民航报文智能纠错功能实现,该文是关于民航硕士学位论文范文跟报文和民航和纠错方面专科开题报告范文.
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空中交通管制系统是关系国计民生的信息化系统,是国家信息化建设的重点项目之一.随着社会的发展和人们出行方式选择的改变,每天有成千上万的人选择航空出行,这就给空管系统造成了越来越大的压力,每时每刻都有数以亿计的信息量需要处理,而信息数据的正确性关乎系统运行安全和航班准点率,确保数据的准确无误是该系统可操作性的关键.
电报是现阶段空管系统中主要的信息通讯方式,包括AFTN 报和SITA 报,AFTN 报供空中交通管制部门使用；SITA 格式电报供航空公司航务部门使用.由于大部分电报在初始形成时都有人为输入的环节,不能保证每封电报的内容准确无误,所以为了确保发出电报的准确性,建立报文纠错机制势在必行.以下将以华东空管局的空管系统为背景阐述民航报文纠错功能的建设.
一、概述任何具备数据交换或通讯功能的业务系统都必须按一定的规则进行标准化的数据交换,即数据交换过程中子系统之间或主副系统之间的报文格式必须符合一定的标准才能进行数据交换,比如被业界广为接受的CGI.之所以要对系统之间的数据交换进行标准化,就是为了保证数据传输时严格按一定规则组装信息以免发生错误,同时保证数据解析的准确性.对于空管数据交换,无论是AFTN 报文还是SITA 报文,错误的报文信息可能导致无法挽回的后果.在报文发出之前或收到报文之后的自动检测和智能纠错是保障报文数据正确性的有效手段,也是系统可用性的标志.
智能纠错功能分为大小两种实现方式,小的实现是将智能纠错功能做成模块嵌入到程序中,当发出报文之前或收到报文之后将报文的内容输入到该模块中进行过滤以找到报文中的错误并及时纠正；大的实现是建立智能纠错系统,即建立智能纠错服务器,将该服务器架设在系统的中心部位,各分系统发出报文之前或收到报文之后,连接该服务器,将收到的报文通过网络传输到智能纠错服务器,该服务器对报文监测后得出相应的结果并将该结果信息回传给系统.这两种实现方式各有利弊,但无论哪种都要实现最基本的纠错模块、建立基本的智能纠错策略.在处理速度上,小的方式处理速度快,大的方式处理速度慢,是因为小的方式纠错模块和母程序处于同一段堆中,而大的方式是处于不同机器的不同进程中；在灵活性上,大的方式不仅具有方便的自动更新能力,还可以做到自我学习、自动将新的纠错策略添加到自身的策略中；而小的方式是编码在程序中的,很难保证所有系统的智能纠错能同步更新.以下将对这两种方式及相关纠错功能的实现进行概要叙述.
二、智能纠错模式建立一种计算机认知的纠错机制比单纯的强调人为的小心细致更有可行性.1、将错误杀死在摇篮中：即采用一定的机制在录入数据之前规范信息输入.（1）采用列表选择方式代替键盘输入,即将固定的信息采用固化在程序中的方式,如电报的类型等,采用下拉框或选择按钮的方式输入,避免手工输入；（2）采用正则表达式对输入的整条数据或部分数据进行规则监测,对于不符合正则表达式的内容及时通过警示框提醒操作人员做出对错判断,不让无效字符进入报文；（3）固定长度的报文要对报文长度进行监测,防止报文的开头或结尾出现空格；（4）字符的半角和全角检测,中文字符编码规范化等.
2、检测和纠错策略概述：监测分为报文识别、格式识别和内容检测,纠错包括纠错、提示、纠错日志和内容恢复.（1）报文识别：AFTN 和SITA 报分别用三个大写字母标示报文的类型,如飞行预报（PLN）、现行飞行变更报（CPL）、修订飞行预报（COR）、预计飞越报（EST）、动态电报（MVT）、飞行预报（PLN）等25 种,根据报文类型标识识别是否是有效的电报类型,对于无效报文标识为无效,为纠错做准备；（2）格式识别：AFTN 报文和SITA 报文都有固定的报文格式,比如AFTN 报文,第一行是电报种类,第二行是使用时间（UTC时间）,第三行是电报级别.对于不符合格式的报文标识为无效报文；（3）内容检测：对报文中各段的内容进行检测,将不正确或不确定的内容进行标识；（4）纠错：对无效报文、错误字符和不明字符进行智能纠错训练,将纠错的内容和原文一道形成新的报文；（5）提示：将纠错过的报文通过警示框之类的方式提交到客户端；（6）纠错日志：将纠错内容包括原报文和纠错过的报文记入日志文件；（7）内容恢复：客户端对纠错过的报文确认后或者二次修改后,将有问题的报文替换成有效报文,继续报文处理程序.
