0 引言

签派放行是航空公司运行控制中的重要一环,借助合理的天气、通告、油量和航路等的评估,可以有效地降本增效,降低返航备降率,提高正常性,大幅提升运行安全。在实际运行中,由于局方规章和公司手册的要求,对签派员的执勤期有严格限制。在非执勤期间,签派员处于休息状态,不能及时获知局方、机场和公司发布的最新运行提示,上岗前的交接班时间不足以全面地进行风险提示,这对于安全合理地放行航班是不利的。所以,设计并开发一个签派岗前风险提示系统是十分必要的。

在以往的研究中,对于签派岗前风险提示系统研究较少,主要集中在放行风险点的评估,以及管制员的风险提示上。在放行风险点评估方面,2017年,孙石磊等^[1]从五个角度进行评价,提出了一种基于层次分析法的风险指数评估方法。赵宁宁等^[2]根据局方通告,采用因子分析法对影响要素进行降维提取,通过提取结果探讨了签派资源管理与运行安全之间的联系。2019年,杨丰宁等^[3]探讨了高原运行的风险点与控制办法。2020年,陈华群^[4]将签派放行策略转化为一个动态规划问题,通过仿真获取最优的放行策略。在飞行员和管制员风险提示方面,2018年,Martina等^[5]分析了环境对管制员工作的影响,并提出利用风险提示可以提高管制员的培训效果。2019年,孙禾^[6]以Agent理论为基础,研究了管制员的认知模型,并以此设计并实现了一种基于Android的新型管制培训软件。综上所述,在以往的研究中,主要存在以下不足:

1)缺乏系统性的研究与设计。以往多是某一个放行要素的研究,缺乏系统性的研究。在实际的签派放行工作中,从业载的计算到起飞性能的分析,是一个整体的系统,任何一个要素超出风险的阈值都可能产生不安全的情况;

2)缺少软件的设计与实现方法。以往的研究多集中在理论的层面上,没有关于应用软件的相关研究。相比于模型和算法,一线单位更关注可以使用的产品;

3)相比于飞行员和管制员,签派员的风险提示工具较少。签派员与管制员是航班不可或缺的两部分。两者在缺乏风险提示,缺少相关情景意识的情况下,都可能导致错误的产生^[7],所以不仅要针对管制员开发风险提示系统,也要对签派员开发风险提示系统。

针对以上不足,首先分析了签派岗前风险提示系统的需求,其次实现了需求的功能,最后测试了软件功能。主要的创新点为:1)充分考虑了签派放行工作的系统性,风险提示可以根据值班席位、执勤时间间隔或关键字进行检索,可以兼顾签派放行中的每一个环节;2)从签派放行一线运行关注的角度详细介绍了签派风险提示软件的设计思路和实现方法;3)充分考虑了签派员的执勤和岗位特点,将用户分为普通、高级和管理员三种。普通席位对应值班席位,根据执勤间隔周期和管理员的要求提示风险信息;高级用户对应主班席位,可以查看各席位的阅读情况,并可录入需要提示的信息。管理员则可以对系统进行维护,如录入信息的审核。更符合航空公司运行指挥部门的特点。通过上述创新点,达到签派员岗前风险的提示与情景意识建立的目的,从而使签派员可以更加合理、更加安全地放行航班。

1 软件功能需求分析

1.1 系统概述

系统涉及的模块包括身份验证模块、管理员模块、高级用户模块、普通用户模块、信息录入与查询模块、信息圈阅模块、信息审核模块。各席位根据权限登陆系统,且系统所在的计算机借助网卡已连接内部网络。除此之外,将一台计算机设置为服务器,用以存储其他计算机传输的数据,从而完成服务器的搭建与分布式设备的组网,系统框架如图1所示。

完成上述的系统架构和组网后,首先由管理员用户开启服务器的监听;其次,由普通用户和高级用户通过申请连接到数据库服务器,在通过身份验证模块后,与服务器建立连接。再次,普通或高级用户模块登陆后,服务器对比系统时间和用户上次登录时间,将这一时间段内的高级用户录入(信息录入与查询模块)并由管理员用户审核(信息审核模块)的信息推送给普通和高级用户,高级用户在接收推送信息的同时还可以录入信息。最后,由管理员统一审核、修改和发布。这里的各种用户对应着相应的值班席位,以中国南方航空运行指挥部门为例,普通用户对应着诸如飞行计划制作、辅助监控和放行讲解等席位;而高级用户对应主班、副班席位,可以录入各个席位应该知晓的风险信息。

