基于云计算的高速公路机电系统的设计

程仁德

（河南交投中原高速郑洛建设有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

近年来，随着我国科技水平的不断提高，云计算技术应运而生，该技术凭借着自身虚拟化、动态可扩展、按需部署、灵活性高等特征被广泛地应用于高速公路机电系统设计中，不仅为用户有效地创建了虚拟化场景，为用户提供了良好的互动体验服务，还能保证系统的稳定性、可靠性和安全性。因此，在云计算技术的应用背景下，如何科学设计高速公路机电系统是技术人员必须思考和解决的问题。

1 系统总体设计

1.1 系统建设目的

高速公路机电系统建设目的主要体现在以下几个方面：①提高设备检修工作的开展效率和效果；②提高设备检测工作评定结果的精确性和真实性；③规范机电工程养护质量检测内容；④构建系统化、统一化的机电设备维护数据中心库；⑤为用户提供强大的辅助管理功能和统计分析功能；⑥通过构建智能化终端，使机电设备检修效率得以大幅度提升。

1.2 系统N层架构设计

1.2.1 系统功能架构设计

该系统功能架构在具体的设计中，要严格按照“低耦合、高内聚”设计要求，利用云计算技术，确保该系统具有较高的可拓展性、可维护性和可操作性[1]，以满足系统非功能服务需求。此外，该系统在参照现有系统软件的基础上，逐一设计和实现设备管理模块、故障分析预处理模块、维护计划模块、仓库管理模块、GIS 库管理模块、统计报表模块和决策分析模块等。

1.2.2 系统逻辑架构设计

在对系统逻辑架构进行设计期间，技术人员需利用云计算设计与分层设计相结合的方式，完成对系统逻辑结构的科学设计，该系统被划分为以下四个层次：

（1）数据层。该层主要通过借助SQLServer 数据库管理系统，实现对多种业务数据的安全、可靠存储。

（2）数据访问层。该层主要用于对关系数据库操作指令的安全存储，该关系数据库操作指令主要是由数据访问层在文件进行读写时所发出的指令，该指令包含数据增删改查等操作，这些操作的实现需要利用云计算技术所构建的虚拟平台，完成对数据的增删改查以及备份、迁移和扩展。通过利用数据访问层，可以为用户提供关系数据库的访问功能。

（3）业务逻辑层。该层主要包含两大类[2]，一类是业务数据，另一类是业务逻辑。应用程序在处理各项业务数据期间，通常需要集中存储于该层中，利用业务逻辑层，可以提高多种事务的管理水平。通过多种组件，可以实现对底层系统各个功能的有效封装，通过所封装好的底层功能组件，构建出符合用户个性化使用需求的功能服务模块。

（4）表示层。该层位于业务逻辑层的上方[3]，通过该层，可以向用户提供强大的接口服务功能。此外，通过利用表示层，可以为用户提供强大的人机交互功能，确保系统将用户将提交后的信息数据安全、可靠地传输于业务逻辑层中，由业务逻辑层负责对这些信息数据进行规范化处理。该层主要包含决策分析模块、权限管理模块等多种模块[4]。

1.3 系统数据库设计

数据库作为高速公路机电系统的重要组成部分，是实现数据的安全传输、存储和管理的基础，因此，为进一步提高该系统的运行性能，保证系统核心功能的实现效果，技术人员要做好对系统数据库设计。下文以“设备分类表、入库单明细管理表”为例，对数据库具体设计进行介绍，如表1、表2所示。

表1 设备分类表

表2 入库单明细管理表

2 系统功能设计与实现

2.1 系统实现方法及过程

该系统在具体的设计中，主要参照了软件工程的设计过程，同时，严格按照CMMI3 相关标准和要求，借助B/S 三层架构模式，使用JAVA 编程语言，运用云计算技术，完成对系统功能设计。此外，系统设计过程还利用了云计算技术和UML建模技术，完成对系统核心功能的设计。为更好地提升高速公路机电系统的运行性能，满足用户的多样化使用需求，现将该系统划分为以下五大模块，分别是设备管理模块、故障分析预处理模块、维护计划模块、仓库管理模块、GIS 库管理模块、统计报表模块和决策分析模块。系统功能结构设计示意图如图3所示。

