分析高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)技術(shù)

張華

華睿交通科技有限公司 江西 南昌 330000

目前，我國(guó)高速公路項(xiàng)目建設(shè)里程規(guī)模呈現(xiàn)螺旋式上升，高速公路總里程長(zhǎng)度累計(jì)已達(dá)15萬(wàn)公里。高速公路地快速發(fā)展為我們提供了高效、舒適，便利地出行條件。高速公路路網(wǎng)與普通公路路網(wǎng)也有一定的區(qū)別，主要體現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)管理與技術(shù)開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面；普通公路屬于開(kāi)放式地通行運(yùn)營(yíng)，對(duì)普通公路通信系統(tǒng)地運(yùn)行質(zhì)量和技術(shù)要求沒(méi)那么嚴(yán)格；但高速公路屬于封閉式或無(wú)人值守監(jiān)控制，在運(yùn)營(yíng)管理和技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要有效地應(yīng)用各種更先進(jìn)、更復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)施。通信系統(tǒng)技術(shù)地使用不僅可以提高高速公路通信的信息連接和運(yùn)行安全的穩(wěn)定性，還可提高公共服務(wù)的整體服務(wù)質(zhì)量，為人們創(chuàng)造更好地出行體驗(yàn)，為運(yùn)營(yíng)管理單位提供實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，為提升高速公路高品質(zhì)服務(wù)質(zhì)量發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)問(wèn)題

當(dāng)前，高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)存有大大小小不同程度上得漏洞和缺陷，影響了公眾出行的質(zhì)量。主要表現(xiàn)有：一、交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不科學(xué)、通信系統(tǒng)工作模式不同，系統(tǒng)在具體工作中往往存在間歇性響應(yīng)。各系統(tǒng)模塊之間的工作耦尓度也不高，整個(gè)通信系統(tǒng)地設(shè)計(jì)難度也在增加。交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)實(shí)施在管理上實(shí)行分級(jí)管理，我國(guó)的高速公路管理大部分采用分路段路管理模式。這種分級(jí)管理往往會(huì)因系統(tǒng)實(shí)行不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致系統(tǒng)各級(jí)之間存在系統(tǒng)不兼容問(wèn)題。我國(guó)高速公路項(xiàng)目建設(shè)總里程規(guī)模一直穩(wěn)步在壯長(zhǎng)，因不同地區(qū)存在一些地域化的設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，使交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)出現(xiàn)越來(lái)越多私有化協(xié)議與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議無(wú)法兼容，高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量差等問(wèn)題。為有效提升交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)行質(zhì)量，需不斷發(fā)展新技術(shù)和規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化。由于前述原因，高速公路項(xiàng)目不同地區(qū)各自分別建設(shè)、不同地區(qū)地運(yùn)營(yíng)管理水平和技術(shù)發(fā)展水平存在差異，交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用水平與設(shè)計(jì)人員執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化能力較差，影響了交通機(jī)電通信系統(tǒng)的使用。隨著通信技術(shù)發(fā)展，通信系統(tǒng)不斷更新，建設(shè)項(xiàng)目管理水平與技術(shù)發(fā)展之間地落差，使管理脫節(jié)、通信新技術(shù)得不到有效應(yīng)用，技術(shù)與管理相互斷開(kāi)。

2 高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)組成

通信系統(tǒng)從功能上主要包括綜合光纖傳輸系統(tǒng)（干線傳輸與綜合接入）、IP 語(yǔ)音交換系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、光電纜工程、通信電源與接地，管道設(shè)施這幾部分。綜合光纖傳輸系統(tǒng)骨干網(wǎng)常采用SDH數(shù)字傳輸，綜合接入網(wǎng)采用IPRAN傳輸。各級(jí)收費(fèi)站無(wú)人值守通信站采用 IPRAN 設(shè)備組成自愈環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；服務(wù)區(qū) IPRAN傳輸設(shè)備采用鏈路拓?fù)浞绞浇尤刖徒召M(fèi)通信站 IPRAN 設(shè)備；IP 語(yǔ)音交換系統(tǒng)設(shè)置多業(yè)務(wù)語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的接入，滿足語(yǔ)音通話、傳真業(yè)務(wù)的需求。視頻會(huì)議系統(tǒng)采用視頻網(wǎng)絡(luò)終端，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩地或多個(gè)地點(diǎn)之間的圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的交互通信。光纜采用單模型光纖，用于通信系統(tǒng)的骨干網(wǎng)及接入網(wǎng)設(shè)備組網(wǎng)。通信系統(tǒng)包含以下3部分。

