航空天气报告的解码方法技术

本发明专利技术涉及航空天气报告的解码方法，属于气象资料处理以及气象信息抽取领域。该方法运用有限状态机的描述方式，并根据航空天气报告的电码格式构造出语法自动机和词法自动机；然后，将报文输入自动机，查找出报文内容中的多个模式字符串，识别报文中的气象要素；最后，显示多模匹配结果，实现对报文的解码；方法中引入有限状态机，运用有限状态机的描述方式建立的航空例行天气报告语法分析和词法分析，使其结构更加明确，提高了报告解码的有效性；建立航空天气报告词法结构，使得报告翻译之后，可以用计算机语言表述。词法结构和语法结构较电码结构更容易理解，并且简化气象报文相关程序开发的复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及民航天气报告分析技术，具体涉及对民航气象实况航空天气报告的解 码方法，属于气象资料处理以及气象信息抽取领域。
技术介绍
为了预测天气，现代气象技术必须依靠全球范围内实时的气象信息。在这些气象 信息中，一些气象报告(例如，METAR报或者SPECI报)为大量的气象预测模型提供重要的数 据来源。航空例行天气报告也即是METAR，它是由全世界成千上万个观测点每隔半个小时发 出一次，它提供了被观测机场附近的气象要素观测值，例如温度、风、气压等。METAR报告是一种被世界气象组织(WM0)和世界民用航空器组织(ICA0)共同规范 的编码格式，尽管这种格式拥有全球标准，但由于该标准比较宽松，在全世界范围内，各气 象组织的编码仍然存在着各种的差异。一般来讲，报告的解码是由计算机来完成。报告编 码的差异要求计算机必须具有较高的报文解码能力。目前，大多数的解码工具主要基于两种方法，一种是逐词分析，如果遇到错误的 词，则分解结束，这种解码方法对于异常报文的识别率不高；另外一种是多次遍历的方法， 这种方法虽然识别率较高，但是时间复杂度很高，因此，不适合于实时处理。基于上述方法 的解码工具会出现问题，很多更有意义和价值的报文没有被正确解码或来不及解码。因此， 需要一个更为完备的解码方法来解决这样的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够提高航空报文分解有效性的航空天气报告的解码 方法，以解决现有报告分解的识别率和处理效率不能兼顾的问题。为实现上述目的，本专利技术的步骤如下(1)运用有限状态机的描述方式来构造、表示航空天气报告的语法结构，建立语法自动机；(2)根据航空天气报告的电码格式来构造航空天气报告中风组、能见度组、云组、温度 组、气压组的词法结构，建立相应的词法自动机；(3)输入一段航空天气报告；(4)以“空格”为分隔符，将所输入的航空天气报告分割成各报文字符串，将得到的报文 字符串放入目标字符串数组；(5)建立多模匹配模型，将报告的语法结构定义为基本结构和次要结构，并将基本结构 的字符串存储构成模式字符串数组；(6)启动有限状态机，通过目标字符串数组中的字符串与模式字符串数组中相匹配，实 现航空天气报告解码。进一步的，所述步骤(5)之后，还设定回溯边界C，该回溯边界C代表当某一个模式字符串找不到时，向后移动的距离，也是匹配失败后，向前回溯的距离。进一步的，所述步骤(1)语法自动机中的各状态对应于航空天气报告中包含的 识别组、风、能见度、现在天气、云、温度、气压、补充信息，航空天气报告的语法结构描述如 下<METAR>=METAR+<OBCC>+<OTime><ffind><Visibility><ww><Cloud><TemperatureXPr essure><0ther>,或 <METAR>=METAR+<0BCC>+<0Time>+ "NIL",此处NIL代表空报，如果报文有OTL，仍然认为是合法报文，但是不作任何处理； 其中<WindXVisibility><ww><Cloud>=<Wind><Visibility><ww><Cloud> | "CAV0K”， CAV0K代表天气现象良好，报文中有CAV0K的时候，可以没有能见度(vi sibi 1 ity )，天气现 象(ww)，云组要素值(cloud)； <ww>=<ww> | e , <0ther>=<0ther>| e 。进一步的，所述步骤(2)中词法自动机中的各状态对应于语法自动机中包含的风 组、能见度组、云组、温度组、气压组中一个字符串从初始状态到结束状态所经历的变换过程。