基于云计算技术的高速公路机电系统的设计

曹烨玲

摘要：随着时代的发展，人们的经济水平不断提升，对交通工具的需求明显增加。交通设施建设已成为区域经济发展与人们生活品质提升的重点项目。高速公路作为一种前沿的交通设施正蓬勃发展，但也面临极大的考验。如何实现智能化，使之具备快速、高效、安全、舒适等特点，成为高速公路设计和建设的重要难题。文章基于云技术的应用设计了一个功能齐全、经济实用的高速公路机电工程系统。该系统的整体设计包括基本建设、系统n层架构设计和系统数据库设计3个方面，对机器设备管理、故障诊断和处理、方案管理、库房管理、辅助决策子系统和机器设备分析等程序模块展开了设计。

关键词：云计算；高速公路；机电系统；系统设计

中图分类号：TP393  文献标志码：A

0 引言

计算机与电子信息技术的诞生促进了云计算技术的飞速发展，云计算技术被广泛应用于各行业。随着城市化进程的加速，车辆总产量也呈现不断增长的态势，交通堵塞也成了城市的“园林景观”。解决交通堵塞问题、确保城市交通出行顺畅已成为新时期的重要任务。云计算技术应运而生，并且凭借虚拟化、动态性、扩展性、部署协调能力强的特性，被广泛应用于公路机电系统。高速公路机电系统不但能高效地创建虚拟化情景，还能为消费者提供较好的交互服务项目，确保系统的稳定性、安全性等。因此，在运用云计算技术的大环境下，怎样科学地设计公路机电系统是专业技术人员亟需思考与解决的问题［1］。

1 高速公路机电系统中的云计算

1.1 高速公路信息云概述

高速公路机电系统涉及很多子系统。信息设备层是经过子系统的运用和电脑设备的分层次加工得到的，是智能交通系统建设的重要控制模块。测算设备层具有云计算服务商所提供的特性，能确保智能交通系统的健康发展，从而形成基于云计算服务的智能交通系统，可以看作智慧交通云。一般交通信息云包含云技术和交通信息云服务系统，实质上是一种交通信息获得与处理的方式。其原理是将大量交通信息保存在网络中，产生交通信息云，如信号指示灯倒数计时的数据信息、车辆自动检索数据信息、数据连接信息等。交通信息云的存放能力及计算水平不会受到环境要素的影响，可以直接进行数据处理，为消费者提供全面的交通出行运作信息［2］。

1.2 高速公路机电系统

高速公路机电系统是以电子器件、电气设备、操纵、通信、机械设备交通出行工程设计为核心的综合性系统，是执行公路现代化管理的重要且独特的工具，尽管在所有公路的投入建设过程中仅占很小一部分，但能让公路具备快速、高效、安全、舒适的特点，进而提升经营管理效益，使公路成为真正意义上不可缺少的高效运输通道。

公路机电系统一般包括监管系统、通信系统、收费标准系统、供配电系统、照明灯具系统及部分智慧交通，各系統紧密相连、相互依赖、互相配合，实现快速公路的信息化管理。因此，公路机电系统的发展水平直接关系到公路的高速发展水平。

1.3 机电系统的研究现状及发展趋势

在工业发达地区，高速公路机电系统软件发展得较为完善，其核心工程及服务设施健全，基本实现了高速公路的数字化，正在向邻国拓宽，逐步完善了国际网络。公路的安全性、信息化管理、沿线环境与园林景观等诸多问题也越来越受重视。公路机电系统软件现在正朝着以电子信息技术、通信网络技术与现代控制系统为核心的智能制造系统发展。

我国高速公路机电的科学研究起步较晚，电子技术在交通运输管理中的运用源于二十世纪七八十年代。现阶段，我国公路机电系统软件的运转管理模式大多数仍是以“一段公路、一项目投资主体、一管理方法”为核心的“省核心-道路分中心-高速收费站”三级管理机制。除了一些较发达地区的高速公路已经实现了数字化，其他地区并未实现高速公路道路间的相互移动互联网资源共享，基本上维持相对独立的工作状态。此外，较发达地区与落后地区在移动公路机电的全面发展中仍存在一定差别［3］。

2 系统总体设计

2.1 系统建设的目的

高速公路机电系统建设的效果主要表现在以下6个方面：（1）提升设备维护的效率和质量；（2）提升设备检测评估结果的准确性、确保检测结果真实有效；（3）规范机电安装工程检修质量检验内容；（4）建设系统统一的机械设备维修大数据中心数据库；（5）为消费者提供强有力的辅助管理功能和统计分析功能；（6）建设移动智能终端，进一步提高机械设备日常维护效率。

