基于智能手机的干线公路养护数据采集系统

公路是国家经济发展和现代化建设的重要基础设施，是为汽车运输服务的线形工程结构物，因承受车轮的磨损和冲击，受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冰融等自然力的侵蚀和风化，以及人为的破坏和修建时遗留的某些缺陷，公路使用质量会逐渐降低。 因此，必须采取正确的技术措施加强公路保养、维修改善，保障行车安全、舒适、畅通，提高养护工作质量，以延长公路的使用年限。 许多国家都把加强养护作为公路工作的重要技术政策，而养护投资占全部公路投资的比重也迅速增加，有些已大大超过修建时的投资。 随着国家主干公路网的逐渐形成，新建公路的里程将逐年减少，而路面的养护维修将成为公路工作者关注的热点。因此，如何更有效地利用现有资金、使公路路面处于最佳服务水平或产生最大的经济效益，是公路管理工作中急需解决的问题。 河南省干线公路路面量验数据的采集还停留在人工方式，需道班工人定期上路将测量数据手工记录于纸质表格，后由专门人员录入计算机汇总存档，道班汇总后的数据再经由县、市多级单位层层上报，其过程工作量大、耗时长且易出现错误和漏报数据。 因此，作者研制了能在手机上运行、易于操作、可靠的公路养护数据采集系统，该系统借助GPRS 无线网络通信技术能将采集到的各类数据及时、高效地传输至数据库服务器，为公路养护人员提供了便捷的数据采集方案。

　　1 干线公路养护数据采集系统分析

　　1. 1 干线公路养护数据采集系统开发模式

　　C /S （ Client /Server） 模式是客户机/服务器模式，是20 世纪80 年代随着网络数据库和桌面图形交互窗口及开发技术的发展而逐渐成长起来的一种模式。 在C /S 结构中，所有客户机与数据库服务器相连，服务器负责数据处理，客户端负责与用户交互，向后台服务器发出请求。 对于用户请求，如果客户机能够满足就直接给出结果，否则就交给服务器来处理，因此，这种模式可以合理均衡事务处理，充分保证数据的完整性和一致性。 其特点主要包括： 可以有机结合分布的处理与集中的数据操作；服务器对用户是透明的； 交互性强，能够处理大量的、适时的数据流； 实现安全的数据存取； 所提供的软件都是以客户端和服务器方式成套出现，是一种配对的、点对点的、框架式的结构模式； 与B /S 模式相比，处理速度较快； 另外C /S 结构的开发工具所支持的功能要高于B /S 结构的开发工具。

　　传统的2 层C /S 结构存在以下几个局限：

　　（ 1）它是单一服务器且以局域网为中心，所以难以扩展至大型企业广域网或Internet;

　　（ 2） 受限于供应商；

　　（ 3） 软、硬件的组合及集成能力有限；

　　（ 4） 难以管理大量的客户机。 3 层C /S 结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层3 部分。 其解决方案是对这3 层进行明确分割，并在逻辑上使其独立。典型的3 层C /S 结构如图1 所示。 本系统采用3 层C /S结构实现开发。

　　图1 3 层C/S 结构

 　　1. 2 手机选取的原则

　　1. 2. 1 方便

　　所开发的系统能通过与PC 机相连将程序安装到手机，也可以直接拷入手机扩展存储卡后安装。

　　1. 2. 2 具备上网功能

　　系统登录后基础路段数据的下载、采集数据的上传及后期的更新程序均需由手机连网实现，因此所选手机需随时随地具备网络功能。

　　1. 2. 3 支持JAVA

　　程序数据采集系统拟采用可移植性强的JAVA 程序编写，因此手机需支持JAVA程序。

　　本研究可选用的手机范围较广，如多普达、三星等能支持JAVA 程序和具有GPRS 上网功能的手机均可。

　　2 干线公路养护数据采集系统设计

　　2. 1 干线公路养护数据采集系统设计原则

　　2. 1. 1 实用性原则

　　系统开发前应充分了解各级工作人员的需求，及时采纳省级管理部门的意见，不断地进行系统测试和修改。

　　2. 1. 2 稳定性原则

　　系统运行可靠稳定，各市、县、道班等不同级别用户仅可对各自所辖区域内道路基础数据进行操作。

　　2. 1. 3 扩充性原则

　　系统在存储能力与结构上留有可扩充的空间，为软件将来的升级提供技术保障。

　　2. 1. 4 完备性原则

　　在系统需求分析和可行性分析的基础上，确保数据完备性和系统功能的完整性。

　　2. 1. 5 易用性原则

　　系统应具有友好的用户界面，操作方便。

　　2. 2 干线公路养护数据采集系统结构

　　本系统作为河南省道路信息管理系统的1 个子系统，提供整个系统所需的部分动态数据。 系统工作流程总体分为3 个部分： 一是信息的采集和上传，道班工人利用装载过数据采集系统手机的GPRS 网络连入互联网，经身份和权限认证后，选择管辖路段对应桩号里程，将测得的数据按类别输入系统后实时无线发送至数据中心； 二是数据处理，数据中心接收到通过移动网络传来的数据后，按照预定标准将数据分类存储、分析，作为养护管理主系统中管理和决策的依据； 三是数据查询和处理，数据查询在手机子系统和PC 机主系统中均可实现，数据处理在PC 机主系统中完成，如对基础数据的校验、汇总、计算、综合评价及预测等。 系统数据库包括管理单位表、道班所辖路段、登录用户名密码、各路段巡查数据等表。 系统总体结构如图2 所示。

