基于智能手機的干線公路養護數據采集系統

公路是國家經濟發展和現代化建設的重要基礎設施，是為汽車運輸服務的線形工程結構物，因承受車輪的磨損和沖擊，受暴雨、洪水、風沙、冰雪、日曬、冰融等自然力的侵蝕和風化，以及人為的破壞和修建時遺留的某些缺陷，公路使用質量會逐漸降低。 因此，必須采取正確的技術措施加強公路保養、維修改善，保障行車安全、舒適、暢通，提高養護工作質量，以延長公路的使用年限。 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，有些已大大超過修建時的投資。 隨著國家主干公路網的逐漸形成，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注的熱點。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水平或產生最大的經濟效益，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表格，后由專門人員錄入計算機匯總存檔，道班匯總后的數據再經由縣、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 無線網絡通信技術能將采集到的各類數據及時、高效地傳輸至數據庫服務器，為公路養護人員提供了便捷的數據采集方案。

　　1 干線公路養護數據采集系統分析

　　1. 1 干線公路養護數據采集系統開發模式

　　C /S （ Client /Server） 模式是客戶機/服務器模式，是20 世紀80 年代隨著網絡數據庫和桌面圖形交互窗口及開發技術的發展而逐漸成長起來的一種模式。 在C /S 結構中，所有客戶機與數據庫服務器相連，服務器負責數據處理，客戶端負責與用戶交互，向后臺服務器發出請求。 對于用戶請求，如果客戶機能夠滿足就直接給出結果，否則就交給服務器來處理，因此，這種模式可以合理均衡事務處理，充分保證數據的完整性和一致性。 其特點主要包括： 可以有機結合分布的處理與集中的數據操作；服務器對用戶是透明的； 交互性強，能夠處理大量的、適時的數據流； 實現安全的數據存?。?所提供的軟件都是以客戶端和服務器方式成套出現，是一種配對的、點對點的、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 結構的開發工具所支持的功能要高于B /S 結構的開發工具。

　　傳統的2 層C /S 結構存在以下幾個局限：

　?。?1）它是單一服務器且以局域網為中心，所以難以擴展至大型企業廣域網或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結構實現開發。

　　圖1 3 層C/S 結構

　　1. 2 手機選取的原則

　　1. 2. 1 方便

　　所開發的系統能通過與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實現，因此所選手機需隨時隨地具備網絡功能。

　　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，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 上網功能的手機均可。

　　2 干線公路養護數據采集系統設計

　　2. 1 干線公路養護數據采集系統設計原則

　　2. 1. 1 實用性原則

　　系統開發前應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僅可對各自所轄區域內道路基礎數據進行操作。

　　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，為軟件將來的升級提供技術保障。

　　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界面，操作方便。

　　2. 2 干線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 個子系統，提供整個系統所需的部分動態數據。 系統工作流程總體分為3 個部分： 一是信息的采集和上傳，道班工人利用裝載過數據采集系統手機的GPRS 網絡連入互聯網，經身份和權限認證后，選擇管轄路段對應樁號里程，將測得的數據按類別輸入系統后實時無線發送至數據中心； 二是數據處理，數據中心接收到通過移動網絡傳來的數據后，按照預定標準將數據分類存儲、分析，作為養護管理主系統中管理和決策的依據； 三是數據查詢和處理，數據查詢在手機子系統和PC 機主系統中均可實現，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 干線公路養護數據采集系統功能模塊

　　基于智能手機的干線公路養護數據采集系統主要包括用戶登錄、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、沿線設施數據采集；

　?。?2） 巡查信息查詢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，第一次使用時需用分配到的用戶名從服務器下載所管轄區域內的靜態數據，如路段代碼、起止樁號、路面類型、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 干線公路養護數據采集系統實現

　　3. 1 開發工具

　　JAVA 技術的開放性、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準。 采用JAVA 技術后，編寫應用程序和提供服務的人就不必關心接受其服務的手機采用的是什么操作系統和芯片，只要按照JAVA 的要求去寫程序就行； 同樣，生產手機的廠商也不必顧慮將來誰來提供增值服務?？梢钥闯?，采用JAVA技術可以建立完整、高效的無線數據增值服務產業鏈，從而為用戶提供靈活、個性化、內容方式多樣的服務。 ASP（ Active Server Page） 是微軟公司開發的代替CGI 腳本程序的一種應用，它可以與數據庫和其它程序進行交互，是一種簡單、方便的編程工具。 Microsoft SQL Server 2005 是一個關系數據庫管理系統，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護數據采集系統開發需1 臺PC 機，配備JAVA 集成開發平臺、MicrosoftSQL Server 2005 數據庫管理系統、ASP 開發工具，分別用來實現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、Wi-Fi 或3G 技術實現無線數據傳輸。

　　3. 2 使用Eclipse 開發J2ME 手機應用程序

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

　?。?1）下載安裝工具JDK;

　?。?2） 安裝JDK 并配置環境變量，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Eclipse建立J2ME 項目。

　　數據庫服務器在Internet 網中需申請固定域名，開發的手機程序需通過GPRS 功能下載和上傳數據到給定域名的數據庫服務器，其功能實現如圖5 所示。

　　圖5 開發程序界面

　　代碼調試成功后，生成擴展名分別為jad 和jar的2 個文件，然后通過數據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”，首次打開系統時要求用戶錄入登錄名和密碼，設置好登錄名和密碼，點擊“登錄”進入下一界面，以后再次登錄系統將直接進入下一界面。

　　首次登錄系統需先點擊功能界面中的“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“沿線設施”等。 以選擇“瀝青路面”為例，選擇檢測內容項，然后根據實際檢測情況錄入數據。 點“確定”后錄入數據上傳至數據庫服務器。

　　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，可以看到沒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據庫中，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 干線公路養護數據采集系統的應用

　　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護數據采集系統經測試后在河南省18 個地市公路局120 多個縣級公路養護單位的1 030 個道班進行了推廣，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

　　公路養護管理工作是交通行業面向社會的窗口，以提高公路管理水平和公路設施的服務水平為目的。 基于智能手機的干線公路養護數據采集系統是運用面向對象的程序設計語言研制開發的，具有操作方便、穩定可靠、運行效率高等優點。 利用智能手機可改變傳統的手工錄入數據方式，大大減少業內工作時間，提高數據采信的效率和準確率。 通過GPRS 或3G 技術實時傳輸數據至服務器，為公路日常養護考核提供了數據支持，同時，為路面養護大中修決策提供可靠的數據支持，可進一步提高公路養護決策水平。