基于智能手機的干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

公路是國家經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是為汽車運輸服務(wù)的線形工程結(jié)構(gòu)物，因承受車輪的磨損和沖擊，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遺留的某些缺陷，公路使用質(zhì)量會逐漸降低。 因此，必須采取正確的技術(shù)措施加強公路保養(yǎng)、維修改善，保障行車安全、舒適、暢通，提高養(yǎng)護工作質(zhì)量，以延長公路的使用年限。 許多國家都把加強養(yǎng)護作為公路工作的重要技術(shù)政策，而養(yǎng)護投資占全部公路投資的比重也迅速增加，有些已大大超過修建時的投資。 隨著國家主干公路網(wǎng)的逐漸形成，新建公路的里程將逐年減少，而路面的養(yǎng)護維修將成為公路工作者關(guān)注的熱點。因此，如何更有效地利用現(xiàn)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題。 河南省干線公路路面量驗數(shù)據(jù)的采集還停留在人工方式，需道班工人定期上路將測量數(shù)據(jù)手工記錄于紙質(zhì)表格，后由專門人員錄入計算機匯總存檔，道班匯總后的數(shù)據(jù)再經(jīng)由縣、市多級單位層層上報，其過程工作量大、耗時長且易出現(xiàn)錯誤和漏報數(shù)據(jù)。 因此，作者研制了能在手機上運行、易于操作、可靠的公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)能將采集到的各類數(shù)據(jù)及時、高效地傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為公路養(yǎng)護人員提供了便捷的數(shù)據(jù)采集方案。

　　1 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析

　　1. 1 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)模式

　　C /S （ Client /Server） 模式是客戶機/服務(wù)器模式，是20 世紀80 年代隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和桌面圖形交互窗口及開發(fā)技術(shù)的發(fā)展而逐漸成長起來的一種模式。 在C /S 結(jié)構(gòu)中，所有客戶機與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連，服務(wù)器負責(zé)數(shù)據(jù)處理，客戶端負責(zé)與用戶交互，向后臺服務(wù)器發(fā)出請求。 對于用戶請求，如果客戶機能夠滿足就直接給出結(jié)果，否則就交給服務(wù)器來處理，因此，這種模式可以合理均衡事務(wù)處理，充分保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。 其特點主要包括： 可以有機結(jié)合分布的處理與集中的數(shù)據(jù)操作；服務(wù)器對用戶是透明的； 交互性強，能夠處理大量的、適時的數(shù)據(jù)流； 實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)存??； 所提供的軟件都是以客戶端和服務(wù)器方式成套出現(xiàn)，是一種配對的、點對點的、框架式的結(jié)構(gòu)模式； 與B /S 模式相比，處理速度較快； 另外C /S 結(jié)構(gòu)的開發(fā)工具所支持的功能要高于B /S 結(jié)構(gòu)的開發(fā)工具。

　　傳統(tǒng)的2 層C /S 結(jié)構(gòu)存在以下幾個局限：

　?。?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(yīng)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機。 3 層C /S 結(jié)構(gòu)是將應(yīng)用功能分成表示層、功能層和數(shù)據(jù)層3 部分。 其解決方案是對這3 層進行明確分割，并在邏輯上使其獨立。典型的3 層C /S 結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 本系統(tǒng)采用3 層C /S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)開發(fā)。

　　圖1 3 層C/S 結(jié)構(gòu)

 　　1. 2 手機選取的原則

　　1. 2. 1 方便

　　所開發(fā)的系統(tǒng)能通過與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(tǒng)登錄后基礎(chǔ)路段數(shù)據(jù)的下載、采集數(shù)據(jù)的上傳及后期的更新程序均需由手機連網(wǎng)實現(xiàn)，因此所選手機需隨時隨地具備網(wǎng)絡(luò)功能。

　　1. 2. 3 支持JAVA

　　程序數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)擬采用可移植性強的JAVA 程序編寫，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 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

