基于云計算技術的高速公路機電系統的設計

曹燁玲

摘要：隨著時代的發展，人們的經濟水平不斷提升，對交通工具的需求明顯增加。交通設施建設已成為區域經濟發展與人們生活品質提升的重點項目。高速公路作為一種前沿的交通設施正蓬勃發展，但也面臨極大的考驗。如何實現智能化，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、經濟實用的高速公路機電工程系統。該系統的整體設計包括基本建設、系統n層架構設計和系統數據庫設計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；系統設計

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展，云計算技術被廣泛應用于各行業。隨著城市化進程的加速，車輛總產量也呈現不斷增長的態勢，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、動態性、擴展性、部署協調能力強的特性，被廣泛應用于公路機電系統。高速公路機電系統不但能高效地創建虛擬化情景，還能為消費者提供較好的交互服務項目，確保系統的穩定性、安全性等。因此，在運用云計算技術的大環境下，怎樣科學地設計公路機電系統是專業技術人員亟需思考與解決的問題［1］。

1 高速公路機電系統中的云計算

1.1 高速公路信息云概述

高速公路機電系統涉及很多子系統。信息設備層是經過子系統的運用和電腦設備的分層次加工得到的，是智能交通系統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的健康發展，從而形成基于云計算服務的智能交通系統，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，實質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絡中，產生交通信息云，如信號指示燈倒數計時的數據信息、車輛自動檢索數據信息、數據連接信息等。交通信息云的存放能力及計算水平不會受到環境要素的影響，可以直接進行數據處理，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

高速公路機電系統是以電子器件、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，是執行公路現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。

公路機電系統一般包括監管系統、通信系統、收費標準系統、供配電系統、照明燈具系統及部分智慧交通，各系統緊密相連、相互依賴、互相配合，實現快速公路的信息化管理。因此，公路機電系統的發展水平直接關系到公路的高速發展水平。

1.3 機電系統的研究現狀及發展趨勢

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

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階段，我國公路機電系統軟件的運轉管理模式大多數仍是以“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。除了一些較發達地區的高速公路已經實現了數字化，其他地區并未實現高速公路道路間的相互移動互聯網資源共享，基本上維持相對獨立的工作狀態。此外，較發達地區與落后地區在移動公路機電的全面發展中仍存在一定差別［3］。

2 系統總體設計

2.1 系統建設的目的

高速公路機電系統建設的效果主要表現在以下6個方面：（1）提升設備維護的效率和質量；（2）提升設備檢測評估結果的準確性、確保檢測結果真實有效；（3）規范機電安裝工程檢修質量檢驗內容；（4）建設系統統一的機械設備維修大數據中心數據庫；（5）為消費者提供強有力的輔助管理功能和統計分析功能；（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 系統功能架構設計

在系統功能架構設計中，專業技術人員應嚴格遵守“低耦合、高內聚”的設計要點。應用云計算技術能確保系統具有很高的可擴展性和可執行性，以適應系統非功能項目需求。此外，在原有系統軟件的前提下，逐一設計系統方案，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（Geographic Information System，GIS）庫管理方法模塊、統計報表模塊和投資決策模塊的設計［4］如圖1所示。

2.3 系統邏輯架構設計

在設備邏輯結構設計流程中，專業技術人員需要根據云計算技術設計與分層設計，進行系統軟件邏輯結構的科學布局。系統軟件分為以下4個層級。

2.3.1 數據層

數據層主要利用SQL Server數據庫智能管理系統完成各類業務流程數據處理，確保數據可以安全存儲。

2.3.2 數據瀏覽層

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

2.3.3 業務邏輯層

業務邏輯層主要包括兩大類，第一類是業務流程數據，第二類是業務邏輯。在處理各種業務流程數據時，應用軟件往往需要統一存儲在本層。應用業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最底層系統軟件每個功能的高效封裝形式。根據封裝形式最底層功能部件，專業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據安全傳送給業務邏輯層，業務邏輯層對這種信息數據開展標準化處理。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 系統功能設計與實現

3.1 系統實現方法及過程

在設計系統設備時，專業技術人員主要借鑒了軟件開發的設計流程，同時嚴格執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/服務器體系結構（Browser/Server，B/S）三層架構方式，應用Java計算機語言、云技術完成系統的作用設計方案。此外，在控制系統設計環節中，專業技術人員還運用云技術和統一建模語言（Unified Modeling Language，UML）建模技術完成了系統核心設計。為了方便提升道路機電系統的運轉特性，滿足客戶多元化的要求，系統軟件分成下列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的設計與實現

現階段，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生對應的設備臺賬。在人工計算的過程中，一旦出現漏填的問題，數據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據分析的難度。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據統計功能，又提高了作業人員的工作效率，幫助作業人員智能化地統計分析設備分類結論，為作業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、設備生產廠家、運行參數等，以此完成機電設備函數庫的規范化管理與維護。在此基礎上，專業技術人員依據機電設備函數庫的使用規定，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的設計與實現

機電工程設備故障分析和處理分系統是公路機電系統不可或缺的一部分。在實際設計中，專業技術人員必須通過現場檢測的形式進行機械設備故障數據的全方位數據記錄儲存，同時選用電子計算機提醒，以便作業人員迅速區別待修機器設備，為后期領導決策提供關鍵的依據?，F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量。針對這一難題，本文制定了一套專業化、數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、向維修企業匯報故障、故障解決與追蹤、設備維修、維修結果確認評估［9］。

3.4 計劃管理子系統的設計與實現

進度管理作為道路機電系統的主要工作，主要包括機電工程設備的日常維修保養、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 倉庫管理子系統的設計與實現

庫房管理系統不僅要監管基礎工作、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。分系統的相應產品開發流程主要包含以下3個環節。

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

（2）備件分類。系統軟件依據用戶個性化應用規定，實現了配件分類的科學界定，便于用戶依據配件分類開展機電工程設備的數字化管理。

（3）備件的入庫和出庫。設備購置完成后，在確保設備品質合格的前提下，相關人員應依據物件的特性將其分到不同的庫房。用戶能根據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的設計與實現

機器設備分析和輔助決策子系統的科學布局能確保公路機電工程系統具備強悍的決策作用。子系統能從系統建模、大數據分析和發掘階段入手，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 結語

綜上所述，文章選用云計算技術充分融合系統建設思路，嚴格遵守軟件開發流程，給出了一系列切實可行的系統體系結構設計方案。該方案選用B/S三層架構方式，融合云計算技術和Java開發技術，確保系統主要功能的實現。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。該系統組裝快捷、使用方便，具有較高的應用價值。

參考文獻

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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