Содержание

Техническое задание……………………….………………………..………..3

Введение……………………………………..………………………….……. 4

1. Основные виды систем сбора метеорологических данных ........................8

2. Построение графической модели сбора метеорологических данных...11

2.1 Определение физических и информативных параметров ОИ .......11 2.2 Построение модели ИИС сбора метеорологических данных …...12 2.3 Разработка структурной схемы ИИС.................................................15

3 Выбор функциональных блоков ИИС…….……………………….......18

3.1 Метеооборудование, используемое в основном пункте наблюдения…………….……………………………………………………..18

3.2 Метеооборудование, используемое в вспомогательном пункте………………………………………………………………………… 29

3.2.1 Датчик давления КРАМС……………………………….29

3.2.2 Датчик температуры и влажности КРАМС…………...30

3.2.3 Датчик высоты облаков КРАМС (ДВО-2)……………..33

3.2.4 Датчик параметров ветра КРАМС (М63МР)…………36

3.2.5 Импульсный фотометр (ФИ-2)………………………….40

3.3 Блок ручного ввода (БРВ)……………………………….43

3.4 Блок индикации (БИ)……………………………………..44

4 Определение основных качественных характеристик ИИС………….46

Заключение………………………………………………………….................47 Список литературы……………………………………………………….......49

Техническое задание

Разработать ИИС сбора и обработки информации об основных параметрах атмосферы в зоне аэродрома гражданской авиации, регистрации метеоинформации, формирования метеорологических сообщений на устройства отображения и в каналы связи. Результаты измерения основных параметров атмосферы в районе взлетно-посадочной полосы обслуживаемого аэродрома (атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, метеорологической дальности видимости, высоты облаков, яркости фона) передаются по каналам связи для обеспечения взлета и посадки воздушных судов. Построить графическую модель ИИС, разработать структурную и функциональную схемы.

Наименование параметра системы	Значение
Объект внедрения ИИС	Аэродром II категории (класса А,Б)
Количество ВПП	1
Погрешность измерительной системы, не более, %	1
Напряжение питания при частоте сети f=50 Гц, В	22010%
Рабочая температура воздуха, С	-10… +60
Максимальная относительная влажность воздуха, не более, %	90
Средний срок службы системы, лет	8
Среднее время восстановления после отказа, не более, ч	2
Срок службы не менее, лет	10

Введение

Измерения метеорологических параметров на аэродромах являются одним из важнейших элементов системы метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов. В соответствии с этим предъявляются повышенные требования к объему, оперативности и достоверности измерительной метеоинформации и к используемым техническим средствам.

Основными направлениями работ по новым техническим средствам в РФ и за рубежом является создание аэродромных измерительно-информационных систем и нового поколения «интеллектуальных» датчиков, обеспечивающих на базе встроенных микропроцессоров обработку исходной информации и формирование результирующих данных, повышение информационных и эксплуатационных характеристик приборов на базе новых технологий.

Требования к метеооборудованию, необходимому для обеспечения аэродромов различных категорий и классов, подробно регламентируются нормативными документами – Нормами годности к эксплуатации аэродромов (НГЭА) и Нормами годности к эксплуатации оборудования гражданских и воздушных трасс (НГЭО), а также Авиационными правилами (АП-139, АП-170). Указанные документы определяют состав измеряемых метеорологических параметров, требования к диапазону и погрешности измерений, обязательный (минимальный) состав метеооборудования для аэродромов всех категорий и классов, а также места его установки на аэродроме.

Таким образом, аэродромные измерительно-информационные системы являются важнейшими элементами технического оснащения авиаметеосети. Использование автоматизированной метеорологической информационно-измерительная системы (АМИИС) позволяет не только радикально повысить оперативность, достоверность, объем, объективность получаемой метеоинформации, но и значительно усовершенствовать всю технологию метеообеспечения на аэродроме по сравнению с применением автономных метеорологических приборов и устройств представления данных.

