)展，瀏覽器與服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)下，用戶能順利利用瀏覽器訪問(wèn)瀏覽界面，在前端（Browser）能實(shí)現(xiàn)一些邏輯，而主要的系統(tǒng)邏輯是在后端達(dá)成的，即服務(wù)器端（Server）。把系統(tǒng)與數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在后端，能夠明顯減輕前端設(shè)備的負(fù)荷，降低系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)工作量和時(shí)間成本，減少了用戶的總開(kāi)銷。B/S三層體系結(jié)構(gòu)采用三層客戶端服務(wù)器結(jié)構(gòu)，將以中間層增設(shè)到客戶端與服務(wù)器端之間，故而該體系被叫作三層結(jié)構(gòu)。伴隨中間層技術(shù)成熟度的提高，這種三層結(jié)構(gòu)日益流行，理論上把該結(jié)構(gòu)體系細(xì)分成顯示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層3個(gè)處理層次。以上這3個(gè)層次相互獨(dú)立，一層不改變時(shí)不會(huì)影響另一層的狀態(tài)。

1.2技術(shù)

（1）SecureCRT：以IP/ATM架構(gòu)形成的數(shù)據(jù)通信操作系統(tǒng)平臺(tái)（VRP）是空管傳輸故障診斷系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。應(yīng)用SecureCRT能順利登陸到空管傳輸系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)到業(yè)務(wù)窗口，能夠完整地查看端口統(tǒng)計(jì)到的業(yè)務(wù)信息。SecureCRT被公認(rèn)成銜接Windows、UNIX、VMS等的理想化工具，其能于Windows下登錄華為VRP系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作。（2）PHP技術(shù)：這是一種多用途腳本語(yǔ)言，特別是在Web開(kāi)發(fā)領(lǐng)域表現(xiàn)出較高的適用性。PHP語(yǔ)法特殊，混合應(yīng)用了C語(yǔ)言、Java、Perl和PHP的自創(chuàng)語(yǔ)法。一般利用PHP解釋器處理PHP，這種解釋器和CGI或Perl相比較，能更快速有效地執(zhí)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)[1]。利用PHP制作出的動(dòng)態(tài)頁(yè)面和其他類型的編程語(yǔ)言做對(duì)比，能更加順利地把PHP代碼嵌入HTML代碼內(nèi)，編譯能實(shí)現(xiàn)加密與完善代碼運(yùn)行過(guò)程，進(jìn)一步提高實(shí)際執(zhí)行效率。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)概要

（1）功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：可以把該診斷系統(tǒng)的功能分成故障診斷、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、系統(tǒng)登錄、留言板等。其中，故障診斷功能有自動(dòng)診斷、人工干預(yù)診斷之分；數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)主要由業(yè)務(wù)信息、自動(dòng)診斷及人工干預(yù)診斷規(guī)則維護(hù)等部分構(gòu)成。（2）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的故障診斷系統(tǒng)和專家系統(tǒng)有很大相似之處，知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、動(dòng)態(tài)頁(yè)面等是該系統(tǒng)的主要構(gòu)成[2]。在該系統(tǒng)內(nèi)，主要用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)之外的其他數(shù)據(jù)，故障診斷相關(guān)知識(shí)被統(tǒng)計(jì)在知識(shí)庫(kù)內(nèi)。知識(shí)庫(kù)聚集系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的知識(shí)，基于檢修人員工作的歸納及自身檢修維護(hù)經(jīng)驗(yàn)去獲得相應(yīng)知識(shí)。在后期工作中可以持續(xù)修改知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)，排解掉對(duì)故障問(wèn)題診斷結(jié)果產(chǎn)生影響的主觀意見(jiàn)，提升最后診斷結(jié)果的精準(zhǔn)度。推理機(jī)主要是管理控制故障求解過(guò)程的，其結(jié)合故障診斷的目標(biāo)對(duì)象，以設(shè)計(jì)好的計(jì)算機(jī)推理過(guò)程為依托推導(dǎo)出結(jié)論，而后和規(guī)則庫(kù)內(nèi)的規(guī)則進(jìn)行匹配，生成最后結(jié)果。人機(jī)接口為系統(tǒng)和運(yùn)維人員溝通的頁(yè)面，幫助檢修人員運(yùn)用系統(tǒng)對(duì)故障問(wèn)題作出合理診斷。動(dòng)態(tài)頁(yè)面是Web多種功能實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，確保診斷系統(tǒng)和空管傳輸系統(tǒng)有效銜接，設(shè)計(jì)該診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。在監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)安裝服務(wù)器、客戶端，客戶端的部署位置不固定。交換機(jī)的功能主要是銜接空管傳輸系統(tǒng)與診斷系統(tǒng)，服務(wù)器執(zhí)行B/S架構(gòu)內(nèi)全部系統(tǒng)邏輯層、數(shù)據(jù)層的測(cè)算任務(wù)，客戶端用于呈現(xiàn)B/S架構(gòu)。

