基于云計算技術的高速公路機電系統(tǒng)的設計

曹燁玲

摘要：隨著時代的發(fā)展，人們的經(jīng)濟水平不斷提升，對交通工具的需求明顯增加。交通設施建設已成為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與人們生活品質(zhì)提升的重點項目。高速公路作為一種前沿的交通設施正蓬勃發(fā)展，但也面臨極大的考驗。如何實現(xiàn)智能化，使之具備快速、高效、安全、舒適等特點，成為高速公路設計和建設的重要難題。文章基于云技術的應用設計了一個功能齊全、經(jīng)濟實用的高速公路機電工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體設計包括基本建設、系統(tǒng)n層架構(gòu)設計和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計3個方面，對機器設備管理、故障診斷和處理、方案管理、庫房管理、輔助決策子系統(tǒng)和機器設備分析等程序模塊展開了設計。

關鍵詞：云計算；高速公路；機電系統(tǒng)；系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP393? 文獻標志碼：A

0 引言

計算機與電子信息技術的誕生促進了云計算技術的飛速發(fā)展，云計算技術被廣泛應用于各行業(yè)。隨著城市化進程的加速，車輛總產(chǎn)量也呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢，交通堵塞也成了城市的“園林景觀”。解決交通堵塞問題、確保城市交通出行順暢已成為新時期的重要任務。云計算技術應運而生，并且憑借虛擬化、動態(tài)性、擴展性、部署協(xié)調(diào)能力強的特性，被廣泛應用于公路機電系統(tǒng)。高速公路機電系統(tǒng)不但能高效地創(chuàng)建虛擬化情景，還能為消費者提供較好的交互服務項目，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性等。因此，在運用云計算技術的大環(huán)境下，怎樣科學地設計公路機電系統(tǒng)是專業(yè)技術人員亟需思考與解決的問題［1］。

1 高速公路機電系統(tǒng)中的云計算

1.1 高速公路信息云概述

高速公路機電系統(tǒng)涉及很多子系統(tǒng)。信息設備層是經(jīng)過子系統(tǒng)的運用和電腦設備的分層次加工得到的，是智能交通系統(tǒng)建設的重要控制模塊。測算設備層具有云計算服務商所提供的特性，能確保智能交通系統(tǒng)的健康發(fā)展，從而形成基于云計算服務的智能交通系統(tǒng)，可以看作智慧交通云。一般交通信息云包含云技術和交通信息云服務系統(tǒng)，實質(zhì)上是一種交通信息獲得與處理的方式。其原理是將大量交通信息保存在網(wǎng)絡中，產(chǎn)生交通信息云，如信號指示燈倒數(shù)計時的數(shù)據(jù)信息、車輛自動檢索數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)連接信息等。交通信息云的存放能力及計算水平不會受到環(huán)境要素的影響，可以直接進行數(shù)據(jù)處理，為消費者提供全面的交通出行運作信息［2］。

1.2 高速公路機電系統(tǒng)

高速公路機電系統(tǒng)是以電子器件、電氣設備、操縱、通信、機械設備交通出行工程設計為核心的綜合性系統(tǒng)，是執(zhí)行公路現(xiàn)代化管理的重要且獨特的工具，盡管在所有公路的投入建設過程中僅占很小一部分，但能讓公路具備快速、高效、安全、舒適的特點，進而提升經(jīng)營管理效益，使公路成為真正意義上不可缺少的高效運輸通道。

公路機電系統(tǒng)一般包括監(jiān)管系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費標準系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明燈具系統(tǒng)及部分智慧交通，各系統(tǒng)緊密相連、相互依賴、互相配合，實現(xiàn)快速公路的信息化管理。因此，公路機電系統(tǒng)的發(fā)展水平直接關系到公路的高速發(fā)展水平。

