民航空管傳輸業(yè)務故障診斷系統(tǒng)設計

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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，在此基礎上提出一個可執(zhí)行性高、完整的設計方案，在規(guī)劃設計系統(tǒng)功能時，針對各個功能構建程序流程圖，這是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的重要基礎。結合系統(tǒng)需求分析及設計情況，建立并實現(xiàn)空管傳輸業(yè)務故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能主要表現(xiàn)在故障診斷與數(shù)據(jù)庫維修、系統(tǒng)登錄、留言板等上。

關鍵詞：民航空管；傳輸業(yè)務；故障診斷；系統(tǒng)設計；實現(xiàn)策略

1系統(tǒng)結構體系與技術

1.1B/S架構

伴隨Internet技術的發(fā)展，瀏覽器與服務器（B/S）結構下，用戶能順利利用瀏覽器訪問瀏覽界面，在前端（Browser）能實現(xiàn)一些邏輯，而主要的系統(tǒng)邏輯是在后端達成的，即服務器端（Server）。把系統(tǒng)與數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在后端，能夠明顯減輕前端設備的負荷，降低系統(tǒng)維護與升級工作量和時間成本，減少了用戶的總開銷。B/S三層體系結構采用三層客戶端服務器結構，將以中間層增設到客戶端與服務器端之間，故而該體系被叫作三層結構。伴隨中間層技術成熟度的提高，這種三層結構日益流行，理論上把該結構體系細分成顯示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層3個處理層次。以上這3個層次相互獨立，一層不改變時不會影響另一層的狀態(tài)。

1.2技術

（1）SecureCRT：以IP/ATM架構形成的數(shù)據(jù)通信操作系統(tǒng)平臺（VRP）是空管傳輸故障診斷系統(tǒng)建設的基礎。應用SecureCRT能順利登陸到空管傳輸系統(tǒng)內，進到業(yè)務窗口，能夠完整地查看端口統(tǒng)計到的業(yè)務信息。SecureCRT被公認成銜接Windows、UNIX、VMS等的理想化工具，其能于Windows下登錄華為VRP系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進行相應操作。（2）PHP技術：這是一種多用途腳本語言，特別是在Web開發(fā)領域表現(xiàn)出較高的適用性。PHP語法特殊，混合應用了C語言、Java、Perl和PHP的自創(chuàng)語法。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)行動態(tài)網(wǎng)頁[1]。利用PHP制作出的動態(tài)頁面和其他類型的編程語言做對比，能更加順利地把PHP代碼嵌入HTML代碼內，編譯能實現(xiàn)加密與完善代碼運行過程，進一步提高實際執(zhí)行效率。

2系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)概要

（1）功能結構設計：可以把該診斷系統(tǒng)的功能分成故障診斷、數(shù)據(jù)庫維護、系統(tǒng)登錄、留言板等。其中，故障診斷功能有自動診斷、人工干預診斷之分；數(shù)據(jù)庫維護主要由業(yè)務信息、自動診斷及人工干預診斷規(guī)則維護等部分構成。（2）整體結構設計：如圖1所示，本文設計的故障診斷系統(tǒng)和專家系統(tǒng)有很大相似之處，知識庫、推理機、動態(tài)頁面等是該系統(tǒng)的主要構成[2]。在該系統(tǒng)內，主要用動態(tài)數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)知識庫之外的其他數(shù)據(jù)，故障診斷相關知識被統(tǒng)計在知識庫內。知識庫聚集系統(tǒng)正常運行所需的知識，基于檢修人員工作的歸納及自身檢修維護經(jīng)驗去獲得相應知識。在后期工作中可以持續(xù)修改知識庫內的知識，排解掉對故障問題診斷結果產生影響的主觀意見，提升最后診斷結果的精準度。推理機主要是管理控制故障求解過程的，其結合故障診斷的目標對象，以設計好的計算機推理過程為依托推導出結論，而后和規(guī)則庫內的規(guī)則進行匹配，生成最后結果。人機接口為系統(tǒng)和運維人員溝通的頁面，幫助檢修人員運用系統(tǒng)對故障問題作出合理診斷。動態(tài)頁面是Web多種功能實現(xiàn)的重要基礎。（3）網(wǎng)絡結構設計：完善結構設計效果，確保診斷系統(tǒng)和空管傳輸系統(tǒng)有效銜接，設計該診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如圖2所示[3]。在監(jiān)控機房內安裝服務器、客戶端，客戶端的部署位置不固定。交換機的功能主要是銜接空管傳輸系統(tǒng)與診斷系統(tǒng)，服務器執(zhí)行B/S架構內全部系統(tǒng)邏輯層、數(shù)據(jù)層的測算任務，客戶端用于呈現(xiàn)B/S架構。