2.2功能詳細(xì)設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)信息采集：規(guī)劃自動(dòng)診斷功能前，要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息采集方法，通過(guò)這種方式獲得訓(xùn)練樣本，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的科學(xué)訓(xùn)練。設(shè)計(jì)過(guò)程可以做出如下概述：首先，設(shè)計(jì)SecureCRT腳本。SecureCRT操作VRP系統(tǒng)，會(huì)自動(dòng)形成session.log日志，利用其保存VRP系統(tǒng)的全部操作與顯示信息，為提取日志內(nèi)的信息創(chuàng)造便利。其次，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集Matlab腳本。應(yīng)用該腳本處置session.log日志；importdata（）獲得session.log日志，Data（）提取相應(yīng)的行，regexp（）則提取行內(nèi)的數(shù)據(jù)，成為一個(gè)向量；依次進(jìn)行減法計(jì)算，獲得短短10s中的業(yè)務(wù)信息。最后，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集的運(yùn)行[4]。把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)用在SecureCRT和Maltab上，在人機(jī)接口頁(yè)面怎樣有效控制運(yùn)作。本系統(tǒng)規(guī)劃用PHP應(yīng)用程序控制人機(jī)接口頁(yè)面。PHP采用四種方法運(yùn)行系統(tǒng)外的應(yīng)用程序命令，分別是exec（）、passthm（）、system（）、shellexec（），exec（）執(zhí)行命令時(shí)不輸出結(jié)果，是常用的函數(shù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)利用exec（）執(zhí)行應(yīng)用程序。SecureCRT與Matlab運(yùn)作成功后會(huì)生成session.log與success.txt，以file_exists（）判斷文件的存在性，來(lái)判斷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集成功與否。（2）自動(dòng)診斷功能：設(shè)計(jì)Matlab腳本。該腳本要采用前期設(shè)計(jì)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型診斷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的表格類型也有差別。運(yùn)行自動(dòng)診斷功能，該功能運(yùn)行方式和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息采集一致，均利用exec（）進(jìn)行控制，具體是在服務(wù)器端運(yùn)行SecureCRT和Matlab，把形成的診斷結(jié)果傳輸?shù)饺藱C(jī)接口頁(yè)面上。（3）人工干預(yù)診斷功能：首先，維護(hù)工作人員進(jìn)到人工診斷人機(jī)接口頁(yè)面，完整地呈現(xiàn)出故障現(xiàn)象邏輯表與干預(yù)診斷頁(yè)面，在此基礎(chǔ)上通過(guò)人工檢查故障。其次，執(zhí)行完故障檢查工作后，于診斷頁(yè)面上精準(zhǔn)地選出故障現(xiàn)象，隨后點(diǎn)擊查找到診斷規(guī)則庫(kù)內(nèi)對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。最后，在人機(jī)接口頁(yè)面內(nèi)完整地呈現(xiàn)出人工診斷規(guī)則，人工干預(yù)診斷流程結(jié)束。（4）數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)功能：具體設(shè)計(jì)時(shí)，要明確被維護(hù)的數(shù)據(jù)類型，具體維護(hù)操作，維護(hù)過(guò)程中要注意的問(wèn)題等。操作傳輸業(yè)務(wù)實(shí)際位置信息時(shí)，要設(shè)置修改、新增及刪除信息的功能。在診斷規(guī)則庫(kù)內(nèi)設(shè)置修改診斷結(jié)果的操作，借此方式提升故障診斷的精準(zhǔn)度。（5）登錄功能：用戶把注冊(cè)申請(qǐng)呈遞給有關(guān)部門，系統(tǒng)管理員采集到申請(qǐng)以后幫助用戶完成注冊(cè)，其他人不可私自注冊(cè)身份信息。身份信息注冊(cè)好以后，應(yīng)將其輸進(jìn)人機(jī)接口界面，即可登錄系統(tǒng)。（6）留言板功能；留言板為系統(tǒng)的電子便箋，其在維護(hù)人員及管理員溝通中發(fā)揮巨大作用，維護(hù)者可以把自身遇到的問(wèn)題及建議等存留在該頁(yè)面上，便于他人閱覽。維護(hù)人員把留言信息輸?shù)饺藱C(jī)接口頁(yè)面，把信息填到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，接口頁(yè)面便能完整地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)所有留言信息（圖3）[5]。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)的整體設(shè)計(jì)