其中,由于人对一件事物的注意力会随着时间衰减^[8],所以在信息推送的过程中,设立了排序机制,通过TOPSIS方法对信息进行评估,根据重要性对信息进行推送。客户端再根据用户的阅读情况反馈给服务器,从而使管理员和高级用户可以查看用户风险信息阅读情况。

1.2 软件开发功能需求

根据上述的系统和组网架构,为了达到稳定传输风险信息,做到及时有效地提示,对系统涉及的模块和技术介绍如下。

1)客户端身份验证模块

在软件的使用过程中,主要有两点需求。一是部分运行信息具有保密性,需要对使用者的身份进行验证;二是软件有权限的划分,不同的用户权限不一样。所以,需要设计一个登录界面进行登录者的身份验证,主要包括用户名、密码和权限的选择,在服务器验证通过后,可以根据权限登录至相应的页面。

2)用户模块需求分析

在验证身份后,可进入相应的界面。分为普通用户界面(值班席位界面)、高级用户界面(主班界面)和管理员界面。

在普通用户界面下,主要包括圈阅提醒信息功能和查询功能。具体为:输入起始、结束日期、岗位,提取日期区间内所有该岗位新增提示圈阅,由于运行信息存在数量多、范围广的特点,所以需要界定推送的优先级,依靠管理员人工界定,工作负荷较大,因此需要一个评价方法,根据管理员给出的权重,自动界定优先级。另外,圈阅时可以选择“不再提醒”(在其他岗位准备时,不再提醒已圈阅的相同信息)和“多次提醒”(在其他岗位准备时,再次显示已圈阅信息)。查询功能,具体为:输入起始(默认为系统上线首日)、结束日期(默认为当前日期)、关键字(空白为全部信息),可以检索出相关信息进行查看。

在高级用户界面下,首先包括普通用户的全部功能;其次是录入信息功能,具体信息属性包括起始、结束日期、岗位信息,一条提醒信息可进入多个岗位的信息库。

在管理员用户界面下,首先包含普通用户和高级用户的全部功能;其次,信息维护功能,具体为按结束日期提取所有到期或过期信息,进行“删除”(自动生成信息废止提醒,进入信息库为用户进行推送)、“修改”(将修改后的信息录入信息库进行推送)、“延期”操作。用户圈阅情况查询功能;最后是用户查询功能,即以某条信息查询或以某用户账号查询,可以查看某用户对于某信息的圈阅情况(包括圈阅日期、席位)。

三种用户都可以登录访问其他模块—国内航线运行注意事项库,用户输入航线城市,机型,提取该航线注意事项。由管理员定期进行录入和修改。

3)文件传输与存储

由于运行信息每天都在更新,数据量巨大且时效性强。所以在服务器上部署数据库,包括:a)用户信息数据库,用以存储用户的权限、用户名和密码;b)运行信息数据库,用以存储需要提示的运行信息,数据库中的列应该包括起始时间、结束时间、岗位。另外,为了减轻管理员的负担,可以借鉴航空情报的处理,设置EST,没有选中EST自动失效、选中了EST则需要管理员手动取消;c)圈阅情况数据库。由于运行信息和用户是一种多对多映射的关系,如果存储在用户信息数据库中,数据量较大且会导致分类相对混乱,所以单独建立用以查询某一岗位或某一用户是否阅读了信息。

4)数据处理与图形绘制

由于人的注意力是一种有限的资源,但运行信息数据量巨大,所以软件需要一种基于重要性评价推送机制。重要性评价的方法很多,但根据航空公司运行指挥部门的特点,即涉及的维度较多,如计划签派员和放行讲解签派员、运行调度签派员的应用能力不属于同一维度,难以通过统一的度量标准进行评价。仅使用主观赋权法或客观赋权法得到的评价值不够精确。对于不同级别的签派员,推送信息的指标和侧重应有所变化,模型需要一定的学习和适应能力。

运行信息的种类很多,有关于机场的通告、航路航线的通告,以及一些短期的计划制作需要熟知的地方。这些内容如果能以图表的形式展现,一来可以便于管理员管理,二来可以使普通和高级用户更加直观地了解运行信息的分布。