2.2功能詳細設計

（1）數(shù)據(jù)信息采集：規(guī)劃自動診斷功能前，要設計數(shù)據(jù)信息采集方法，通過這種方式獲得訓練樣本，實現(xiàn)對神經(jīng)網(wǎng)絡模型的科學訓練。設計過程可以做出如下概述：首先，設計SecureCRT腳本。SecureCRT操作VRP系統(tǒng)，會自動形成session.log日志，利用其保存VRP系統(tǒng)的全部操作與顯示信息，為提取日志內的信息創(chuàng)造便利。其次，設計數(shù)據(jù)采集Matlab腳本。應用該腳本處置session.log日志；importdata（）獲得session.log日志，Data（）提取相應的行，regexp（）則提取行內的數(shù)據(jù)，成為一個向量；依次進行減法計算，獲得短短10s中的業(yè)務信息。最后，業(yè)務數(shù)據(jù)采集的運行[4]。把業(yè)務數(shù)據(jù)用在SecureCRT和Maltab上，在人機接口頁面怎樣有效控制運作。本系統(tǒng)規(guī)劃用PHP應用程序控制人機接口頁面。PHP采用四種方法運行系統(tǒng)外的應用程序命令，分別是exec（）、passthm（）、system（）、shellexec（），exec（）執(zhí)行命令時不輸出結果，是常用的函數(shù)，本系統(tǒng)設計時利用exec（）執(zhí)行應用程序。SecureCRT與Matlab運作成功后會生成session.log與success.txt，以file_exists（）判斷文件的存在性，來判斷業(yè)務數(shù)據(jù)采集成功與否。（2）自動診斷功能：設計Matlab腳本。該腳本要采用前期設計好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型診斷業(yè)務數(shù)據(jù)，用于存儲數(shù)據(jù)庫的表格類型也有差別。運行自動診斷功能，該功能運行方式和業(yè)務數(shù)據(jù)信息采集一致，均利用exec（）進行控制，具體是在服務器端運行SecureCRT和Matlab，把形成的診斷結果傳輸?shù)饺藱C接口頁面上。（3）人工干預診斷功能：首先，維護工作人員進到人工診斷人機接口頁面，完整地呈現(xiàn)出故障現(xiàn)象邏輯表與干預診斷頁面，在此基礎上通過人工檢查故障。其次，執(zhí)行完故障檢查工作后，于診斷頁面上精準地選出故障現(xiàn)象，隨后點擊查找到診斷規(guī)則庫內對應的內容。最后，在人機接口頁面內完整地呈現(xiàn)出人工診斷規(guī)則，人工干預診斷流程結束。（4）數(shù)據(jù)庫維護功能：具體設計時，要明確被維護的數(shù)據(jù)類型，具體維護操作，維護過程中要注意的問題等。操作傳輸業(yè)務實際位置信息時，要設置修改、新增及刪除信息的功能。在診斷規(guī)則庫內設置修改診斷結果的操作，借此方式提升故障診斷的精準度。（5）登錄功能：用戶把注冊申請呈遞給有關部門，系統(tǒng)管理員采集到申請以后幫助用戶完成注冊，其他人不可私自注冊身份信息。身份信息注冊好以后，應將其輸進人機接口界面，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，其在維護人員及管理員溝通中發(fā)揮巨大作用，維護者可以把自身遇到的問題及建議等存留在該頁面上，便于他人閱覽。維護人員把留言信息輸?shù)饺藱C接口頁面，把信息填到數(shù)據(jù)庫內，接口頁面便能完整地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)庫內所有留言信息（圖3）[5]。

2.3數(shù)據(jù)庫的整體設計

采用E-R模型闡釋數(shù)據(jù)庫結構。本課題設計系統(tǒng)時，遵照整體化原則，把數(shù)據(jù)表分成如下兩類[6]：其一是動態(tài)數(shù)據(jù)庫，包括業(yè)務信息表、業(yè)務數(shù)據(jù)表、用戶及留言信息表等。其二是知識庫的設計。診斷結果庫diagnosis_result存儲自動診斷所得的結果數(shù)據(jù)及診斷時間，比如診斷結果1000000，診斷時間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)象之間的邏輯關系，主要被用在人工干預診斷方法應用過程中。本系統(tǒng)依照業(yè)務故障現(xiàn)象間的邏輯關系建樹，比如甚高頻發(fā)射故障被分成本端正常與異常，前者又可以分成遠端正常及異常。對于診斷規(guī)則庫的設計，把產生式規(guī)則作為規(guī)則表現(xiàn)方式，這種規(guī)則方式由條件、結論兩部分構成，可以分別被叫作If、Then。自動診斷傳輸業(yè)務故障時的產生式規(guī)則實例是“If0001000，Then遠端傳輸設備故障”。

