高速公路机电系统网络构成与信息传输

前言：籍此文阐述本人对高速公路机电设备的初步认识。

摘要：本文针对高速公路系统的机电设备作了概念性的描述，并基于我国目前高速路交通的发展谈论了信息传输在该领域的应用。

高速公路机电系统由监控、收费、通信三大系统构成，其中通信系统属于基础类设施，为收费、监控系统提供信息（话音、数据、图像）传输通道，而监控、收费系统也是由功能各异的计算机通讯网络构成。

以下详细阐述目前较为流行的高速公路机电系统构成和信息传输的特点。

通信系统网络及数据图像传输系统。高速公路全路铺设光缆，采用同步光纤数字传输系统（SDH）、光纤接入网系统会同程控数字交换系统形成一套综合业务通信系统。

全路设通信站（收费站，服务区，通信中心），除在中心配备ADM+OLT（光线路终端）外，其余无人站均采用光纤综合业务接入网设备ONU,ONU不但可以直接接入这些低速数据，而且提供了2mbps高速数据接口，此外还具备ISDN、CATV等综合业务接口。

ONU自身具备传输模块，速率与SDH干线一致，为STM-1/4(155.5/622mbps),它们通过4根光纤构成环形自愈网，以提高网络通信的可靠性。

通信系统为收费、监控提供的传输功能简述如下：

?1）监控数据传输

监控数据分二级管理：监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接入网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4wvf接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供modem进行数模转换。

2）监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。

3）收费数据传输

收费数据分三级管理：收费中心计算机、收费站计算机及收费车道控制器。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的ONU设备提供必要的2mbps数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在全省收费联网的情况下，路由器至少要具备2个EL接口，一路传往收费中心，一路传往省拆帐中心。

4）收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，每个摄像机图像对应一芯光纤，而控制信号是经modem通过通信系统的话路通道传输的。

?收费系统网络构成与数据传输

收费系统计算机网络由两级构成，即收费中心计算机局域网和收费站计算机局域网，收费站局域网主要由两部分组成：一部分是收费站控制室计算机，包括服务器及功能各异的工作站，如监视计算机，数据处理计算机，图形计算机等。局域网采用星形以太网100-BASE-T,传输线缆为UTP-5。由于车道计算机和收费控制室计算机距离较远，为保证传输质量，这二部分之间采用以太网交换机通过多模光缆连接，采用多模光纤主要是考虑到距离一般在3km以内，防止信号过强引起反射，同时也可以降低成本。

收费中心局域网分布在监控大楼内，组成与收费站控制室计算机机构相似，另外多出一台磁卡管理工作站，而网络结构形式和传输媒体则完全相同。

两级计算机系统之间的远程数据传输是通过高速路由器接入通信系统ONU上的2mbps接口来实现的，收费数据流向主要为由低到高。

?监控系统网络结构与数据传输

监控系统主要由两部分组成：监控中心计算机系统和外场设备。

监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式与收费中心类似，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。

外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气象检测器等。在外区域检测点配置区域控制器。由于这些检测点（数据采集点）距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台modem，将数据传到就近通信站的ONU，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

?收费和监控图像信号的传输

前面已经讲到监控和收费系统的图像传输，监控系统是将图像信号和摄像机控制信号复用后占用一根光纤传输，而收费系统图像分别来自收费亭内摄像机、车道摄像机、广场摄像机，这些图像信号除提供收费站显示外，当中心需要时，还要上传到监控/收费中心，中心可根据管理需要选择任一个摄像机信号进行处理。这里每路图像信号占用一根光纤，而控制信号是通过modem到ONU的2/4wvf接口传输的。

解决信息传输紧张的方法初探

随着车流量的增加，高速公路监控管理的作用越来越突出，目前，国内许多高速公路的交通量密集路段实现了全路监控。随着摄像机数量增多，原来敷设的光纤芯数变得紧张甚至不够使用，目前，解决方法主要有以下两种：

方法一：采用复用光端机

即多路视音频数字光端机。每根光纤可传输多达10路以上视频信号及20路以上音频信号。一般分为发送端机，接收端机和中继端机。发送端机完成对模拟视音频信号的编码，多路复接和光发送；接收端机完成光接收，数字分接和解码，恢复出模拟视音频信号。中继端机采用高速数字信号再生中继，可配置成为具有上/下行信号功能。

这种方式采用非压缩数字编码，因此可以达到广播级传输质量，采用1310nm波长光发送端机传输距离可达70km以上，采用1550nm波长光发送盘传输距离可达110km以上，增加光功率放大器后最长中继距离可达360km。而且不占用通信系统信道资源，因此独立于通信系统，维护简单，在高速公路这种传输距离较远的场合，经济效益比较明显。

方法二：采用数字技术

首先将图像压缩编码，利用数据通道传输，在终端利用解码设备解码解压后恢复，它的优点是便于数字化存储、处理，灵活性大，随着SDH干线传输频率越来越高，这种方法的优越性越来越突出，扩展空间是广阔的,由于适应了数字化多媒体时代的发展要求，数字视频技术得到了广泛应用。目前采用的数据编码格式有mpeg（动态图像专家组）、jpeg等，mpeg又分为mpeg-1，mpeg-2，mpeg-3,mpeg-4，……mpeg-16等它们之间的区别不仅在于传输速率，而且有着质的不同。目前，适应stm-1/stm-4传输模式，较为成熟实用的方法是：将视频图像压缩成mpeg-1（速率可选为2mbps）格式，利用ONU上的2mbps接口进行远距离传输。目前大部分成熟的数字监控系统，图像压缩基本上都是基于mpeg-1，h·261和h·263标准（包括数字化远程会议电视），采用E1信道（2mbps）传输一路实时视频和双向音频信号，控制信号通过v.24接口传输。

??随着通讯技术、计算机网络以及集成控制技术的飞速发展，高速公路机电工程日益呈现出数字化、智能化、集成化的特点，我们只有不断地学习、交流，才能将机电工程建设成为既先进又经济实用的系统。

第一作者简介：萧灼辉，男，1975年6月，籍贯：广东广州，学历：本科，职称：助理工程师13802538430

研究领域：通信工程