基于智能手機的干線(xiàn)公路養護數據采集系統

公路是國家經(jīng)濟發(fā)展和現代化建設的重要基礎設施，是為汽車(chē)運輸服務(wù)的線(xiàn)形工程結構物，因承受車(chē)輪的磨損和沖擊，受暴雨、洪水、風(fēng)沙、冰雪、日曬、冰融等自然力的侵蝕和風(fēng)化，以及人為的破壞和修建時(shí)遺留的某些缺陷，公路使用質(zhì)量會(huì )逐漸降低。 因此，必須采取正確的技術(shù)措施加強公路保養、維修改善，保障行車(chē)安全、舒適、暢通，提高養護工作質(zhì)量，以延長(cháng)公路的使用年限。 許多國家都把加強養護作為公路工作的重要技術(shù)政策，而養護投資占全部公路投資的比重也迅速增加，有些已大大超過(guò)修建時(shí)的投資。 隨著(zhù)國家主干公路網(wǎng)的逐漸形成，新建公路的里程將逐年減少，而路面的養護維修將成為公路工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，如何更有效地利用現有資金、使公路路面處于最佳服務(wù)水平或產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益，是公路管理工作中急需解決的問(wèn)題。 河南省干線(xiàn)公路路面量驗數據的采集還停留在人工方式，需道班工人定期上路將測量數據手工記錄于紙質(zhì)表格，后由專(zhuān)門(mén)人員錄入計算機匯總存檔，道班匯總后的數據再經(jīng)由縣、市多級單位層層上報，其過(guò)程工作量大、耗時(shí)長(cháng)且易出現錯誤和漏報數據。 因此，作者研制了能在手機上運行、易于操作、可靠的公路養護數據采集系統，該系統借助GPRS 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)能將采集到的各類(lèi)數據及時(shí)、高效地傳輸至數據庫服務(wù)器，為公路養護人員提供了便捷的數據采集方案。

　　1 干線(xiàn)公路養護數據采集系統分析

　　1. 1 干線(xiàn)公路養護數據采集系統開(kāi)發(fā)模式

　　C /S （ Client /Server） 模式是客戶(hù)機/服務(wù)器模式，是20 世紀80 年代隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )數據庫和桌面圖形交互窗口及開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展而逐漸成長(cháng)起來(lái)的一種模式。 在C /S 結構中，所有客戶(hù)機與數據庫服務(wù)器相連，服務(wù)器負責數據處理，客戶(hù)端負責與用戶(hù)交互，向后臺服務(wù)器發(fā)出請求。 對于用戶(hù)請求，如果客戶(hù)機能夠滿(mǎn)足就直接給出結果，否則就交給服務(wù)器來(lái)處理，因此，這種模式可以合理均衡事務(wù)處理，充分保證數據的完整性和一致性。 其特點(diǎn)主要包括： 可以有機結合分布的處理與集中的數據操作；服務(wù)器對用戶(hù)是透明的； 交互性強，能夠處理大量的、適時(shí)的數據流； 實(shí)現安全的數據存??； 所提供的軟件都是以客戶(hù)端和服務(wù)器方式成套出現，是一種配對的、點(diǎn)對點(diǎn)的、框架式的結構模式； 與B /S 模式相比，處理速度較快； 另外C /S 結構的開(kāi)發(fā)工具所支持的功能要高于B /S 結構的開(kāi)發(fā)工具。

　　傳統的2 層C /S 結構存在以下幾個(gè)局限：

　?。?1）它是單一服務(wù)器且以局域網(wǎng)為中心，所以難以擴展至大型企業(yè)廣域網(wǎng)或Internet;

　?。?2） 受限于供應商；

　?。?3） 軟、硬件的組合及集成能力有限；

　?。?4） 難以管理大量的客戶(hù)機。 3 層C /S 結構是將應用功能分成表示層、功能層和數據層3 部分。 其解決方案是對這3 層進(jìn)行明確分割，并在邏輯上使其獨立。典型的3 層C /S 結構如圖1 所示。 本系統采用3 層C /S結構實(shí)現開(kāi)發(fā)。

　　圖1 3 層C/S 結構

　　1. 2 手機選取的原則

　　1. 2. 1 方便

　　所開(kāi)發(fā)的系統能通過(guò)與PC 機相連將程序安裝到手機，也可以直接拷入手機擴展存儲卡后安裝。

　　1. 2. 2 具備上網(wǎng)功能

　　系統登錄后基礎路段數據的下載、采集數據的上傳及后期的更新程序均需由手機連網(wǎng)實(shí)現，因此所選手機需隨時(shí)隨地具備網(wǎng)絡(luò )功能。