进一步的，所述步骤(4)中航空天气报告的分割是先从输入的航空天气报告中查 找第一个分割词；然后截取从当前位置到分割词的字符构成一个字符串，将得到的字符放 入目标字符串数组；从当前位置继续查找下一个分割词，直到航空天气报告结束。进一步的，所述回溯边界C是根据语法结构来定义规范函数，规范函数是一个以 语法结构的层次为因变量的函数，该规范函数的取值即是回溯边界C，回溯边界C代表当模 式串和报文字符串进行匹配的时候，匹配失败的最大次数。进一步的，设定回溯边界C=k，则如果第一次匹配失败，就判断E、 E……E和P是否匹配。进一步的，所述步骤(6)中对报告解码，设回溯边界C=2，P为模式字符串数 组中第i个模式字符串，E为目标字符串数组中第j个目标字符串，具体解码步骤如下a)用正则表达式来表示模式字符串数组中的字符串；b)用第j个目标字符串E去匹配第i个P模式字符串，其中；！力^；！，化/^爾;c)如果匹配成功，则i++，j++，进行目标字符串数组和模式字符串数组中下一个字符 串的匹配；d)若E和P不匹配，则判断E、E和P是否匹配，如果E匹 配成功，则E和E交换位置，从E和P位置开始匹配，如果E匹配 成功，则E和E交换位置，从E和P位置开始匹配，否则，跳过P模 式，从P和E开始匹配；e)重复步骤b)-c)或b)-d)，直到目标字符串数组或模式字符串数组结束，即i=n或j=m。本专利技术的中引入有限状态机，使运用有限状态机的描述 方式建立的航空例行天气报告语法分析和词法分析的结构更加明确，提高了报告解码的有 效性；建立航空天气报告词法结构的好处如下使得报告经过翻译成词法结构之后，可以用计算机语言表述；词法结构和语法结构较电码结构更容易理解；并且简化气象报文相关 程序开发的复杂度。本专利技术在报告处理过程中，引入回溯算法，对异常报告具有较好的容错性，针对 METAR报告，取C=2时，报告识别率在95%以上；本专利技术所用算法的时间复杂度为C(Cn)，因 此本专利技术的解码方法具有较高的时间效率和误码纠正率。附图说明图1是本专利技术的原理框图2是METAR航空天气报告的语法结构图； 图3是METAR航空天气报告的风组的词法结构图； 图4是METAR航空天气报告的能见度组的词法结构图； 图5是METAR航空天气报告的云组的词法结构图； 图6是METAR航空天气报告的温度组的词法结构图； 图7是METAR航空天气报告的气压组的词法结构图； 图8是算法匹配所建立的多模模型图； 图9是自动机解码过程图； 图10是自动机处理异常的过程图； 图11是匹配结果图。具体实施例方式本专利技术的如图1所示，该方法运用有限状态机的描述方 式，并根据航空天气报告的电码格式构造出语法自动机和词法自动机；然后将报文输入自 动机，查找出报文内容中的多个模式字符串，识别报文中的气象要素，并通过回溯处理进行 报文纠错；最后，进行信息抽取来显示多模匹配结果，实现对报文的解码。本专利技术的步骤如下步骤1)运用有限状态机的描述方式来构造、表示METAR报告的语法结构，建立语法自 动机，语法结构如图 2 所示；METAR 报告包含 METAR1, 0BCC2, 0TIME3, Wind4, Visibility5,WW6, Cloud7, CAV0K8, Temperat本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空天气报告的解码方法，其特征在于，该方法步骤如下：（１）运用有限状态机的描述方式来构造、表示航空天气报告的语法结构，建立语法自动机；（２）根据航空天气报告的电码格式来构造航空天气报告中风组、能见度组、云组、温度组、气压组的词法结构，建立相应的词法自动机；（３）输入一段航空天气报告；（４）以“空格”为分隔符，将所输入的航空天气报告分割成各报文字符串，将得到的报文字符串放入目标字符串数组；（５）建立多模匹配模型，将报告的语法结构定义为基本结构和次要结构，并将基本结构的字符串存储构成模式字符串数组；（６）启动有限状态机，通过目标字符串数组中的字符串与模式字符串数组中相匹配，实现航空天气报告解码。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭拯危，曹奎，郑逢斌，陈志国，张吉楠，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]