Важными дополнительными задачами, возлагаемыми на АМИИС, является автоматизация режимных наблюдений и формирование климатических характеристик аэродрома.

Получение режимных характеристик выполняется на большом числе АМСГ (авиаметеорологическая станция гражданская). АМИИС позволяет автоматизировать технологию получения режимной и синоптической информации в интересах общей метеорологической сети. Включение в состав программного обеспечения АМИИС дополнительных модулей по формированию режимной информации на базе данных измерений АМИИС избавляет персонал АМСГ от трудоемкой ручной работы и повышает достоверность данных. Представляется также целесообразным подключение к АМИИС для указанной задачи комплекта дополнительных датчиков (температуры почвы, количества и интенсивности осадков, высоты снежного покрова, продолжительности солнечного сияния). Реализация в полном объеме этой задачи обеспечивает сгущение наблюдательной сети, повышает уровень ее автоматизации и дает экономический эффект благодаря использованию аэродромной ИИС для решения задач наблюдательной сети.

Получение климатических характеристик аэродрома требует формирования многолетних архивов опасных для авиации метеорологических условий и явлений, формирования месячных и годовых таблиц повторяемости этих параметров и явлений, их суточного и годового хода, продолжительности и др. (для высоты нижней границы облаков, дальности видимости, условий погоды различной степени сложности, опасных явлений погоды, ветра и др.). Автоматизация позволяет резко упростить решение задач климатического описания аэродрома и повысить достоверность и объективность данных, а также возможность их наглядного представления в виде графиков, диаграмм и др.

Климатические условия учитываются при планировании и метеорологическом обеспечении полётов воздушных судов. Для каждого аэропорта составляется климатическая характеристика, где приводятся сведения о метеорологических величинах и явлениях, оказывающих воздействие на работу авиации. На их основе выявляются сезоны года и части суток с благоприятными или неблагоприятными условиями для взлёта и посадки самолётов, рассчитывается объём загрузки, планируется применение аэродромной техники. Правильное использование климатических материалов даёт возможность повысить безопасность, регулярность и экономичность полётов.

Развитие аэродромных ИИС включает не только задачи измерений, обработки и документирования метеоданных, но и задачи, связанные с автоматизацией работы аэродрома в целом. В техническом плане сюда относятся входящие в состав ИИС коллективные и индивидуальные средства отображения, автоматизированные рабочие места (синоптика-консультанта, синоптика-прогнозиста и др.), средства сопряжения ИИС с другими системами аэродрома (АС УВД, телекоммуникационной аппаратурой, АТИС, светосигнальными системами, аппаратурой технических служб и т.д.). Это позволяет усовершенствовать всю технологию метеообеспечения аэродрома.

Помимо расширения возможностей аэродромных ИИС, важными тенденциями их развития являются повышение гибкости и надежности систем.

Под гибкостью ИИС понимается возможность модернизациии технических средств и программного обеспечения системы для решения задач конкретных аэродромов, создание модификаций системы, в т.ч. для двухполосных аэродромов, аэродромов младших классов и вертодромов, т.е. адаптацию системы к оборудованию и технологии метеообеспечения конкретного аэродрома. Это означает, в частности, возможность работы ИИС практически со всеми имеющимися в РФ сертифицированными отечественными и зарубежными датчиками, а также с различными вариантами аэродромного оборудования (систем связи, АТИС и т.д.).

Гибкость АМИИС подразумевает не только возможность адаптации системы при ее развертывании под требования конкретного аэродрома, но и возможность оперативного изменения программного обеспечения, а также технических средств системы в процессе ее эксплуатации по мере уточнения этих требований.

Повышение надежности АМИИС включает не только аппаратную надежность (различные схемы резервирования датчиков и центральной системы, тестирование и т.п.), но и обеспечение достоверности, защиту информации, обеспечение большей репрезентативности измерительной информации. Это касается, в первую очередь, алгоритмов измерения и обработки данных (контроль и исключение выбросов, мажоритарное методы осреднения и т.п. ).

