高速公路隧道監(jiān)控環(huán)網(wǎng)組成方式淺析

■文/邢文俊

隨著我國(guó)高速公路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)的成熟，地區(qū)、地形的需要以及管理、運(yùn)營(yíng)觀念的轉(zhuǎn)變，高速公路隧道的設(shè)置已經(jīng)日趨普遍。而隧道監(jiān)控系統(tǒng)作為運(yùn)營(yíng)階段最為直觀的隧道管理方法，也一直是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)日益完備的監(jiān)控理論及數(shù)量漸多的監(jiān)控設(shè)備，隧道監(jiān)控環(huán)網(wǎng)的組成方式也變得越來(lái)越多樣化。

一、現(xiàn)行的組網(wǎng)方式

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)行的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式已經(jīng)形成了數(shù)據(jù)傳輸與視頻傳輸分別單獨(dú)設(shè)置的固定模式。

1.數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式

常用的數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方式可分為以下幾種形式：

① 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式（線形傳輸）

當(dāng)隧道內(nèi)或隧道口監(jiān)控設(shè)備較少時(shí)采用的數(shù)據(jù)傳輸方式。

② 環(huán)網(wǎng)傳輸方式（環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）

當(dāng)隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備較多且均勻分布時(shí)采用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式。

③ 集中上傳方式（星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）

當(dāng)隧道口或隧道內(nèi)集中區(qū)域內(nèi)監(jiān)控設(shè)備數(shù)量較多時(shí)采用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式。

2.視頻傳輸組網(wǎng)方式

針對(duì)隧道長(zhǎng)度的區(qū)別，對(duì)隧道區(qū)域的視頻監(jiān)控可分為隧道洞口視頻監(jiān)控及隧道內(nèi)視頻監(jiān)控兩部分。

①隧道洞口視頻監(jiān)控

對(duì)于全線隧道數(shù)量較少的路段，一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，即各隧道洞口的遙控?cái)z像機(jī)及隧道機(jī)房固定攝像機(jī)分別與隧道管理所或監(jiān)控分中心通信；對(duì)于隧道數(shù)量多或路線線形復(fù)雜的路段，則采用環(huán)網(wǎng)傳輸方式，即外場(chǎng)視頻一一相接，形成環(huán)形數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，再由環(huán)網(wǎng)中與隧道管理所或監(jiān)控分中心相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的視頻數(shù)據(jù)傳輸至中心控制設(shè)備內(nèi)。

②隧道內(nèi)視頻監(jiān)控

由于國(guó)家推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了隧道內(nèi)固定攝像機(jī)的設(shè)置間距不宜大于150米，就決定了隧道內(nèi)視頻監(jiān)控的組網(wǎng)方式大多為環(huán)網(wǎng)傳輸方式。有所不同的是：部分路段將各個(gè)隧道的每個(gè)視頻環(huán)路均接至監(jiān)控分中心，由監(jiān)控分中心的視頻控制設(shè)備分別與其構(gòu)成環(huán)路，而有些路段則先將視頻環(huán)路接至隧道管理所，再由各個(gè)隧道管理所構(gòu)成一個(gè)更大的環(huán)網(wǎng)，達(dá)到視頻大環(huán)的效果；另外，由于國(guó)內(nèi)各省管理中心選用設(shè)備的品牌不同，限于部分品牌設(shè)備硬件規(guī)格的原因，造成視頻環(huán)路中可容納的視頻路數(shù)有所區(qū)別，但總體的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式是不變的。

二、創(chuàng)新的組網(wǎng)方式

上述傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式能夠滿(mǎn)足實(shí)際使用的需求，但在實(shí)際的工程實(shí)施及后期維護(hù)過(guò)程中，一些更好的組網(wǎng)方式逐漸被發(fā)現(xiàn)，它們可以在不提高甚至降低成本的情況下，達(dá)到同樣的實(shí)際使用效果。

1.關(guān)于數(shù)據(jù)與視頻傳輸設(shè)備的共用

原有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控視頻網(wǎng)絡(luò)從傳輸物理層上講是相對(duì)獨(dú)立的。而在即將實(shí)施的承張高速公路承德段內(nèi)，建設(shè)單位考慮采用同一傳輸設(shè)備將距離較近的隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備（例如車(chē)輛檢測(cè)器、可變信息標(biāo)志）與隧道內(nèi)固定攝像機(jī)一并傳輸至隧道管理所或監(jiān)控分中心，再由隧道管理所或監(jiān)控分中心的接收設(shè)備端將數(shù)據(jù)與視頻分別傳至各自的交換機(jī)中。