1.3 機電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

在工業(yè)發(fā)達地區(qū)，高速公路機電系統(tǒng)軟件發(fā)展得較為完善，其核心工程及服務設施健全，基本實現(xiàn)了高速公路的數(shù)字化，正在向鄰國拓寬，逐步完善了國際網(wǎng)絡。公路的安全性、信息化管理、沿線環(huán)境與園林景觀等諸多問題也越來越受重視。公路機電系統(tǒng)軟件現(xiàn)在正朝著以電子信息技術、通信網(wǎng)絡技術與現(xiàn)代控制系統(tǒng)為核心的智能制造系統(tǒng)發(fā)展。

我國高速公路機電的科學研究起步較晚，電子技術在交通運輸管理中的運用源于二十世紀七八十年代?，F(xiàn)階段，我國公路機電系統(tǒng)軟件的運轉(zhuǎn)管理模式大多數(shù)仍是以“一段公路、一項目投資主體、一管理方法”為核心的“省核心-道路分中心-高速收費站”三級管理機制。除了一些較發(fā)達地區(qū)的高速公路已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化，其他地區(qū)并未實現(xiàn)高速公路道路間的相互移動互聯(lián)網(wǎng)資源共享，基本上維持相對獨立的工作狀態(tài)。此外，較發(fā)達地區(qū)與落后地區(qū)在移動公路機電的全面發(fā)展中仍存在一定差別［3］。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)建設的目的

高速公路機電系統(tǒng)建設的效果主要表現(xiàn)在以下6個方面：（1）提升設備維護的效率和質(zhì)量；（2）提升設備檢測評估結(jié)果的準確性、確保檢測結(jié)果真實有效；（3）規(guī)范機電安裝工程檢修質(zhì)量檢驗內(nèi)容；（4）建設系統(tǒng)統(tǒng)一的機械設備維修大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫；（5）為消費者提供強有力的輔助管理功能和統(tǒng)計分析功能；（6）建設移動智能終端，進一步提高機械設備日常維護效率。

2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)設計

在系統(tǒng)功能架構(gòu)設計中，專業(yè)技術人員應嚴格遵守“低耦合、高內(nèi)聚”的設計要點。應用云計算技術能確保系統(tǒng)具有很高的可擴展性和可執(zhí)行性，以適應系統(tǒng)非功能項目需求。此外，在原有系統(tǒng)軟件的前提下，逐一設計系統(tǒng)方案，完成設備維護模塊、故障診斷預備處理模塊、檢修計劃模塊、倉儲管理模塊、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）庫管理方法模塊、統(tǒng)計報表模塊和投資決策模塊的設計［4］如圖1所示。

2.3 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設計

在設備邏輯結(jié)構(gòu)設計流程中，專業(yè)技術人員需要根據(jù)云計算技術設計與分層設計，進行系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)的科學布局。系統(tǒng)軟件分為以下4個層級。

2.3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要利用SQL Server數(shù)據(jù)庫智能管理系統(tǒng)完成各類業(yè)務流程數(shù)據(jù)處理，確保數(shù)據(jù)可以安全存儲。

2.3.2 數(shù)據(jù)瀏覽層

數(shù)據(jù)瀏覽層主要用于關聯(lián)數(shù)據(jù)庫使用命令的安全存儲，這種實際操作命令主要由數(shù)據(jù)瀏覽層在文件讀寫時傳出。這種操作的執(zhí)行必須利用云技術搭建的虛擬平臺，以便完成數(shù)據(jù)的增刪、改動、檢測、備份、轉(zhuǎn)移和拓展。用戶可通過數(shù)據(jù)瀏覽層瀏覽關聯(lián)數(shù)據(jù)庫［5］。

2.3.3 業(yè)務邏輯層

業(yè)務邏輯層主要包括兩大類，第一類是業(yè)務流程數(shù)據(jù)，第二類是業(yè)務邏輯。在處理各種業(yè)務流程數(shù)據(jù)時，應用軟件往往需要統(tǒng)一存儲在本層。應用業(yè)務邏輯層能提高好幾個事項的管理級別，通過各種部件能實現(xiàn)最底層系統(tǒng)軟件每個功能的高效封裝形式。根據(jù)封裝形式最底層功能部件，專業(yè)技術人員搭建滿足客戶個性化應用市場需求功能服務項目的控制模塊。