Важным элементом надежности системы является также требование архивирования всей входящей (включая резервные датчики) и выдаваемой информации, а также всех действий оператора и защита архива от непредусмотренных технологией метеообеспечения его изменений.

Типовые схемы оснащения аэродромов метеорологическим оборудованием в значительной степени определяются требованиями к составу и размещению на аэродроме первичных измерительных преобразователей (датчиков) в определенных местах вблизи взлетно-посадочной полосы (ВПП), а также дистанционных пультов и АМИИС, устанавливаемых в рабочих помещениях наблюдателей.

Учитывая требования к дистанционности измерений (до 8 км для датчиков дальности видимости, высоты облаков, параметров ветра), особенно важным является их реализация как цифровых приборов. Использование цифрового выхода позволяет резко уменьшить требования к линиям связи, влияние помех, упростить грозозащиту, исключить погрешность, связанную с передачей аналоговых сигналов, осуществить контроль, тестирование, управление датчиком. Для датчиков с аналоговыми выходными сигналами (например, датчиков температуры и влажности) целесообразно использование группового преобразователя с цифровым выходом, расположенного рядом с датчиками.

На аэродромных метеостанциях (АМСТ) выходы датчиков подключаются к общему устройству сбора и передачи данных, управляемому от автоматизированного рабочего места (АРМ) метеоролога-наблюдателя. АРМ осуществляет также формирование сообщений и выдачу их на рабочие места метеоперсонала, диспетчерского состава и другие системы аэродрома, в каналы связи.

Важно отметить возможность использования в АМИИС радиоканалов и оптоволоконных линий связи при реализации систем сбора данных.

Техническое оснащение аэродрома включает не только измерительные задачи, но и задачи, связанные с автоматизацией работы аэропорта в целом. В техническом плане сюда относятся коллективные и индивидуальные средства отображения, автоматизированные рабочие места (синоптика-консультанта, синоптика-прогнозиста и др.), организация связи и т.д.; должно быть обеспечено сопряжение АМИИС с другими техническими средствами и системами аэродрома и адаптация АМИИС к составу технических средств и технологии работы аэродрома.

В настоящее время наблюдается общий подход к построению АМИИС для метеообеспечения авиации на аэродромах РФ, базирующийся на рациональном выборе отечественных и зарубежных датчиков с использованием центральной части ИИС и программного обеспечения российского производства.

Помимо типового (минимально необходимого) состава аппаратуры предназначенного для оснащения аэродромов, можно указать на дополнительные технические средства (датчики яркости фона, гололёда, состояния ВПП, грозопеленгаторы, комплекс датчиков для режимных наблюдений и т.д.), в том числе, средства предназначенные для повышения уровня автоматизации наблюдений (идентификаторы явлений, системы определения горизонтального и вертикального сдвига ветра, и др.) Такие технические средства просто ассимилируются в общую ИИС аэродрома.

На аэродромах оборудованных современными АМИИС предусмотрено формирование климатических таблиц в соответствии с [2] на специальном АРМ, с использованием метеоданных непрерывно поступающих от центральной системы АММИС. При этом обеспечивается также формирование метеоархива в электронной форме в соответствии с [3]. Архив может постоянно пополняться и храниться в форме удобной для проверки расчётов таблиц и графиков, выполненных по данному архиву, а также для получения дополнительных выборок по запросам потребителей.

1. . Основные виды систем сбора метеорологических данных

Система сбора данных (ССД) - комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных [6].

По способу сопряжения с компьютером системы сбора данных можно разделить на:

• системы сбора данных на основе встраиваемых плат сбора данных со стандартным системным интерфейсом (наиболее распространен - интерфейс PCI);

• системы сбора данных на основе модулей сбора данных с внешним интерфейсом (RS-232,RS-485,USB, UART);

• системы сбора данных, основанные на магистрально-модульном сборе.