2.關(guān)于隧道內(nèi)本地控制器網(wǎng)絡(luò)的活用

原有的本地控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容較為單一，僅為本地控制器的組網(wǎng)及相鄰的不間斷電源（UPS、EPS）提供傳輸通道。而在照明及風(fēng)機(jī)低壓柜在隧道內(nèi)分散設(shè)置的時(shí)候，本地控制器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)較多，不間斷電源的數(shù)量也較多，就近的監(jiān)控設(shè)備與本地控制器網(wǎng)絡(luò)的傳輸設(shè)備距離就相對(duì)地縮短了。因此，可將隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備一并接入本地控制器的網(wǎng)絡(luò)，共用物理傳輸資源。

3.關(guān)于隧道洞口的監(jiān)控設(shè)備

原有的隧道洞口監(jiān)控設(shè)備首先將數(shù)據(jù)傳輸至隧道口機(jī)房，再進(jìn)行下一步的上傳。此部分傳輸由于物理路由簡(jiǎn)單，距離近，通常采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式。在實(shí)際應(yīng)用中，由于隧道口車(chē)輛檢測(cè)器、可變信息標(biāo)志及遙控?cái)z像機(jī)的距離較近，可考慮將其數(shù)據(jù)合并上傳。而作為核心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成設(shè)備及傳輸設(shè)備，隧道洞口的以太網(wǎng)交換機(jī)及工業(yè)級(jí)光端機(jī)的作用則顯得過(guò)為重要。新的組網(wǎng)方式是將隧道洞口的監(jiān)控傳輸設(shè)備連接成環(huán)網(wǎng)方式，并通過(guò)四光口的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備使其與其他數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（例如本地控制器網(wǎng)絡(luò)）中就近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)并聯(lián)，做到一主一備的1+1保護(hù)。

三、優(yōu)劣對(duì)比

現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式中，線形網(wǎng)絡(luò)及星形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多，但線形網(wǎng)絡(luò)雖然有著一處故障不影響其他設(shè)備的好處，但投資較大，占用資源較多；而星形網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)的作用過(guò)于關(guān)鍵，一旦中心節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故障，則會(huì)出現(xiàn)大面積設(shè)備數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸?shù)默F(xiàn)象，影響較為嚴(yán)重。故，在不顯著增加投資的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮選用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式，以提高整個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)定性及豐富性。

1.數(shù)據(jù)視頻共用的優(yōu)勢(shì)

由于高速公路的長(zhǎng)隧道及特長(zhǎng)隧道中，監(jiān)控設(shè)備（例如車(chē)輛檢測(cè)器、可變信息標(biāo)志）的數(shù)量不多，布設(shè)相對(duì)集中，而固定攝像機(jī)布設(shè)距離多為150米一套，對(duì)監(jiān)控設(shè)備的布設(shè)范圍基本可以覆蓋。同時(shí)，隨著工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)與視頻共同傳輸?shù)囊惑w式設(shè)備也已經(jīng)極其普遍，設(shè)備成本上也優(yōu)于獨(dú)立設(shè)置的方式，更為經(jīng)濟(jì)。因此，將數(shù)據(jù)與視頻合并傳輸，不僅可以節(jié)約建設(shè)成本，減少可預(yù)見(jiàn)的故障點(diǎn)，還可以節(jié)省光纖資源，使隧道內(nèi)監(jiān)控光纜的配纖更為自由、靈活，達(dá)到實(shí)施簡(jiǎn)易，維護(hù)方便的效果。

2.本地控制器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的益處

當(dāng)照明系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)的低壓控制柜設(shè)置于隧道內(nèi)時(shí)，隧道內(nèi)如選用本地控制器控制方法，設(shè)備的布設(shè)將會(huì)十分分散。而根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)照明系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備布設(shè)原則的描述，及需控制點(diǎn)的數(shù)量可大致確定，本地控制器的數(shù)量不會(huì)很大且布設(shè)平均。這就使得本地控制器網(wǎng)絡(luò)的傳輸設(shè)備布設(shè)區(qū)域亦可基本覆蓋隧道內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備。此種網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的益處在隧道變電所或隧道監(jiān)控設(shè)備機(jī)房設(shè)置于隧道內(nèi)橫洞位置的時(shí)候體現(xiàn)得尤為明顯。