2.3.4 表示層

表示層坐落于業(yè)務邏輯層以上。該層能為消費者提供強悍的接口服務功能。此外，該層能為消費者提供強悍的人機交互技術功能，保證將自動客戶遞交的信息數(shù)據(jù)安全傳送給業(yè)務邏輯層，業(yè)務邏輯層對這種信息數(shù)據(jù)開展標準化處理。該層主要包含投資決策控制模塊、管理權限管理功能等控制模塊［6］。

3 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)方法及過程

在設計系統(tǒng)設備時，專業(yè)技術人員主要借鑒了軟件開發(fā)的設計流程，同時嚴格執(zhí)行軟件能力成熟度集成模型（Capability Maturity Model Integration，CMMI）3級的技術標準及要求，依靠瀏覽器/服務器體系結(jié)構(gòu)（Browser/Server，B/S）三層架構(gòu)方式，應用Java計算機語言、云技術完成系統(tǒng)的作用設計方案。此外，在控制系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中，專業(yè)技術人員還運用云技術和統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）建模技術完成了系統(tǒng)核心設計。為了方便提升道路機電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)特性，滿足客戶多元化的要求，系統(tǒng)軟件分成下列7個模塊：設備維護模塊、故障診斷預備處理模塊、檢修計劃模塊、倉儲管理模塊、GIS庫管理方法模塊、統(tǒng)計報表模塊和決策模塊［7］。

3.2 基于臺賬的設備管理子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

現(xiàn)階段，高速公路機電設備賬表全部采用人工造表，隨后在多個高速收費站產(chǎn)生對應的設備臺賬。在人工計算的過程中，一旦出現(xiàn)漏填的問題，數(shù)據(jù)信息便會缺乏整體性、完整性和有效性，同時會增加中后期數(shù)據(jù)分析的難度。為解決這一問題，滿足高速路機電設備的應用需求，本研究設置了機電設備賬本管理方法模塊。該管理方法模塊的設計及應用既為高速收費站提供了強悍的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，又提高了作業(yè)人員的工作效率，幫助作業(yè)人員智能化地統(tǒng)計分析設備分類結(jié)論，為作業(yè)人員的日常工作提供了很大的便利。賬本管理職能主要包含機電設備的ID號、設備名稱、設備類型、設備生產(chǎn)廠家、運行參數(shù)等，以此完成機電設備函數(shù)庫的規(guī)范化管理與維護。在此基礎上，專業(yè)技術人員依據(jù)機電設備函數(shù)庫的使用規(guī)定，進行機電設備賬表的理論基本建設。賬本的應用有助于專業(yè)技術人員充分了解及控制機電設備運行狀況，有利于中后期機電設備日常維護工作的高效開展［8］。

3.3 基于流程的故障分析與處理子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

機電工程設備故障分析和處理分系統(tǒng)是公路機電系統(tǒng)不可或缺的一部分。在實際設計中，專業(yè)技術人員必須通過現(xiàn)場檢測的形式進行機械設備故障數(shù)據(jù)的全方位數(shù)據(jù)記錄儲存，同時選用電子計算機提醒，以便作業(yè)人員迅速區(qū)別待修機器設備，為后期領導決策提供關鍵的依據(jù)。現(xiàn)階段，機械設備的采購表格全部采用手工填寫、打印機打印的方式完成，隨后遞交相關部門審批。這種操作流程復雜煩瑣，嚴重降低了辦公效率和質(zhì)量。針對這一難題，本文制定了一套專業(yè)化、數(shù)字化的電子采購平臺申請流程，既能降低實際操作的錯誤率，又能避免審核工作中因領導干部職位空缺造成的不良影響。故障處理程序主要包含7個階段：設備故障分析、機器設備故障匯報、設備維修工程驗收與確定、向維修企業(yè)匯報故障、故障解決與追蹤、設備維修、維修結(jié)果確認評估［9］。

