曹燁玲

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，對(duì)交通工具的需求明顯增加。交通設(shè)施建設(shè)已成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們生活品質(zhì)提升的重點(diǎn)項(xiàng)目。高速公路作為一種前沿的交通設(shè)施正蓬勃發(fā)展，但也面臨極大的考驗(yàn)。如何實(shí)現(xiàn)智能化，使之具備快速、高效、安全、舒適等特點(diǎn)，成為高速公路設(shè)計(jì)和建設(shè)的重要難題。文章基于云技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)了一個(gè)功能齊全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高速公路機(jī)電工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)包括基本建設(shè)、系統(tǒng)n層架構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)3個(gè)方面，對(duì)機(jī)器設(shè)備管理、故障診斷和處理、方案管理、庫(kù)房管理、輔助決策子系統(tǒng)和機(jī)器設(shè)備分析等程序模塊展開(kāi)了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；高速公路；機(jī)電系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP393? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

計(jì)算機(jī)與電子信息技術(shù)的誕生促進(jìn)了云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。隨著城市化進(jìn)程的加速，車輛總產(chǎn)量也呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，交通堵塞也成了城市的“園林景觀”。解決交通堵塞問(wèn)題、確保城市交通出行順暢已成為新時(shí)期的重要任務(wù)。云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且憑借虛擬化、動(dòng)態(tài)性、擴(kuò)展性、部署協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的特性，被廣泛應(yīng)用于公路機(jī)電系統(tǒng)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)不但能高效地創(chuàng)建虛擬化情景，還能為消費(fèi)者提供較好的交互服務(wù)項(xiàng)目，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性等。因此，在運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)的大環(huán)境下，怎樣科學(xué)地設(shè)計(jì)公路機(jī)電系統(tǒng)是專業(yè)技術(shù)人員亟需思考與解決的問(wèn)題［1］。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的云計(jì)算

1.1 高速公路信息云概述

高速公路機(jī)電系統(tǒng)涉及很多子系統(tǒng)。信息設(shè)備層是經(jīng)過(guò)子系統(tǒng)的運(yùn)用和電腦設(shè)備的分層次加工得到的，是智能交通系統(tǒng)建設(shè)的重要控制模塊。測(cè)算設(shè)備層具有云計(jì)算服務(wù)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(jì)算服務(wù)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(shù)和交通信息云服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)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(luò)中，產(chǎn)生交通信息云，如信號(hào)指示燈倒數(shù)計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)信息、車輛自動(dòng)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(jì)算水平不會(huì)受到環(huán)境要素的影響，可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為消費(fèi)者提供全面的交通出行運(yùn)作信息［2］。

1.2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是以電子器件、電氣設(shè)備、操縱、通信、機(jī)械設(shè)備交通出行工程設(shè)計(jì)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(dú)特的工具，盡管在所有公路的投入建設(shè)過(guò)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(diǎn)，進(jìn)而提升經(jīng)營(yíng)管理效益，使公路成為真正意義上不可缺少的高效運(yùn)輸通道。

公路機(jī)電系統(tǒng)一般包括監(jiān)管系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)快速公路的信息化管理。因此，公路機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展水平直接關(guān)系到公路的高速發(fā)展水平。

1.3 機(jī)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)軟件發(fā)展得較為完善，其核心工程及服務(wù)設(shè)施健全，基本實(shí)現(xiàn)了高速公路的數(shù)字化，正在向鄰國(guó)拓寬，逐步完善了國(guó)際網(wǎng)絡(luò)。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(wèn)題也越來(lái)越受重視。公路機(jī)電系統(tǒng)軟件現(xiàn)在正朝著以電子信息技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(guó)高速公路機(jī)電的科學(xué)研究起步較晚，電子技術(shù)在交通運(yùn)輸管理中的運(yùn)用源于二十世紀(jì)七八十年代。現(xiàn)階段，我國(guó)公路機(jī)電系統(tǒng)軟件的運(yùn)轉(zhuǎn)管理模式大多數(shù)仍是以“一段公路、一項(xiàng)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(fèi)站”三級(jí)管理機(jī)制。除了一些較發(fā)達(dá)地區(qū)的高速公路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，其他地區(qū)并未實(shí)現(xiàn)高速公路道路間的相互移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)資源共享，基本上維持相對(duì)獨(dú)立的工作狀態(tài)。此外，較發(fā)達(dá)地區(qū)與落后地區(qū)在移動(dòng)公路機(jī)電的全面發(fā)展中仍存在一定差別［3］。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)建設(shè)的目的