　　1. 2. 3 支持JAVA

　　程序數據采集系統擬采用可移植性強的JAVA 程序編寫(xiě)，因此手機需支持JAVA程序。

　　本研究可選用的手機范圍較廣，如多普達、三星等能支持JAVA 程序和具有GPRS 上網(wǎng)功能的手機均可。

　　2 干線(xiàn)公路養護數據采集系統設計

　　2. 1 干線(xiàn)公路養護數據采集系統設計原則

　　2. 1. 1 實(shí)用性原則

　　系統開(kāi)發(fā)前應充分了解各級工作人員的需求，及時(shí)采納省級管理部門(mén)的意見(jiàn)，不斷地進(jìn)行系統測試和修改。

　　2. 1. 2 穩定性原則

　　系統運行可靠穩定，各市、縣、道班等不同級別用戶(hù)僅可對各自所轄區域內道路基礎數據進(jìn)行操作。

　　2. 1. 3 擴充性原則

　　系統在存儲能力與結構上留有可擴充的空間，為軟件將來(lái)的升級提供技術(shù)保障。

　　2. 1. 4 完備性原則

　　在系統需求分析和可行性分析的基礎上，確保數據完備性和系統功能的完整性。

　　2. 1. 5 易用性原則

　　系統應具有友好的用戶(hù)界面，操作方便。

　　2. 2 干線(xiàn)公路養護數據采集系統結構

　　本系統作為河南省道路信息管理系統的1 個(gè)子系統，提供整個(gè)系統所需的部分動(dòng)態(tài)數據。 系統工作流程總體分為3 個(gè)部分： 一是信息的采集和上傳，道班工人利用裝載過(guò)數據采集系統手機的GPRS 網(wǎng)絡(luò )連入互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)身份和權限認證后，選擇管轄路段對應樁號里程，將測得的數據按類(lèi)別輸入系統后實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)發(fā)送至數據中心； 二是數據處理，數據中心接收到通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據后，按照預定標準將數據分類(lèi)存儲、分析，作為養護管理主系統中管理和決策的依據； 三是數據查詢(xún)和處理，數據查詢(xún)在手機子系統和PC 機主系統中均可實(shí)現，數據處理在PC 機主系統中完成，如對基礎數據的校驗、匯總、計算、綜合評價(jià)及預測等。 系統數據庫包括管理單位表、道班所轄路段、登錄用戶(hù)名密碼、各路段巡查數據等表。 系統總體結構如圖2 所示。

　　2. 3 干線(xiàn)公路養護數據采集系統功能模塊

　　基于智能手機的干線(xiàn)公路養護數據采集系統主要包括用戶(hù)登錄、巡查、巡查信息查詢(xún)、信息下載等功能，系統功能模塊如圖3 所示。

　?。?1） 巡查功能主要是采集管轄路段的養護基礎數據，如路基數據采集、路面數據采集、橋隧構造物數據采集、沿線(xiàn)設施數據采集；

　?。?2） 巡查信息查詢(xún)功能主要是查看錄入系統的數據并上傳或清空；

　?。?3） 信息下載功能主要是在安裝本系統后，第一次使用時(shí)需用分配到的用戶(hù)名從服務(wù)器下載所管轄區域內的靜態(tài)數據，如路段代碼、起止樁號、路面類(lèi)型、橋隧涵編號等。

　　本系統采用手機作為操作終端，攜帶方便，便于在測量現場(chǎng)使用，數據采集流程如圖4所示。

　　圖4 手機端軟件數據采集流程圖

　　3 干線(xiàn)公路養護數據采集系統實(shí)現

　　3. 1 開(kāi)發(fā)工具

　　JAVA 技術(shù)的開(kāi)放性、安全性和龐大的社會(huì )已有資源，以及跨平臺性使其成為智能手機軟件平臺的事實(shí)標準。 采用JAVA 技術(shù)后，編寫(xiě)應用程序和提供服務(wù)的人就不必關(guān)心接受其服務(wù)的手機采用的是什么操作系統和芯片，只要按照JAVA 的要求去寫(xiě)程序就行； 同樣，生產(chǎn)手機的廠(chǎng)商也不必顧慮將來(lái)誰(shuí)來(lái)提供增值服務(wù)?？梢钥闯?，采用JAVA技術(shù)可以建立完整、高效的無(wú)線(xiàn)數據增值服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈，從而為用戶(hù)提供靈活、個(gè)性化、內容方式多樣的服務(wù)。 ASP（ Active Server Page） 是微軟公司開(kāi)發(fā)的代替CGI 腳本程序的一種應用，它可以與數據庫和其它程序進(jìn)行交互，是一種簡(jiǎn)單、方便的編程工具。 Microsoft SQL Server 2005 是一個(gè)關(guān)系數據庫管理系統，它具有高可用性和高安全性等特點(diǎn)。

　　基于手機的干線(xiàn)公路養護數據采集系統開(kāi)發(fā)需1 臺PC 機，配備JAVA 集成開(kāi)發(fā)平臺、MicrosoftSQL Server 2005 數據庫管理系統、ASP 開(kāi)發(fā)工具，分別用來(lái)實(shí)現3 層C /S 結構中的表示層、數據層和功能層3 部分的編程。 實(shí)驗用手機客戶(hù)端采用多普達T7388 手機，手機客戶(hù)端能通過(guò)GPRS 技術(shù)、Wi-Fi 或3G 技術(shù)實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸。