　　2. 1 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計原則

　　2. 1. 1 實用性原則

　　系統(tǒng)開發(fā)前應(yīng)充分了解各級工作人員的需求，及時采納省級管理部門的意見，不斷地進行系統(tǒng)測試和修改。

　　2. 1. 2 穩(wěn)定性原則

　　系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，各市、縣、道班等不同級別用戶僅可對各自所轄區(qū)域內(nèi)道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行操作。

　　2. 1. 3 擴充性原則

　　系統(tǒng)在存儲能力與結(jié)構(gòu)上留有可擴充的空間，為軟件將來的升級提供技術(shù)保障。

　　2. 1. 4 完備性原則

　　在系統(tǒng)需求分析和可行性分析的基礎(chǔ)上，確保數(shù)據(jù)完備性和系統(tǒng)功能的完整性。

　　2. 1. 5 易用性原則

　　系統(tǒng)應(yīng)具有友好的用戶界面，操作方便。

　　2. 2 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)作為河南省道路信息管理系統(tǒng)的1 個子系統(tǒng)，提供整個系統(tǒng)所需的部分動態(tài)數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)工作流程總體分為3 個部分： 一是信息的采集和上傳，道班工人利用裝載過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)手機的GPRS 網(wǎng)絡(luò)連入互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)身份和權(quán)限認證后，選擇管轄路段對應(yīng)樁號里程，將測得的數(shù)據(jù)按類別輸入系統(tǒng)后實時無線發(fā)送至數(shù)據(jù)中心； 二是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)中心接收到通過移動網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后，按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)分類存儲、分析，作為養(yǎng)護管理主系統(tǒng)中管理和決策的依據(jù)； 三是數(shù)據(jù)查詢和處理，數(shù)據(jù)查詢在手機子系統(tǒng)和PC 機主系統(tǒng)中均可實現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理在PC 機主系統(tǒng)中完成，如對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的校驗、匯總、計算、綜合評價及預(yù)測等。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括管理單位表、道班所轄路段、登錄用戶名密碼、各路段巡查數(shù)據(jù)等表。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

 　　2. 3 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能模塊

　　基于智能手機的干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括用戶登錄、巡查、巡查信息查詢、信息下載等功能，系統(tǒng)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(yǎng)護基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如路基數(shù)據(jù)采集、路面數(shù)據(jù)采集、橋隧構(gòu)造物數(shù)據(jù)采集、沿線設(shè)施數(shù)據(jù)采集；

　?。?2） 巡查信息查詢功能主要是查看錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并上傳或清空；

　　（ 3） 信息下載功能主要是在安裝本系統(tǒng)后，第一次使用時需用分配到的用戶名從服務(wù)器下載所管轄區(qū)域內(nèi)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如路段代碼、起止樁號、路面類型、橋隧涵編號等。

　　本系統(tǒng)采用手機作為操作終端，攜帶方便，便于在測量現(xiàn)場使用，數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。

　　圖4 手機端軟件數(shù)據(jù)采集流程圖

 　　3 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)

 　　3. 1 開發(fā)工具

　　JAVA 技術(shù)的開放性、安全性和龐大的社會已有資源，以及跨平臺性使其成為智能手機軟件平臺的事實標(biāo)準(zhǔn)。 采用JAVA 技術(shù)后，編寫應(yīng)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(tǒng)和芯片，只要按照JAVA 的要求去寫程序就行； 同樣，生產(chǎn)手機的廠商也不必顧慮將來誰來提供增值服務(wù)。可以看出，采用JAVA技術(shù)可以建立完整、高效的無線數(shù)據(jù)增值服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈，從而為用戶提供靈活、個性化、內(nèi)容方式多樣的服務(wù)。 ASP（ Active Server Page） 是微軟公司開發(fā)的代替CGI 腳本程序的一種應(yīng)用，它可以與數(shù)據(jù)庫和其它程序進行交互，是一種簡單、方便的編程工具。 Microsoft SQL Server 2005 是一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有高可用性和高安全性等特點。