По способу получения информации они делятся на:

• сканирующие;

• мультиплексные (многоточечные);

• параллельные;

Сканирующий принцип построения систем сбора данных используется там, где надо измерить поле распределения параметров: тепловизор, аппарат УЗИ, томограф используют для получения первичной информации именно ССД сканирующего типа.

Параллельными системами сбора данных следует считать системы сбора данных на основе интеллектуальных датчиков, каждый такой датчик по сути одноканальная система сбора данных со специализированным интерфейсом.

Мультиплексная (мультиплексорная) система сбора данных имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования. Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных.

Внедрение системы сбора данных в предприятия метеообеспечения ГА позволяет решить следующие задачи [4]:

• обеспечение требуемой оперативности процесса сбора данных от момента появления новой потребности в отчетной информации до полного сбора и консолидации данных со всех источников;

• снижение объема ручного труда по заполнению и контролю отчетных форм за счет предоставления развитых средств контроля первичных данных и автоматического заполнения форм;

• предоставление развитых средств контроля за соблюдением установленного порядка подготовки и сбора отчетности;

• ведение и распространение для всех участников системы сборы единой нормативно-справочной информации, используемой в процессе распространения и сбора отчетной информации;

• предоставление оперативного доступа к актуальной и достоверной информации всем заинтересованным лицам в соответствии с их правами и обязанностями.

Автоматизированные метеорологические информационно-измерительные системы в основном различаются от:

- типа применяемых датчиков (отечественные или зарубежные);

- протоколов обмена и передачи метеоинформации;

- способа передачи информации (радиоканал или проводная система).

Основой метеоинформации, используемой для метеообеспечения предприятий ГА, служат результаты наблюдений за метеовеличинами и их характеристиками, представляющими собой показатели состояния и развития физических процессов в атмосфере.

Методика выполнения наблюдений изложена в [7]. Программа метеонаблюдений для метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов ГА включает следующие виды наблюдений:

- за атмосферным давлением (только инструментальные);

- за температурой и относительной влажностью воздуха (только инструментальные);

- за скоростью и направлением ветра у земли и на высотах (только инструментальные);

- за облачностью (за высотой нижней границы облаков (ВНГО) - инструментальные и визуальные, за количеством и формой облаков - визуальные);

- за метеорологической дальностью видимости (МДВ) (визуальные);

- за метеорологической оптической дальностью (МОД) (инструментальные);

- за осадками (за количеством, интенсивностью и продолжительностью - инструментальные и визуальные, за видом осадков - визуальные);

- за атмосферными явлениями: туманом, дымкой, метелями, шквалами, грозами, гололедно-изморозевыми отложениями (инструментальные и визуальные).

Состав метеооборудования, используемого для метеообеспечения ГА, определяется классом аэродрома и программой наблюдений. В состав метеооборудования входят следующие технические средства (ТС):

- первичные измерительные преобразователи, СИ, датчики АМИИС;

- вторичные измерительные преобразователи (блоки управления и преобразования (БУП), контроллеры, интерфейсные блоки, адаптеры и т.д.) электрических сигналов первичных измерителей метеовеличин в форму, пригодную для дальнейшей автоматизированной (автоматической) обработки в центральном устройстве с целью получения метеоинформации;

- центральные устройства, реализующие алгоритмы, в которых заложены методики выполнения измерений (МВИ) метеовеличин и получение на их основе метеоинформации, а также протоколы обмена и передачи метеоинформации;

- ТС, реализующие интерфейс пользователя (визуализация метеовеличин метеоинформации в удобной для использования форме);

- ТС архивации метеоинформации;

- ТС кодирования и передачи метеоинформации;

- вспомогательные устройства, обеспечивающие необходимые условия для измерений и обслуживания.

2. Построение графической модели ИИС сбора метеорологических данных