福建省永寧高速公路的隧道供配電系統(tǒng)中，就設(shè)置了橫洞變電所。當(dāng)其中隧道長(zhǎng)度大于2500米，需要設(shè)置隧道內(nèi)車(chē)輛檢測(cè)器及可變信息標(biāo)志的時(shí)候，隧道內(nèi)監(jiān)控專(zhuān)用的8芯光纜資源就顯得十分緊張。由于采用集中供電方式的原因，隧道洞口并未單獨(dú)設(shè)置變電所及監(jiān)控系統(tǒng)用的設(shè)備機(jī)房。這就使得隧道內(nèi)及隧道洞口的所有監(jiān)控設(shè)備均需將數(shù)據(jù)傳輸至隧道內(nèi)的橫洞變電所內(nèi)。鑒于隧道口監(jiān)控設(shè)備的布設(shè)規(guī)則基本成熟，設(shè)備的數(shù)量就也已經(jīng)確定。如果累積計(jì)算橫洞變電所內(nèi)需與隧道口主干光纜接續(xù)的芯數(shù)及位于洞口的遠(yuǎn)端本地控制器需與位于橫洞變電所內(nèi)的主本地控制器之間通信所用的芯數(shù)，那么在隧道進(jìn)口區(qū)域，設(shè)計(jì)的八芯光纜就已基本用盡，無(wú)備用芯數(shù)。

而如果使用本地控制器網(wǎng)絡(luò)的拓展，就可將隧道洞口的監(jiān)控設(shè)備首選傳輸至位于隧道洞口的遠(yuǎn)端本地控制器處，再由遠(yuǎn)端本地控制器的傳輸設(shè)備僅利用一芯光纖將所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至橫洞變電所。此種方式在隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備與橫洞變電所之間的區(qū)域亦可以推廣使用，均可以達(dá)到很好的實(shí)際效果，節(jié)省了光纜材料的建設(shè)成本，而不增加其他系統(tǒng)的投入及開(kāi)支。

3.隧道洞口監(jiān)控設(shè)備重新組網(wǎng)的新意

現(xiàn)在廣泛采用的洞口監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)匯流方案是將所有洞口設(shè)備傳至隧道機(jī)房，再進(jìn)行上傳。而重新組網(wǎng)后，每個(gè)監(jiān)控設(shè)備均采用節(jié)點(diǎn)型傳輸設(shè)備，如此既可節(jié)省了原來(lái)必須的成對(duì)出現(xiàn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸設(shè)備，同時(shí)，也可以摒棄慣用的八芯光纜而改用四芯光纜。由于改為環(huán)網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不再需要根據(jù)設(shè)備的數(shù)量增加而擴(kuò)大光纜芯數(shù)的設(shè)計(jì)，僅需要一主一備兩芯光纖即可實(shí)現(xiàn)原有的功能。在接入其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，可選擇距離洞口最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。采用分別接入兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置是考慮到如果采用單節(jié)點(diǎn)方案時(shí)，此節(jié)點(diǎn)的作用又會(huì)過(guò)于重要。一旦此節(jié)點(diǎn)位置的設(shè)備故障，洞口設(shè)備的數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)就會(huì)與中心徹底失去聯(lián)系，與原來(lái)的星形網(wǎng)絡(luò)并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別了。采用雙節(jié)點(diǎn)方式即可在其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的同時(shí)，仍然保證起碼的正常數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性更高。

四、結(jié)語(yǔ)

環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式在通信行業(yè)中已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地使用了。甚至在高速公路的通信系統(tǒng)中，也將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)作為主要的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式。以往及現(xiàn)在正在使用中的監(jiān)控系統(tǒng)在主線監(jiān)控及部分隧道監(jiān)控中也使用過(guò)環(huán)網(wǎng)方式，但并不全面。在今后的建設(shè)計(jì)劃中，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)將得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。那么，作為強(qiáng)調(diào)管理安全性、方便性、快捷性的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式就應(yīng)該得到大力的推廣及徹底的應(yīng)用。注重細(xì)節(jié)，開(kāi)拓創(chuàng)新，勇于實(shí)踐則會(huì)使隧道監(jiān)控系統(tǒng)更加人性化，科技化、合理化。