1.3 关键技术

1)多线程技术

.NET平台非常适于多线程技术,有很多类库提供相应的支持。多线程可以将软件的进程分块,最高效地使用处理器,从而使软件的运行效率最大化。系统借助.NET平台的支持,可以使用C#实现多线程编程。

航空公司的运行控制是一个复杂的过程,签派根据席位的不同职能也存在很大差别,时常存在多个席位向服务器发出不同的反馈和计算请求。以南航北京公司为例,仅飞行签派就有十几个席位,再加上现场协调的席位,会存在较多客户端同时向服务器发送请求的情况。这就对服务器的稳定提出了一定的要求,使用多线程技术可以有效地解决这一问题,从而实现数据与图像的稳定传输。

2)数据库编程

在航空公司运行的过程中,每天都会产生大量的运行数据,并且要实现多台计算机的互通、互联,需要一个稳定、高效的平台进行存储。在需要大规模数据的存取时经常用到数据库编程。

当前主流的数据库很多,如Oracle、MySQL和SQL Server等。由于岗前提示系统是基于.NET平台的,SQL Server是对.NET平台支持最好的数据库,且通过创建唯一性的索引,不仅可以保证数据的唯一性,还能在海量的运行数据中快速索引定位,保证了岗前准备的效率。

使用SQL Server部署服务器,具有简单、便捷、易用的特点。在.NET平台与数据库互联时,需要用到SqlConnectionStringBuilder和SqlConnection两个类,第一个类为创建并管理SqlConnection提供方法,第二个类用于创建C#程序到SQL Server的打开链接。具体的使用逻辑如图2所示。

3)基于TOPSIS的信息重要度排序机制

由于签派的各个席位对于重要信息的评价标准存在差异,需要一个适应性强的评价方法。TOPSIS法对于原始数据的利用率高,能通过距离判定各评价方案之间的差距,可以有效地为不同席位精准排序岗前风险信息。所以基于TOPSIS法构建重要度排序的机制,具体算法如下:

步骤1,由管理员确定评价指标的类型(极大型指标、极小型指标、中间型指标、区间行指标)和数据,并根据岗位输入权重,并通过控件输入系统。

步骤2,系统根据评价指标的类型进行正向化处理,如式(1)~式(3)所示。

如果评价指标为极小型指标,需要转化为极大型指标,如式(1)所示。

式中,x_i表示第i个指标,max表示指标中最大的值,x_i表示正向化处理的结果。

如果评价指标为中间型指标,转化方法如式(2)所示。

式中,x _sel表示系统管理员选择的最优值。

如果是区间型指标,设管理员选择的区间为[a,b],正向化处理如式(3)所示。

步骤3,数据标准化。管理员建立的评价指标量纲可能不同,所以需要对数据进行标准化,即无量纲处理。

步骤4,计算TOPSIS得分。关于TOPSIS得分的计算具体可参考文献^[9-10]。

步骤5,信息重要性排序。根据TOPSIS得分,系统进行排序,优先推送最重要的信息。

2 软件开发功能实现

2.1 使用者身份验证

通过创建一个新的Form来实现用户的登录,并在Form上布置Label控件、Textbox控件、Combobox控件和Button控件来实现。通过Combobox控件获取用户拟使用的权限,TextBox控件获取用户名和密码。用户点击登录按钮后触发Click事件,连接服务器上的数据库进行对比,身份对比无误后转入相应的权限页面,如图3所示。

2.2 软件集成与模块功能

1)用户模块与服务器模块

在完成身份认证后,根据权限转入相应的页面,如图4和图5所示。

用户模块和管理员模块的布局相同,主界面由三个窗体组成,分别为父窗体和两个子窗体,将父窗体设置为MDI窗体,从而包含两个子窗体。排版控件使用Weifenluo.Winform。

在用户模块方面,左侧子窗体包含用户圈阅功能、交接班功能和信息录入功能。但如1.1中所述,需要进行权限的区分,只有高级用户才能上报信息给管理员审核。在圈阅提醒信息模块,添加Label控件,修改其Text和Image属性为需要的图标和文字,并在其Click事件中添加实例化窗体的语句,从而展现对应的功能,如在圈阅信息模块添加窗体实例化语句,展现相应功能。