2.2 系统功能架构设计

在系统功能架构设计中，专业技术人员应严格遵守“低耦合、高内聚”的设计要点。应用云计算技术能确保系统具有很高的可扩展性和可执行性，以适应系统非功能项目需求。此外，在原有系统软件的前提下，逐一设计系统方案，完成设备维护模块、故障诊断预备处理模块、检修计划模块、仓储管理模块、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）库管理方法模块、统计报表模块和投资决策模块的设计［4］如图1所示。

2.3 系统逻辑架构设计

在设备逻辑结构设计流程中，专业技术人员需要根据云计算技术设计与分层设计，进行系统软件逻辑结构的科学布局。系统软件分为以下4个层级。

2.3.1 数据层

数据层主要利用SQL Server数据库智能管理系统完成各类业务流程数据处理，确保数据可以安全存储。

2.3.2 数据浏览层

数据浏览层主要用于关联数据库使用命令的安全存储，这种实际操作命令主要由数据浏览层在文件读写时传出。这种操作的执行必须利用云技术搭建的虚拟平台，以便完成数据的增删、改动、检测、备份、转移和拓展。用户可通过数据浏览层浏览关联数据库［5］。

2.3.3 业务逻辑层

业务逻辑层主要包括两大类，第一类是业务流程数据，第二类是业务逻辑。在处理各种业务流程数据时，应用软件往往需要统一存储在本层。应用业务逻辑层能提高好几个事项的管理级别，通过各种部件能实现最底层系统软件每个功能的高效封装形式。根据封装形式最底层功能部件，专业技术人员搭建满足客户个性化应用市场需求功能服务项目的控制模块。

2.3.4 表示层

表示层坐落于业务逻辑层以上。该层能为消费者提供强悍的接口服务功能。此外，该层能为消费者提供强悍的人机交互技术功能，保证将自动客户递交的信息数据安全传送给业务逻辑层，业务逻辑层对这种信息数据开展标准化处理。该层主要包含投资决策控制模块、管理权限管理功能等控制模块［6］。

3 系统功能设计与实现

3.1 系统实现方法及过程

在设计系统设备时，专业技术人员主要借鉴了软件开发的设计流程，同时严格执行软件能力成熟度集成模型（Capability Maturity Model Integration，CMMI）3级的技术标准及要求，依靠浏览器/服务器体系结构（Browser/Server，B/S）三层架构方式，应用Java计算机语言、云技术完成系统的作用设计方案。此外，在控制系统设计环节中，专业技术人员还运用云技术和统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）建模技术完成了系统核心设计。为了方便提升道路机电系统的运转特性，满足客户多元化的要求，系统软件分成下列7个模块：设备维护模块、故障诊断预备处理模块、检修计划模块、仓储管理模块、GIS库管理方法模块、统计报表模块和决策模块［7］。

3.2 基于台账的设备管理子系统的设计与实现

现阶段，高速公路机电设备账表全部采用人工造表，随后在多个高速收费站产生对应的设备台账。在人工计算的过程中，一旦出现漏填的问题，数据信息便会缺乏整体性、完整性和有效性，同时会增加中后期数据分析的难度。为解决这一问题，满足高速路机电设备的应用需求，本研究设置了机电设备账本管理方法模块。该管理方法模块的设计及应用既为高速收费站提供了强悍的数据统计功能，又提高了作业人员的工作效率，帮助作业人员智能化地统计分析设备分类结论，为作业人员的日常工作提供了很大的便利。账本管理职能主要包含机电设备的ID号、设备名称、设备类型、设备生产厂家、运行参数等，以此完成机电设备函数库的规范化管理与维护。在此基础上，专业技术人员依据机电设备函数库的使用规定，进行机电设备账表的理论基本建设。账本的应用有助于专业技术人员充分了解及控制机电设备运行状况，有利于中后期机电设备日常维护工作的高效开展［8］。