3系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1自動診斷功能

（1）SecureCRT腳本：結合SecureCRT腳本運行流程，編譯腳本，生成session.log日志，由其內采集業(yè)務數(shù)據(jù)。以上過程中，采用適宜方法管控SecureCRT登錄設備，運行VBS腳本，生成實際所需的session.log會話文件。（2）Matlab腳本：對于數(shù)據(jù)采集腳本，先用import－dta（）讀取日志，生成變量Data，精準提取行的相關信息。隨后用函數(shù)regexp（）提取業(yè)務數(shù)據(jù)，賦值，str2num（）將其處理成可計算的數(shù)字，把10s后的業(yè)務數(shù)據(jù)和10s前的做減法，就可以得到10s中的業(yè)務信息。對于自動診斷Matlab腳本，存儲前期訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，存儲格式為mat。在該腳本內，可以用load（）直接調取BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型。（3）業(yè)務數(shù)據(jù)采集功能[7]：一是管控SecureCRT運行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)行以后會生成success.txt日志，file_exists（）函數(shù)檢測日志的存在性。當腳本執(zhí)行成功后會自動剔除session.log與success.txt。點擊數(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)務數(shù)據(jù)采集任務完成。

3.2人工診斷功能

該項功能的實現(xiàn)是參照人機接口頁面選出的故障現(xiàn)象，查閱人工診斷規(guī)則表內相應的診斷結果，系統(tǒng)會把結果完整地呈現(xiàn)在人機接口頁面上[8]。把故障現(xiàn)象邏輯表呈現(xiàn)在人工診斷頁面上，該環(huán)節(jié)應用到了PHP無限級分類生成樹這種形式，各個故障現(xiàn)象在生成樹上均有相對應的位置。維修工作人員按照先后檢查父級、子級故障現(xiàn)場的邏輯方式，組織人工檢查故障發(fā)生情況。隨后把實際故障現(xiàn)象作為查找條件，診斷規(guī)則表內的診斷結果作為結果，點擊診斷按鈕，實現(xiàn)查找診斷結果的人工診斷功能。3.3數(shù)據(jù)庫維護功能具體是配合應用PHP與MySQL結合數(shù)據(jù)庫維護程序流程，實現(xiàn)相應的功能。比如針對修改功能，其實現(xiàn)方法可以做出如下闡述：系統(tǒng)先讀取相應的業(yè)務信息，早期建表時各條業(yè)務信息均有適宜的id編號，系統(tǒng)讀獲編號內的業(yè)務信息，而后將其完整地呈現(xiàn)在相應頁面上，維護工作人員精準發(fā)送，輸進修改信息，配合應用update的方法把修改所得的信息添加至數(shù)據(jù)庫內。進到數(shù)據(jù)庫維護頁面，選出需要進行修改的行，點擊“編輯”按鈕，彈跳出相應的修改頁面，輸進修改后的信息，點擊“確認”完成修改功能。而在實現(xiàn)刪除功能時，系統(tǒng)先精準找到對應id編號的業(yè)務數(shù)據(jù)，然后通過delete的方法直接刪除id編號的業(yè)務信息。選出需要進行刪除的行，單擊“修改”按鈕，確定后執(zhí)行刪除功能[9]。

3.4登錄功能

登錄功能實現(xiàn)時應用了PHP+MySQL，先把相關信息輸送到頁面內，隨后輸入邏輯查詢代碼、＄_POST傳遞參數(shù)，在數(shù)據(jù)庫內反復探查mysql_fetch_array語句。數(shù)據(jù)庫查找輸入的兩個參數(shù)，一是用戶名，二是密碼。登錄時，系統(tǒng)自動查找用戶信息表內是否存在著用戶名與密碼。前期沒有注冊的人員，數(shù)據(jù)庫無法查詢到相應結果，返回至登錄失敗界面。在信息驗證成功以后，呈現(xiàn)出系統(tǒng)地址。

3.5留言板功能

留言板功能即結合留言板功能程序執(zhí)行情況實現(xiàn)相應功能。留言板自身構造簡單，實用性強，具備多數(shù)留言板的基本使用功能。實際操作留言板的過程較簡單，進到留言板頁面后，可以自由瀏覽他人的留言信息，頁面下方能觀察到留言輸入框，輸進內容以后點擊“留言”按鈕就可以完成。

4結束語

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期應用傳統(tǒng)的故障診斷模式，因此做好民航空管傳輸業(yè)務的維護工作具有很大的現(xiàn)實意義，應嘗試把智能化與信息化方法用于維護工作的實踐中。本課題設計了空管傳輸業(yè)務故障診斷系統(tǒng)，合理應用該系統(tǒng)，提升維護人員的操作效率，使傳輸業(yè)務維護工作的質效得到保障，為我國航空事業(yè)健康、長久發(fā)展保駕護航。

作者:羅朝輝 單位:民航甘肅空管分局