采用E-R模型闡釋數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。本課題設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，遵照整體化原則，把數(shù)據(jù)表分成如下兩類[6]：其一是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括業(yè)務(wù)信息表、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表、用戶及留言信息表等。其二是知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)。診斷結(jié)果庫(kù)diagnosis_result存儲(chǔ)自動(dòng)診斷所得的結(jié)果數(shù)據(jù)及診斷時(shí)間，比如診斷結(jié)果1000000，診斷時(shí)間2018-11-2611：33：28；故障現(xiàn)象邏輯表fault_logic的功能主要是闡釋不同故障現(xiàn)象之間的邏輯關(guān)系，主要被用在人工干預(yù)診斷方法應(yīng)用過(guò)程中。本系統(tǒng)依照業(yè)務(wù)故障現(xiàn)象間的邏輯關(guān)系建樹(shù)，比如甚高頻發(fā)射故障被分成本端正常與異常，前者又可以分成遠(yuǎn)端正常及異常。對(duì)于診斷規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)，把產(chǎn)生式規(guī)則作為規(guī)則表現(xiàn)方式，這種規(guī)則方式由條件、結(jié)論兩部分構(gòu)成，可以分別被叫作If、Then。自動(dòng)診斷傳輸業(yè)務(wù)故障時(shí)的產(chǎn)生式規(guī)則實(shí)例是“If0001000，Then遠(yuǎn)端傳輸設(shè)備故障”。

3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1自動(dòng)診斷功能

（1）SecureCRT腳本：結(jié)合SecureCRT腳本運(yùn)行流程，編譯腳本，生成session.log日志，由其內(nèi)采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。以上過(guò)程中，采用適宜方法管控SecureCRT登錄設(shè)備，運(yùn)行VBS腳本，生成實(shí)際所需的session.log會(huì)話文件。（2）Matlab腳本：對(duì)于數(shù)據(jù)采集腳本，先用import－dta（）讀取日志，生成變量Data，精準(zhǔn)提取行的相關(guān)信息。隨后用函數(shù)regexp（）提取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，賦值，str2num（）將其處理成可計(jì)算的數(shù)字，把10s后的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和10s前的做減法，就可以得到10s中的業(yè)務(wù)信息。對(duì)于自動(dòng)診斷Matlab腳本，存儲(chǔ)前期訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，存儲(chǔ)格式為mat。在該腳本內(nèi)，可以用load（）直接調(diào)取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。（3）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集功能[7]：一是管控SecureCRT運(yùn)行VBS腳本，成功執(zhí)行后生成session.log日志，用file_exists（）函數(shù)檢查session.log的存在性，判斷腳本是否被成功執(zhí)行，成功、失敗分別彈窗“程序執(zhí)行完畢/失敗”。采集Matlab腳本成功執(zhí)行以后會(huì)生成success.txt日志，file_exists（）函數(shù)檢測(cè)日志的存在性。當(dāng)腳本執(zhí)行成功后會(huì)自動(dòng)剔除session.log與success.txt。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后等待10s，出現(xiàn)“程序執(zhí)行成功”提示信息，表明業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集任務(wù)完成。