3.4 計劃管理子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

進度管理作為道路機電系統(tǒng)的主要工作，主要包括機電工程設備的日常維修保養(yǎng)、員工培訓方案和設備盤點計劃的實行追蹤和記錄。維修計劃分為安全巡檢月計劃、抽樣檢查月計劃與維護月計劃。

3.5 倉庫管理子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

庫房管理系統(tǒng)不僅要監(jiān)管基礎工作、記錄出入庫異常信息，還需向用戶及時匯報，使管理者可以深入了解并掌握現(xiàn)階段入庫貨品的庫存狀況、具體取貨和配送情況，為后面科學把控入庫商品奠定堅實的基礎。分系統(tǒng)的相應產(chǎn)品開發(fā)流程主要包含以下3個環(huán)節(jié)。

（1）設備購置。在這一環(huán)節(jié)中，相關人員應根據(jù)設備偏差的分析數(shù)據(jù)，按照實際需要購置設備。這時，系統(tǒng)軟件會自動進入設備采購工作流程，實現(xiàn)電子器件辦公，提升機電工程設備的信息化管理水平。

（2）備件分類。系統(tǒng)軟件依據(jù)用戶個性化應用規(guī)定，實現(xiàn)了配件分類的科學界定，便于用戶依據(jù)配件分類開展機電工程設備的數(shù)字化管理。

（3）備件的入庫和出庫。設備購置完成后，在確保設備品質(zhì)合格的前提下，相關人員應依據(jù)物件的特性將其分到不同的庫房。用戶能根據(jù)自身需求從倉庫提取設備［10］。

3.6 設備分析與輔助決策子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

機器設備分析和輔助決策子系統(tǒng)的科學布局能確保公路機電工程系統(tǒng)具備強悍的決策作用。子系統(tǒng)能從系統(tǒng)建模、大數(shù)據(jù)分析和發(fā)掘階段入手，利用條形圖將檢修工作頻率相對較高的機電設備品牌形象立即展現(xiàn)給客戶，有利于中后期對這種機電設備開展維護和拆換。在機電設備常見故障頻次研究中，用戶可設置時間范圍所在位置［11］。

4 結(jié)語

綜上所述，文章選用云計算技術充分融合系統(tǒng)建設思路，嚴格遵守軟件開發(fā)流程，給出了一系列切實可行的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計方案。該方案選用B/S三層架構(gòu)方式，融合云計算技術和Java開發(fā)技術，確保系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)。同時，在融合相關建模技術的前提下，該方案利用SOL Server概念模型設計了滿足公路應用市場需求的公路機電工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)組裝快捷、使用方便，具有較高的應用價值。

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（編輯 李春燕）

Design of highway electromechanical system based on cloud computing technology

Cao? Yeling

（Qingdao Jimo District No.1 Vocational Secondary Primary School， Qingdao 266200， China）

Abstract： With the development of the times， peoples economic level has been continuously improved， and the demand for vehicles has increased significantly. The construction of transportation facilities has become a key project for regional economic development and improvement of peoples quality of life. As a cutting-edge transportation facility， the highway is booming， but it also faces great challenges. How to realize intelligence and make it fast， efficient， safe and comfortable has become an important problem in highway design and construction. Based on the application of cloud technology， this paper designs a fully functional， economical and practical highway electromechanical engineering system. The overall design of the system includes three aspects： basic construction， system n-tier architecture design and system database design. The program modules of machine and equipment management， fault diagnosis and treatment， scheme management， warehouse management， auxiliary decision-making subsystem and machine and equipment analysis are designed.

Key words： cloud computing; highway; electromechanical system; system design