据此,报文检测和纠错需要构建如下构件：（1）元数据库:包括电报种类元数据、电报级别元数据、特别编组号元数据、飞行规则和种类元数据、航空器数目、机型和尾流等级元数据、机载设备元数据、机场信息元数据、巡航速度、巡航高度元数据和附加元数据；（2）电报格式数据库：对每一种电报定义一个正则表达式并和电报类型相关联；（3）纠错策略数据库：建立分等级的各种策略的数据库,包括：文本拟合策略、时间格式拟合策略、电报类型拟合策略、电报格式拟合策略、元数据拟合策略等,每一类包括若干条拟合策略,支持策略的自学习和自动添加；（4）日志文件格式；
三、智能纠错模块实现智能纠错模块是直接作为插件放到母程序中,通过硬编译和母程序一道组合成同一个可执行文件,其元数据库等构件是通过文本文件的形式存在于资源中被纠错插件调用,或者将这些资源硬编码到程序中.智能纠错模块分别对发出和收入的报文进行检测和智能纠错,对需要纠错的报文将纠错后的结果和原报文一起提交给母程序.由于元数据库等构件是通过文本文件或者硬编码的形式实现,这就要求不定期对各种构件进行人工更新（升级）以支持新的元数据、策略等.智能纠错模块包括缓存子模块、策略子模块、纠错子模块、数据预处理子模块、辅助子模块等,各模块之间的调用关系如下图1：
1、数据预处理子模块：将要监测的报文分解成单词,并缓存原报文,封装或标识数据以适应策略子模块提供的接口,然后调用策略子模块提供的接口进行测试.2、策略子模块：按报文类型建立多个通道,每个通道用于检测一种报文；调用缓存子模块将报文数据和缓存的元数据进行比对,对有问题的报文进行进行纠错；对认为有问题的单词,最终给出一个最接近的单词作为替代,查找最接近的单词的策略如下（1）首先按长度在元数据中找出相同长度的单词；（2）在找出的单词中查找与问题单词相同词素最多的单词；（3）按字母顺序找出最接近的单词作为替代.对于电报格式进行验证时,从缓存子模块中读出相应报文格式的正则表达式,根据正则表达式确定报文格式的正确与否,将不正确的报文,按正确报文格式做调整；将结果返回给上级模块.
3、缓存子模块：该模块通过读取元数据文件,将元数据文件中的多项信息缓存并提供接口供策略子模块调用.缓存中的元数据的数据结构采用多叉树的形式,当查询某一项内容时,只要进行相应的正序、中序遍历就可以查出所需要的内容.
4、辅助子模块：用于写日志,提供接口由数据处理子模块调用,将检测和纠错的结果写入日志文件.母程序通过调用数据处理子模块提供的接口,将报文提交给智能纠错模块,该模块经过一系列的操作最终给出结果,对于有问题的报文,处理结果中包含了错误报文和纠错后的拟合报文,母程序应该对该报文进行确认.将智能纠错模块做成插件的形式嵌入到母程序中,其优点是简单、对硬件无要求、可以有好的处理效率、节约成本；缺点是更新（升级）复杂、难以实现自学习自更新的功能、版本统一较困难.
四、智能纠错系统实现智能纠错系统是建立智能纠错服务器,通过网络将该服务器与业务系统相连,为系统提供报文检测和纠错服务.该服务器应该处于系统的逻辑中心,具有高带宽,高缓存和快速处理数据的能力.为了提供便捷的、通用的、完备的服务以及具备可扩展性,该服务器宜采用WebSeveice 的形式进行部署,形成标准化的统一接口.该系统由4 部分组成,分别是接口、缓存区、纠错功能模块和数据库.接口采用标准化的统一接口,如WebSeveice；缓存区用于缓存报文、处理结果和元数据等；纠错功能模块同三；数据库采用图数据库存储元数据、策略等信息.如图2.
1、标准化接口：支持SOAP 协议的标准化接口,支持远程调用,符合网络接口保准；业务系统通过网络调用该接口并将需要检测的报文提交到该系统,该接口通过调用纠错模块的相应接口得到结果并将该结果提供给业务系统,业务系统得到结果后应该对检测或者纠错结果进行确认并再次调用该标准化接口,将确认的结果传给纠错服务器；所以,该标准化接口应该包括两套接口,一套提供检测和纠错服务,一套用于接收确认信息.
2、纠错模块：除了具备三中提及的功能外还要具备处理接口接收的确认信息,将处理后的信息包装成策略存储在数据库中.3、缓存区：缓存元数据、策略数据和中间数据,具备缓存一定时间内的处理结果.读取数据库中的元数据和策略数据；提供接口被纠错模块调用并将纠错模块处理的中间结果缓存以实现较好的系统性能.缓存中的元数据采用多叉树的数据结构,对查询操作采用正序遍历或中序遍历即可取得所需数据；对缓存的数据提供定期更新机制,即定期从数据库中读取最新的元数据和策略数据更新缓存.
4、数据库：数据库存储元数据和策略数据.数据库采用图数据库,包括四部分内容：（1） 电报：顶层节点是“电报”,二层节点是“AFTN” 和“SITA”,三层节点是“CPL”、“PLN”、“COR”和“AD”“AA”等报文名称,四层节点是“正则表达式”、“编组1”、“编组2”、“编组n”等；（2）编组：顶层节点是“编组”,二层节点是“编组1”、“编组2”、“编组n”等,三层节点是“正则表达式”、“元素”等；（3）元数据：顶层节点是“元数据”,二层节点是“机场信息”、“航路”、“高度”、“海拔”、“航班号”、“航路点”等,三层节点分别时二层节点的内容细化；（4）策略：顶层节点是“策略”,二层节点是“策略1”、“策略2”、“策略n” 等,各策略之间有前后关系,三层节点是二层节点策略的具体条目；
5、纠错模块和缓存区具备写日志的功能,将出错信息写入文本文件以备日后查询.智能纠错系统具备自学习的能力,当业务系统把确认的纠错报文回发给该系统时,纠错模块会将该确认结果重新计算形成新的策略并存入数据库和缓存模块中.随着该系统的运行,策略会越来越丰富,拟合度也会越来越好,这也要求业务系统具备纠错回传的功能.纠错系统的数据流如下图3.
五、结论民航报文智能纠错功能的实现不仅有助于监测报文的正确与否,还能根据拟合策略对有问题的报文进行有效的更正,对保证报文的正确性有比较重要的意义.纠错系统的实现,将智能纠错功能部署在单独的服务器上服务于整个业务系统,还可以实现自学习,将用户反馈的信息计算成新的拟合策略保存在数据库中以备下次使用.随着云计算的普及,将来还可以将纠错功能进行云部署以提供云服务.
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