　　基于手機的干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)需1 臺PC 機，配備JAVA 集成開發(fā)平臺、MicrosoftSQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、ASP 開發(fā)工具，分別用來實現(xiàn)3 層C /S 結(jié)構(gòu)中的表示層、數(shù)據(jù)層和功能層3 部分的編程。 實驗用手機客戶端采用多普達T7388 手機，手機客戶端能通過GPRS 技術(shù)、Wi-Fi 或3G 技術(shù)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。

　　3. 2 使用Eclipse 開發(fā)J2ME 手機應(yīng)用程序

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

　?。?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(diào)用插件；

　　（ 5） 測試J2ME;

　?。?6） 啟動Eclipse建立J2ME 項目。

　　數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在Internet 網(wǎng)中需申請固定域名，開發(fā)的手機程序需通過GPRS 功能下載和上傳數(shù)據(jù)到給定域名的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，其功能實現(xiàn)如圖5 所示。

　　圖5 開發(fā)程序界面

 　　代碼調(diào)試成功后，生成擴展名分別為jad 和jar的2 個文件，然后通過數(shù)據(jù)線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

　　打開手機“百寶箱”中安裝過的手機程序“RoadCheckPCI”，首次打開系統(tǒng)時要求用戶錄入登錄名和密碼，設(shè)置好登錄名和密碼，點擊“登錄”進入下一界面，以后再次登錄系統(tǒng)將直接進入下一界面。

　　首次登錄系統(tǒng)需先點擊功能界面中的“信息下載”，下載基礎(chǔ)信息以及初始化本系統(tǒng)，以后使用本系統(tǒng)，此項操作可不用。 點擊“巡查”后選擇需檢測的路段，進入“巡查樁號”一項； 輸入樁號，其值需是樁號區(qū)間范圍內(nèi)的整數(shù)，之后以百米為單位選擇巡查路段區(qū)間； 再按照巡查內(nèi)容選擇檢測對象，如“瀝青路面”、“水泥路面”、“路基狀況”、“橋隧構(gòu)造物”和“沿線設(shè)施”等。 以選擇“瀝青路面”為例，選擇檢測內(nèi)容項，然后根據(jù)實際檢測情況錄入數(shù)據(jù)。 點“確定”后錄入數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)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”項，可以看到?jīng)]有上傳成功的錄入信息，點擊菜單中“全部上傳”一項，可將沒有上傳成功的檢測信息全部上傳至數(shù)據(jù)庫中，上傳成功后，檢測信息將自動刪除。 部分程序運行如圖6 所示。

　　圖6 手機程序運行界面

 　　4 干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用

 　　河南地處中原，是古往今來的交通樞紐，河南省公路總里程2. 3 萬km，其中國省干線公路里程1. 8 萬km，基于智能手機的干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)測試后在河南省18 個地市公路局120 多個縣級公路養(yǎng)護單位的1 030 個道班進行了推廣，該系統(tǒng)的應(yīng)用大大節(jié)省了道班工作人員的工作量，效果良好。

 　　5 結(jié)語

 　　公路養(yǎng)護管理工作是交通行業(yè)面向社會的窗口，以提高公路管理水平和公路設(shè)施的服務(wù)水平為目的。 基于智能手機的干線公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是運用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言研制開發(fā)的，具有操作方便、穩(wěn)定可靠、運行效率高等優(yōu)點。 利用智能手機可改變傳統(tǒng)的手工錄入數(shù)據(jù)方式，大大減少業(yè)內(nèi)工作時間，提高數(shù)據(jù)采信的效率和準(zhǔn)確率。 通過GPRS 或3G 技術(shù)實時傳輸數(shù)據(jù)至服務(wù)器，為公路日常養(yǎng)護考核提供了數(shù)據(jù)支持，同時，為路面養(yǎng)護大中修決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持，可進一步提高公路養(yǎng)護決策水平。