 　　2. 3 干线公路养护数据采集系统功能模块

　　基于智能手机的干线公路养护数据采集系统主要包括用户登录、巡查、巡查信息查询、信息下载等功能，系统功能模块如图3 所示。

　　（ 1） 巡查功能主要是采集管辖路段的养护基础数据，如路基数据采集、路面数据采集、桥隧构造物数据采集、沿线设施数据采集；

　　（ 2） 巡查信息查询功能主要是查看录入系统的数据并上传或清空；

　　（ 3） 信息下载功能主要是在安装本系统后，第一次使用时需用分配到的用户名从服务器下载所管辖区域内的静态数据，如路段代码、起止桩号、路面类型、桥隧涵编号等。

　　本系统采用手机作为操作终端，携带方便，便于在测量现场使用，数据采集流程如图4所示。

　　图4 手机端软件数据采集流程图

 　　3 干线公路养护数据采集系统实现

 　　3. 1 开发工具

　　JAVA 技术的开放性、安全性和庞大的社会已有资源，以及跨平台性使其成为智能手机软件平台的事实标准。 采用JAVA 技术后，编写应用程序和提供服务的人就不必关心接受其服务的手机采用的是什么操作系统和芯片，只要按照JAVA 的要求去写程序就行； 同样，生产手机的厂商也不必顾虑将来谁来提供增值服务。可以看出，采用JAVA技术可以建立完整、高效的无线数据增值服务产业链，从而为用户提供灵活、个性化、内容方式多样的服务。 ASP（ Active Server Page） 是微软公司开发的代替CGI 脚本程序的一种应用，它可以与数据库和其它程序进行交互，是一种简单、方便的编程工具。 Microsoft SQL Server 2005 是一个关系数据库管理系统，它具有高可用性和高安全性等特点。

　　基于手机的干线公路养护数据采集系统开发需1 台PC 机，配备JAVA 集成开发平台、MicrosoftSQL Server 2005 数据库管理系统、ASP 开发工具，分别用来实现3 层C /S 结构中的表示层、数据层和功能层3 部分的编程。 实验用手机客户端采用多普达T7388 手机，手机客户端能通过GPRS 技术、Wi-Fi 或3G 技术实现无线数据传输。

　　3. 2 使用Eclipse 开发J2ME 手机应用程序

　　Eclipse 是一个开放源代码的、基于JAVA 的可扩展开发平台，其功能强大且易用。 J2ME 主要是手机编程，若要在Eclipse 中开发J2ME 程序［6］，需配置J2ME 的Eclipse 开发环境，其过程为：

　　（ 1）下载安装工具JDK;

　　（ 2） 安装JDK 并配置环境变量，然后测试JDK 是否安装成功；

　　（ 3） 安装WTK;

　　（ 4） 将Eclipse 解压到任意位置后安装Eclipse 与WTK 之间的调用插件；

　　（ 5） 测试J2ME;

　　（ 6） 启动Eclipse建立J2ME 项目。

　　数据库服务器在Internet 网中需申请固定域名，开发的手机程序需通过GPRS 功能下载和上传数据到给定域名的数据库服务器，其功能实现如图5 所示。

　　图5 开发程序界面

 　　代码调试成功后，生成扩展名分别为jad 和jar的2 个文件，然后通过数据线或手机蓝牙把安装程序拷贝或上传到手机中。 程序安装前需先下载安装SQL 补丁，若手机中有“百宝箱”则可直接安装程序，否则需下载安装JAVA 模拟器后再安装程序。

　　3. 3 程序运行

　　打开手机“百宝箱”中安装过的手机程序“RoadCheckPCI”，首次打开系统时要求用户录入登录名和密码，设置好登录名和密码，点击“登录”进入下一界面，以后再次登录系统将直接进入下一界面。

　　首次登录系统需先点击功能界面中的“信息下载”，下载基础信息以及初始化本系统，以后使用本系统，此项操作可不用。 点击“巡查”后选择需检测的路段，进入“巡查桩号”一项； 输入桩号，其值需是桩号区间范围内的整数，之后以百米为单位选择巡查路段区间； 再按照巡查内容选择检测对象，如“沥青路面”、“水泥路面”、“路基状况”、“桥隧构造物”和“沿线设施”等。 以选择“沥青路面”为例，选择检测内容项，然后根据实际检测情况录入数据。 点“确定”后录入数据上传至数据库服务器。

　　如上传不成功，则本次录入信息将保存在手机中。

　　功能界面中选择“巡查信息查询”项，可以看到没有上传成功的录入信息，点击菜单中“全部上传”一项，可将没有上传成功的检测信息全部上传至数据库中，上传成功后，检测信息将自动删除。 部分程序运行如图6 所示。

　　图6 手机程序运行界面

 　　4 干线公路养护数据采集系统的应用

 　　河南地处中原，是古往今来的交通枢纽，河南省公路总里程2. 3 万km，其中国省干线公路里程1. 8 万km，基于智能手机的干线公路养护数据采集系统经测试后在河南省18 个地市公路局120 多个县级公路养护单位的1 030 个道班进行了推广，该系统的应用大大节省了道班工作人员的工作量，效果良好。

 　　5 结语

 　　公路养护管理工作是交通行业面向社会的窗口，以提高公路管理水平和公路设施的服务水平为目的。 基于智能手机的干线公路养护数据采集系统是运用面向对象的程序设计语言研制开发的，具有操作方便、稳定可靠、运行效率高等优点。 利用智能手机可改变传统的手工录入数据方式，大大减少业内工作时间，提高数据采信的效率和准确率。 通过GPRS 或3G 技术实时传输数据至服务器，为公路日常养护考核提供了数据支持，同时，为路面养护大中修决策提供可靠的数据支持，可进一步提高公路养护决策水平。