图3 系统功能结构图设计示意图

2.2 基于台账的设备管理子系统的设计与实现

目前，高速公路机电设备台账均采用手工制表方式，然后在各个收费站形成相应的设备台账。采用手工方式制作台账期间，如果存在漏填问题，将造成数据缺乏一定的全面性、完整性和真实性，同时，也增加了后期数据统计的难度。为解决这一问题，现针对高速公路机电设备使用需求，设计机电设备台账管理模块，该管理模块的设计和应用，不仅为各个收费站提供了强大数据查询统计功能，也便于操作人员高效化、智能化统计设备分类结果，为操作人员的日常工作提供了极大的便利。台账管理对象主要包含机电设备的ID 编号、设备名称、设备；型号、设备生产厂家、设备参数等，然后，实现对机电设备标准库的统一化、规范化管理和维护。在此基础上，根据机电设备标准库实际使用需求，完成对机电设备台账的科学构建。应用该台账，可以实现对机电设备运行情况以及维修情况的全面了解和把控，便于后期机电设备养护工作的有效开展。

2.3 基于流程的故障分析与处理子系统的设计与实现

机电设备故障分析和处理子系统作为高速公路机电系统的重要组成部分，在具体的设计中，需要采用现场检测的方式，做好对机电设备故障信息的全面化、完整化记录和保存，同时，利用计算机提醒功能，便于操作人员快速区分出需要维修的设备，为后期领导决策的制定提供重要的依据和参考。目前，维修和采购机电设备期间均采用手工整理的方式完成对设备采购表格的制作，并利用打印机将其打印出来，然后提交给上级部门，由上级部门对其进行审核，操作流程比较复杂繁琐，严重降低了办公效率和效果。为解决这一问题，设计一套系统化、电子化的电子采购审批流程，不仅可以降低操作失误率，还能避免因领导不在场而影响审批工作的有效开展。故障处理流程主要包括设备故障分析、设备故障申报、设备维修受理确认、向代维单位故障申报、故障处理跟踪、设备维修、维修完成确认与评价七个环节。

2.4 计划管理子系统的设计与实现

计划管理作为高速公路机电系统重要功能，主要负责对机电设备的日常维护和保养、员工培训计划以及设备库存计划落实情况的追踪和记录。其中，以月为划分标准，维护计划主要划分为巡检月计划、抽查月计划、养护月计划等。

2.5 仓库管理子系统设计与实现

仓库管理子系统除了可用于对基本工作的管理以及对出入库异常信息资料的记录外，还能为用户提供多种即时性报表，便管理人员全面地了解和把握当前仓储货物所对应的实际收发情况、盘点情况，为后期科学管控仓储货物奠定坚实的基础。该子系统所对应的设计流程主要包含以下几个环节：

（1）设备采购。在这一环节中，需要针对设备故障分析结果，根据实际需要，采购相应的设备，此时，系统会自动进入设备采购流程中，达到电子化办公的目的，提高机电设备智能化管理水平。

（2）备品备件分类。系统针对用户的个性化使用需求，完成对备件分类的科学定义[5]，便于用户根据所划分的备件类别，更好地开展机电设备信息化管理工作。

（3）备品备件入库与出库。当设备被成功购买后，在保证设备质量的达标的基础上，以物品属性为分类标准，将其分门别类地放入不同的仓库内，同时，用户根据自己的需求，从仓库中取出相应的设备。

2.6 设备分析与辅助决策子系统设计与实现

设备分析与辅助决策子系统的科学设计，能够确保高速公路机电系统具有强大的决策分析功能，该子系统能从系统建模、数据分析与挖掘等环节出发，采用柱状图，将维修频率高的机电设备形象、直观地呈现在用户面前，便于后期对这些机电设备的及时维护和更换维修[6]。该子系统在对机电设备故障次数进行分析期间，用户可以根据所设置的时间段以及地理位置，从众多的故障设备中挑选出维修频率较高的5 个设备，然后采用报表的方式，将这些设备的信息直观、形象地呈现在用户面前，提醒维修人员及时维修和更换设备，避免因设备维修、更换不及时而影响整个系统的正常运行。

3 结语

综上所述，本文利用云计算技术，在充分结合系统建设目标的基础上，严格按照软件工程设计过程，提出一系列切实可行的系统功能以及架构设计方案。设计中，首先采用B/S 三层架构模式、云计算技术和Java 开发技术，保证系统核心功能的实现效果，同时，利用SQLServer 数据库，在结合相关建模技术的前提下，设计出一款满足高速公路使用需求的高速公路机电系统。该系统安装灵活、操作简单，具有一定的应用前景。