　　3. 2 使用Eclipse 開(kāi)發(fā)J2ME 手機應用程序

　　Eclipse 是一個(gè)開(kāi)放源代碼的、基于JAVA 的可擴展開(kāi)發(fā)平臺，其功能強大且易用。 J2ME 主要是手機編程，若要在Eclipse 中開(kāi)發(fā)J2ME 程序［6］，需配置J2ME 的Eclipse 開(kāi)發(fā)環(huán)境，其過(guò)程為：

　?。?1）下載安裝工具JDK;

　?。?2） 安裝JDK 并配置環(huán)境變量，然后測試JDK 是否安裝成功；

　?。?3） 安裝WTK;

　?。?4） 將Eclipse 解壓到任意位置后安裝Eclipse 與WTK 之間的調用插件；

　?。?5） 測試J2ME;

　?。?6） 啟動(dòng)Eclipse建立J2ME 項目。

　　數據庫服務(wù)器在Internet 網(wǎng)中需申請固定域名，開(kāi)發(fā)的手機程序需通過(guò)GPRS 功能下載和上傳數據到給定域名的數據庫服務(wù)器，其功能實(shí)現如圖5 所示。

　　圖5 開(kāi)發(fā)程序界面

　　代碼調試成功后，生成擴展名分別為jad 和jar的2 個(gè)文件，然后通過(guò)數據線(xiàn)或手機藍牙把安裝程序拷貝或上傳到手機中。 程序安裝前需先下載安裝SQL 補丁，若手機中有“百寶箱”則可直接安裝程序，否則需下載安裝JAVA 模擬器后再安裝程序。

　　3. 3 程序運行

　　打開(kāi)手機“百寶箱”中安裝過(guò)的手機程序“RoadCheckPCI”，首次打開(kāi)系統時(shí)要求用戶(hù)錄入登錄名和密碼，設置好登錄名和密碼，點(diǎn)擊“登錄”進(jìn)入下一界面，以后再次登錄系統將直接進(jìn)入下一界面。

　　首次登錄系統需先點(diǎn)擊功能界面中的“信息下載”，下載基礎信息以及初始化本系統，以后使用本系統，此項操作可不用。 點(diǎn)擊“巡查”后選擇需檢測的路段，進(jìn)入“巡查樁號”一項； 輸入樁號，其值需是樁號區間范圍內的整數，之后以百米為單位選擇巡查路段區間； 再按照巡查內容選擇檢測對象，如“瀝青路面”、“水泥路面”、“路基狀況”、“橋隧構造物”和“沿線(xiàn)設施”等。 以選擇“瀝青路面”為例，選擇檢測內容項，然后根據實(shí)際檢測情況錄入數據。 點(diǎn)“確定”后錄入數據上傳至數據庫服務(wù)器。

　　如上傳不成功，則本次錄入信息將保存在手機中。

　　功能界面中選擇“巡查信息查詢(xún)”項，可以看到?jīng)]有上傳成功的錄入信息，點(diǎn)擊菜單中“全部上傳”一項，可將沒(méi)有上傳成功的檢測信息全部上傳至數據庫中，上傳成功后，檢測信息將自動(dòng)刪除。 部分程序運行如圖6 所示。

　　圖6 手機程序運行界面

　　4 干線(xiàn)公路養護數據采集系統的應用

　　河南地處中原，是古往今來(lái)的交通樞紐，河南省公路總里程2. 3 萬(wàn)km，其中國省干線(xiàn)公路里程1. 8 萬(wàn)km，基于智能手機的干線(xiàn)公路養護數據采集系統經(jīng)測試后在河南省18 個(gè)地市公路局120 多個(gè)縣級公路養護單位的1 030 個(gè)道班進(jìn)行了推廣，該系統的應用大大節省了道班工作人員的工作量，效果良好。

　　5 結語(yǔ)

　　公路養護管理工作是交通行業(yè)面向社會(huì )的窗口，以提高公路管理水平和公路設施的服務(wù)水平為目的。 基于智能手機的干線(xiàn)公路養護數據采集系統是運用面向對象的程序設計語(yǔ)言研制開(kāi)發(fā)的，具有操作方便、穩定可靠、運行效率高等優(yōu)點(diǎn)。 利用智能手機可改變傳統的手工錄入數據方式，大大減少業(yè)內工作時(shí)間，提高數據采信的效率和準確率。 通過(guò)GPRS 或3G 技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸數據至服務(wù)器，為公路日常養護考核提供了數據支持，同時(shí)，為路面養護大中修決策提供可靠的數據支持，可進(jìn)一步提高公路養護決策水平。