在管理员界面模块,主界面由三个窗体组成,分别为父窗体和两个子窗体,将父窗体设置为MDI窗体且包含两个子窗体。在子窗体上添加Label控件,修改其Text和Image属性为需要的图标和文字,并在其Click事件中添加实例化窗体的语句,从而展现对应的功能。但需要有一定的权限管理,管理员拥有全部功能,而高级用户不能审核信息和修改用户信息。

2)信息录入模块

航空公司运行时是以席位进行职责划分的,运行信息的发布需要席位值班员向主班报告,主班经过值班主任同意后发布。所以在进行权限设计时,录入信息功能只有管理员和高级用户可以使用,且高级用户录入的信息需要管理员审核后才可发布。

录入界面主要使用Label控件标注标题,通过TextBox控件获取管理员或高级用户输入的信息编号、关键字和信息内容,通过Datetimepicker控件获取添加时间和结束时间。但需要注意的是,由于信息内容部分可能涉及的文字较多,需要使用RichTextBox控件,从而可以进行格式调整。通过Checkbox控件获取结束时间是否为预计时间,如果是预计时间则需要管理员手动取消,如果非预计时间则信息到期结束。除此之外,还需要有一些逻辑设计,比如在信息录入时,需要使用判断语句判断添加时间和结束时间,使结束时间大于等于添加时间。在Button控件的Click事件中拼接连接数据库的语句,从而实现.NET平台与数据库的连接、修改。实现效果如图6所示。

3)信息圈阅模块

不同席位需要了解的信息不同。比如飞行计划制作席位需要了解运行环境的限制和不同机型的特点,主班不仅需要了解计划的制作,还需要关注运行政策等信息。并且依据个人习惯不同,有的值班员席位希望下次值班时重复看到重要信息,所以需要有已读和重复提示两个Button控件。在设计数据库表时,也需要设计这两列。将这两列定义为布尔型,如果用户点击已读,表示用户读过且不需要再被提示;如果用户点击重复已读,表示用户读过但是要再被重新提示。通过上述逻辑写入数据库的列。再次圈阅信息时,数据库的查询条件要以是否重复提示项为依据。

在信息圈阅模块。首先通过CheckBox控件选择席位,从而达到通过不同席位展现不同信息的目的。其次通过Datetimepicker控件获取上一次值班的时间,展现上一次值班之后新录入数据库的数据,如图7所示。双击后可展现详细信息,如图8所示。通过DataGridView控件连接运行信息数据库展现需要提示的信息,并通过管理员在后台设置的权重系数,通过1.3部分3)中描述的基于TOPSIS的信息重要度排序机制算法分席位展现需要圈阅信息的顺序,从而保证信息使用效率的最大化,最大程度地保证相应席位获取到了最重要地提示信息。后台的计算结果如图9所示。

4)信息查询模块

查询信息则分为2种,根据关键字查询和根据时间进行查询。其中,关键字查询支持模糊查询,输入关键字即可进行查询。时间查询则根据生效和失效日期进行查询。如图10和图11所示。

在关键字查询方面,使用Label控件标注题目,使用TextBox控件获取用户的输入,Button控件用于输入用户的查询操作,CheckBox控件用以获取是否需要查询已经失效的信息。在查询时,需要支持模糊查询,SQL语句中的like关键字可以很好的实现这一点,“%”可用于定义通配符(模式中缺少的字母),具体实现的查询语句可以表示为:

SELECT * FROM [dbo].[数据库名] WHERE [主键名] LIKE ‘%%业载%%’

在日期查询方面,使用DateTimePicker控件获取用户输入的生效日期和失效日期,查询逻辑如图12所示。生效日期t₁与失效日期t₂组成一个时间集合,只有t∈[t₁, t₂]才能被检索到。即,只要信息的生效日期或失效日期任一在被检索区间内,方可被检索到,不需要两者都在区间内。

信息审核和人员添加模块与上述类似,都是通过.NET平台与数据库连接,通过数据库的增删改来实现。

3 结论

通过.NET平台,设计并实现了飞行签派岗前风险提示系统。该软件通过权限设计,将用户分为普通用户和高级用户,这两者通过管理员用户进行管理。并针对不同用户设计了不同的使用界面,普通用户圈阅、查询风险信息,高级用户录入、圈阅、查询风险信息,管理员则可以对风险信息和用户信息进行录入、审核和查询。在风险信息展示的过程中,通过基于TOPSIS的信息重要度排序机制算法对需提示的信息进行排序,从而最大限度地保证航空公司的运行安全。

参考文献