3.2人工診斷功能

該項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是參照人機(jī)接口頁(yè)面選出的故障現(xiàn)象，查閱人工診斷規(guī)則表內(nèi)相應(yīng)的診斷結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)把結(jié)果完整地呈現(xiàn)在人機(jī)接口頁(yè)面上[8]。把故障現(xiàn)象邏輯表呈現(xiàn)在人工診斷頁(yè)面上，該環(huán)節(jié)應(yīng)用到了PHP無(wú)限級(jí)分類生成樹(shù)這種形式，各個(gè)故障現(xiàn)象在生成樹(shù)上均有相對(duì)應(yīng)的位置。維修工作人員按照先后檢查父級(jí)、子級(jí)故障現(xiàn)場(chǎng)的邏輯方式，組織人工檢查故障發(fā)生情況。隨后把實(shí)際故障現(xiàn)象作為查找條件，診斷規(guī)則表內(nèi)的診斷結(jié)果作為結(jié)果，點(diǎn)擊診斷按鈕，實(shí)現(xiàn)查找診斷結(jié)果的人工診斷功能。3.3數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)功能具體是配合應(yīng)用PHP與MySQL結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)程序流程，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。比如針對(duì)修改功能，其實(shí)現(xiàn)方法可以做出如下闡述：系統(tǒng)先讀取相應(yīng)的業(yè)務(wù)信息，早期建表時(shí)各條業(yè)務(wù)信息均有適宜的id編號(hào)，系統(tǒng)讀獲編號(hào)內(nèi)的業(yè)務(wù)信息，而后將其完整地呈現(xiàn)在相應(yīng)頁(yè)面上，維護(hù)工作人員精準(zhǔn)發(fā)送，輸進(jìn)修改信息，配合應(yīng)用update的方法把修改所得的信息添加至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。進(jìn)到數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)頁(yè)面，選出需要進(jìn)行修改的行，點(diǎn)擊“編輯”按鈕，彈跳出相應(yīng)的修改頁(yè)面，輸進(jìn)修改后的信息，點(diǎn)擊“確認(rèn)”完成修改功能。而在實(shí)現(xiàn)刪除功能時(shí)，系統(tǒng)先精準(zhǔn)找到對(duì)應(yīng)id編號(hào)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)delete的方法直接刪除id編號(hào)的業(yè)務(wù)信息。選出需要進(jìn)行刪除的行，單擊“修改”按鈕，確定后執(zhí)行刪除功能[9]。

3.4登錄功能

登錄功能實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)用了PHP+MySQL，先把相關(guān)信息輸送到頁(yè)面內(nèi)，隨后輸入邏輯查詢代碼、＄_POST傳遞參數(shù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)反復(fù)探查mysql_fetch_array語(yǔ)句。數(shù)據(jù)庫(kù)查找輸入的兩個(gè)參數(shù)，一是用戶名，二是密碼。登錄時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)查找用戶信息表內(nèi)是否存在著用戶名與密碼。前期沒(méi)有注冊(cè)的人員，數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法查詢到相應(yīng)結(jié)果，返回至登錄失敗界面。在信息驗(yàn)證成功以后，呈現(xiàn)出系統(tǒng)地址。

3.5留言板功能

留言板功能即結(jié)合留言板功能程序執(zhí)行情況實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。留言板自身構(gòu)造簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，具備多數(shù)留言板的基本使用功能。實(shí)際操作留言板的過(guò)程較簡(jiǎn)單，進(jìn)到留言板頁(yè)面后，可以自由瀏覽他人的留言信息，頁(yè)面下方能觀察到留言輸入框，輸進(jìn)內(nèi)容以后點(diǎn)擊“留言”按鈕就可以完成。

4結(jié)束語(yǔ)

為了使空中交通安全得到保障，民航空管部門不斷提升空中交通指揮水平，但空中交通指揮信息傳輸安全保障長(zhǎng)期應(yīng)用傳統(tǒng)的故障診斷模式，因此做好民航空管傳輸業(yè)務(wù)的維護(hù)工作具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)嘗試把智能化與信息化方法用于維護(hù)工作的實(shí)踐中。本課題設(shè)計(jì)了空管傳輸業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)，合理應(yīng)用該系統(tǒng)，提升維護(hù)人員的操作效率，使傳輸業(yè)務(wù)維護(hù)工作的質(zhì)效得到保障，為我國(guó)航空事業(yè)健康、長(zhǎng)久發(fā)展保駕護(hù)航。

作者:羅朝輝 單位:民航甘肅空管分局