3.3 基于流程的故障分析与处理子系统的设计与实现

机电工程设备故障分析和处理分系统是公路机电系统不可或缺的一部分。在实际设计中，专业技术人员必须通过现场检测的形式进行机械设备故障数据的全方位数据记录储存，同时选用电子计算机提醒，以便作业人员迅速区别待修机器設备，为后期领导决策提供关键的依据。现阶段，机械设备的采购表格全部采用手工填写、打印机打印的方式完成，随后递交相关部门审批。这种操作流程复杂烦琐，严重降低了办公效率和质量。针对这一难题，本文制定了一套专业化、数字化的电子采购平台申请流程，既能降低实际操作的错误率，又能避免审核工作中因领导干部职位空缺造成的不良影响。故障处理程序主要包含7个阶段：设备故障分析、机器设备故障汇报、设备维修工程验收与确定、向维修企业汇报故障、故障解决与追踪、设备维修、维修结果确认评估［9］。

3.4 计划管理子系统的设计与实现

进度管理作为道路机电系统的主要工作，主要包括机电工程设备的日常维修保养、员工培训方案和设备盘点计划的实行追踪和记录。维修计划分为安全巡检月计划、抽样检查月计划与维护月计划。

3.5 仓库管理子系统的设计与实现

库房管理系统不仅要监管基础工作、记录出入库异常信息，还需向用户及时汇报，使管理者可以深入了解并掌握现阶段入库货品的库存状况、具体取货和配送情况，为后面科学把控入库商品奠定坚实的基础。分系统的相应产品开发流程主要包含以下3个环节。

（1）设备购置。在这一环节中，相关人员应根据设备偏差的分析数据，按照实际需要购置设备。这时，系统软件会自动进入设备采购工作流程，实现电子器件办公，提升机电工程设备的信息化管理水平。

（2）备件分类。系统软件依据用户个性化应用规定，实现了配件分类的科学界定，便于用户依据配件分类开展机电工程设备的数字化管理。

（3）备件的入库和出库。设备购置完成后，在确保设备品质合格的前提下，相关人员应依据物件的特性将其分到不同的库房。用户能根据自身需求从仓库提取设备［10］。

3.6 设备分析与辅助决策子系统的设计与实现

机器设备分析和辅助决策子系统的科学布局能确保公路机电工程系统具备强悍的决策作用。子系统能从系统建模、大数据分析和发掘阶段入手，利用条形图将检修工作频率相对较高的机电设备品牌形象立即展现给客户，有利于中后期对这种机电设备开展维护和拆换。在机电设备常见故障频次研究中，用户可设置时间范围所在位置［11］。

4 结语

综上所述，文章选用云计算技术充分融合系统建设思路，严格遵守软件开发流程，给出了一系列切实可行的系统体系结构设计方案。该方案选用B/S三层架构方式，融合云计算技术和Java开发技术，确保系统主要功能的实现。同时，在融合相关建模技术的前提下，该方案利用SOL Server概念模型设计了满足公路应用市场需求的公路机电工程系统。该系统组装快捷、使用方便，具有较高的应用价值。

参考文献

［1］成都四为电子信息股份有限公司.基于云计算技术的客运交通枢纽智慧管理系统［J］.自动化博览，2022（12）：38-40.

［2］李海培.城市轨道交通云计算技术研究及应用［J］.自动化与仪表，2022（5）：99-103.

［3］林毅明，刘晓梅，熊顺.云计算技术在智能交通中的运用［J］.中国管理信息化，2021（22）：202-203.

［4］周增惠，孔國权，张喜元.基于云计算技术的城市轨道交通综合监控系统部署方案［J］.现代城市轨道交通，2021（6）：103-106.

［5］付鹏.物联网、云计算技术在轨道交通网络化运维系统中的应用思考［J］.隧道与轨道交通，2020（2）：6-11，77.

［6］李家睿，周梦，苏有慧.基于云计算技术的智能交通信号灯控制系统的设计与实现［J］.中国新通信，2020（10）：65-66.

［7］杨承东，徐余明.基于云计算技术的城市轨道交通综合监控系统架构方案［J］.城市轨道交通研究，2020（5）：6-9.

［8］方文杰.云计算技术在智能交通的应用研究［J］.科学技术创新，2020（9）：62-63.

［9］刘芽，刘占英，麻永华，等.基于云计算技术的城市轨道交通信息化平台发展探索［J］.现代城市轨道交通，2019（9）：121-125.

［10］田红，杨晓英，马志妍，等.浅析基于校企合作的高职院校云计算技术与应用专业建设——以甘肃交通职业技术学院为例［J］.教育教学论坛，2018（49）：34-35.

［11］张勇，王海，刘思阳.云计算技术在智慧交通中的应用研究［J］.智能城市，2018（21）：13-14.

（编辑 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