高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)的效果主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面：（1）提升設(shè)備維護(hù)的效率和質(zhì)量；（2）提升設(shè)備檢測(cè)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性、確保檢測(cè)結(jié)果真實(shí)有效；（3）規(guī)范機(jī)電安裝工程檢修質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容；（4）建設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)一的機(jī)械設(shè)備維修大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)；（5）為消費(fèi)者提供強(qiáng)有力的輔助管理功能和統(tǒng)計(jì)分析功能；（6）建設(shè)移動(dòng)智能終端，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備日常維護(hù)效率。

2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)中，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守“低耦合、高內(nèi)聚”的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)能確保系統(tǒng)具有很高的可擴(kuò)展性和可執(zhí)行性，以適應(yīng)系統(tǒng)非功能項(xiàng)目需求。此外，在原有系統(tǒng)軟件的前提下，逐一設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，完成設(shè)備維護(hù)模塊、故障診斷預(yù)備處理模塊、檢修計(jì)劃模塊、倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）庫(kù)管理方法模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和投資決策模塊的設(shè)計(jì)［4］如圖1所示。

2.3 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中，專業(yè)技術(shù)人員需要根據(jù)云計(jì)算技術(shù)設(shè)計(jì)與分層設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)的科學(xué)布局。系統(tǒng)軟件分為以下4個(gè)層級(jí)。

2.3.1 數(shù)據(jù)層

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

2.3.2 數(shù)據(jù)瀏覽層

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

2.3.3 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層主要包括兩大類，第一類是業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)，第二類是業(yè)務(wù)邏輯。在處理各種業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用軟件往往需要統(tǒng)一存儲(chǔ)在本層。應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯層能提高好幾個(gè)事項(xiàng)的管理級(jí)別，通過(guò)各種部件能實(shí)現(xiàn)最底層系統(tǒng)軟件每個(gè)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(shù)人員搭建滿足客戶個(gè)性化應(yīng)用市場(chǎng)需求功能服務(wù)項(xiàng)目的控制模塊。

2.3.4 表示層

表示層坐落于業(yè)務(wù)邏輯層以上。該層能為消費(fèi)者提供強(qiáng)悍的接口服務(wù)功能。此外，該層能為消費(fèi)者提供強(qiáng)悍的人機(jī)交互技術(shù)功能，保證將自動(dòng)客戶遞交的信息數(shù)據(jù)安全傳送給業(yè)務(wù)邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯層對(duì)這種信息數(shù)據(jù)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化處理。該層主要包含投資決策控制模塊、管理權(quán)限管理功能等控制模塊［6］。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法及過(guò)程

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，專業(yè)技術(shù)人員主要借鑒了軟件開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)流程，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行軟件能力成熟度集成模型（Capability Maturity Model Integration，CMMI）3級(jí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求，依靠瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)（Browser/Server，B/S）三層架構(gòu)方式，應(yīng)用Java計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、云技術(shù)完成系統(tǒng)的作用設(shè)計(jì)方案。此外，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，專業(yè)技術(shù)人員還運(yùn)用云技術(shù)和統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，UML）建模技術(shù)完成了系統(tǒng)核心設(shè)計(jì)。為了方便提升道路機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)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(gè)模塊：設(shè)備維護(hù)模塊、故障診斷預(yù)備處理模塊、檢修計(jì)劃模塊、倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊、GIS庫(kù)管理方法模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和決策模塊［7］。

3.2 基于臺(tái)賬的設(shè)備管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)階段，高速公路機(jī)電設(shè)備賬表全部采用人工造表，隨后在多個(gè)高速收費(fèi)站產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的設(shè)備臺(tái)賬。在人工計(jì)算的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)漏填的問(wèn)題，數(shù)據(jù)信息便會(huì)缺乏整體性、完整性和有效性，同時(shí)會(huì)增加中后期數(shù)據(jù)分析的難度。為解決這一問(wèn)題，滿足高速路機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用需求，本研究設(shè)置了機(jī)電設(shè)備賬本管理方法模塊。該管理方法模塊的設(shè)計(jì)及應(yīng)用既為高速收費(fèi)站提供了強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jì)分析設(shè)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(jī)電設(shè)備的ID號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備類型、設(shè)備生產(chǎn)廠家、運(yùn)行參數(shù)等，以此完成機(jī)電設(shè)備函數(shù)庫(kù)的規(guī)范化管理與維護(hù)。在此基礎(chǔ)上，專業(yè)技術(shù)人員依據(jù)機(jī)電設(shè)備函數(shù)庫(kù)的使用規(guī)定，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備賬表的理論基本建設(shè)。賬本的應(yīng)用有助于專業(yè)技術(shù)人員充分了解及控制機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況，有利于中后期機(jī)電設(shè)備日常維護(hù)工作的高效開(kāi)展［8］。

3.3 基于流程的故障分析與處理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)電工程設(shè)備故障分析和處理分系統(tǒng)是公路機(jī)電系統(tǒng)不可或缺的一部分。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，專業(yè)技術(shù)人員必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的形式進(jìn)行機(jī)械設(shè)備故障數(shù)據(jù)的全方位數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存，同時(shí)選用電子計(jì)算機(jī)提醒，以便作業(yè)人員迅速區(qū)別待修機(jī)器設(shè)備，為后期領(lǐng)導(dǎo)決策提供關(guān)鍵的依據(jù)?，F(xiàn)階段，機(jī)械設(shè)備的采購(gòu)表格全部采用手工填寫(xiě)、打印機(jī)打印的方式完成，隨后遞交相關(guān)部門(mén)審批。這種操作流程復(fù)雜煩瑣，嚴(yán)重降低了辦公效率和質(zhì)量。針對(duì)這一難題，本文制定了一套專業(yè)化、數(shù)字化的電子采購(gòu)平臺(tái)申請(qǐng)流程，既能降低實(shí)際操作的錯(cuò)誤率，又能避免審核工作中因領(lǐng)導(dǎo)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(gè)階段：設(shè)備故障分析、機(jī)器設(shè)備故障匯報(bào)、設(shè)備維修工程驗(yàn)收與確定、向維修企業(yè)匯報(bào)故障、故障解決與追蹤、設(shè)備維修、維修結(jié)果確認(rèn)評(píng)估［9］。

3.4 計(jì)劃管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

進(jìn)度管理作為道路機(jī)電系統(tǒng)的主要工作，主要包括機(jī)電工程設(shè)備的日常維修保養(yǎng)、員工培訓(xùn)方案和設(shè)備盤(pán)點(diǎn)計(jì)劃的實(shí)行追蹤和記錄。維修計(jì)劃分為安全巡檢月計(jì)劃、抽樣檢查月計(jì)劃與維護(hù)月計(jì)劃。

3.5 倉(cāng)庫(kù)管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

庫(kù)房管理系統(tǒng)不僅要監(jiān)管基礎(chǔ)工作、記錄出入庫(kù)異常信息，還需向用戶及時(shí)匯報(bào)，使管理者可以深入了解并掌握現(xiàn)階段入庫(kù)貨品的庫(kù)存狀況、具體取貨和配送情況，為后面科學(xué)把控入庫(kù)商品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。分系統(tǒng)的相應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程主要包含以下3個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）設(shè)備購(gòu)置。在這一環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備偏差的分析數(shù)據(jù)，按照實(shí)際需要購(gòu)置設(shè)備。這時(shí)，系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入設(shè)備采購(gòu)工作流程，實(shí)現(xiàn)電子器件辦公，提升機(jī)電工程設(shè)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(gè)性化應(yīng)用規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了配件分類的科學(xué)界定，便于用戶依據(jù)配件分類開(kāi)展機(jī)電工程設(shè)備的數(shù)字化管理。

（3）備件的入庫(kù)和出庫(kù)。設(shè)備購(gòu)置完成后，在確保設(shè)備品質(zhì)合格的前提下，相關(guān)人員應(yīng)依據(jù)物件的特性將其分到不同的庫(kù)房。用戶能根據(jù)自身需求從倉(cāng)庫(kù)提取設(shè)備［10］。

3.6 設(shè)備分析與輔助決策子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)器設(shè)備分析和輔助決策子系統(tǒng)的科學(xué)布局能確保公路機(jī)電工程系統(tǒng)具備強(qiáng)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(duì)較高的機(jī)電設(shè)備品牌形象立即展現(xiàn)給客戶，有利于中后期對(duì)這種機(jī)電設(shè)備開(kāi)展維護(hù)和拆換。在機(jī)電設(shè)備常見(jiàn)故障頻次研究中，用戶可設(shè)置時(shí)間范圍所在位置［11］。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章選用云計(jì)算技術(shù)充分融合系統(tǒng)建設(shè)思路，嚴(yán)格遵守軟件開(kāi)發(fā)流程，給出了一系列切實(shí)可行的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。該方案選用B/S三層架構(gòu)方式，融合云計(jì)算技術(shù)和Java開(kāi)發(fā)技術(shù)，確保系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在融合相關(guān)建模技術(shù)的前提下，該方案利用SOL Server概念模型設(shè)計(jì)了滿足公路應(yīng)用市場(chǎng)需求的公路機(jī)電工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)組裝快捷、使用方便，具有較高的應(yīng)用價(jià)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