2.1 軟件

網(wǎng)管作為高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)主要軟件，承擔(dān)了監(jiān)控整個(gè)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單元狀態(tài)工作。包括各種預(yù)定狀態(tài)地報(bào)警、事件查閱、報(bào)表輸出等功能內(nèi)容。使交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)得到有效控制運(yùn)行，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)單元狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控控制，以確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題，保障通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2.2 硬件

高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由通信設(shè)備、電源設(shè)施，通信網(wǎng)組成。機(jī)電通信系統(tǒng)常配置兩路電源供電，一路為常用電源，采用220V或380V市電為系統(tǒng)運(yùn)行供電。另一路作為應(yīng)急備用電源，采用高頻組合開(kāi)關(guān)蓄電池48V電源為系統(tǒng)出現(xiàn)市電斷電或故障時(shí)切換運(yùn)行供電。高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)主要由用戶網(wǎng)終端、接入層、匯聚層、核心層各層進(jìn)行分級(jí)傳輸。接入網(wǎng)承擔(dān)中間層連接底層網(wǎng)絡(luò)用戶終端，實(shí)現(xiàn)終端層、接入層至匯聚核心層作用。接入網(wǎng)在通信系統(tǒng)中扮演著重要角色，它實(shí)現(xiàn)高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)中間層接入網(wǎng)與終端層用戶網(wǎng)絡(luò)相連接，承擔(dān)層上下之間通信互聯(lián)及信息處理。光線路終端是其主要位置，是完成諸多任務(wù)的核心，如對(duì)一些常規(guī)相關(guān)業(yè)務(wù)信息的處理[1]。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸分為并行、串行、異步、同步傳輸，單工傳輸。并行傳輸是指字符在兩條信道上并行傳輸；串行傳輸是指字符在一條信道上按時(shí)間順序依次傳輸；異步傳輸是指字符有起、止信號(hào)，需要檢測(cè)起、止信號(hào)，傳輸方式簡(jiǎn)單不需要同步；同步傳輸是指雙方必須建立區(qū)分信號(hào)，判斷序列標(biāo)識(shí)建立雙方同步傳輸；單工傳輸是指數(shù)據(jù)符按單、發(fā)單一方向傳輸，不能同時(shí)進(jìn)行傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸由數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸信道，數(shù)據(jù)接收3部分組成：數(shù)據(jù)發(fā)送主要是將終端輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)換成適合傳輸信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)；傳輸信道主要是以傳輸媒介為載體，可不同傳輸信道對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；數(shù)據(jù)接收主要是將發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。

高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)綜合性復(fù)雜，包含了硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和信息數(shù)據(jù)的傳輸[2]。高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)通信方式一般分有線信道和無(wú)線信道：有線信道主要包含同軸電纜、光纖等介質(zhì)；無(wú)線信道主要包含微波、衛(wèi)星等介質(zhì)；我們高速公路交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)中主要使用有線信道方式，單模光纖光纜介質(zhì)進(jìn)行通道傳輸。 交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)可用于傳輸電話業(yè)務(wù)、收費(fèi)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、辦公OA系統(tǒng)、視頻會(huì)議等。

3 高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)發(fā)展變化

3.1 SDH數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

SDH數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為骨干網(wǎng)應(yīng)用于較早，電信運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)也基于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH傳輸系統(tǒng)具備得大容量擴(kuò)展性，它的大容量性特點(diǎn)有環(huán)路功能，可承載信息、音頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。SDH傳輸系統(tǒng)模型具有于物理層，它在承載各種業(yè)務(wù)時(shí)受傳輸限制影響很小。SDH傳輸系統(tǒng)有多種承載方式，基于TDM技術(shù)的綜合性實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)復(fù)用，也可基于其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)交換。SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有帶寬利用率高，安全性可靠?jī)?yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，SDH傳輸系統(tǒng)可支持多種接口，滿足各種帶寬需求，如下表1所示。

表1 SDH數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展接口表

3.1 DWDM 密集型光波復(fù)用技術(shù)

高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)是機(jī)電工程系統(tǒng)重要系統(tǒng)之一；光纖資源匱乏時(shí)，DWDM技術(shù)有助于擴(kuò)大骨干網(wǎng)容量，如圖2所示。它能在同根光纖不同波長(zhǎng)的條件下，進(jìn)行合并傳輸。通過(guò)這種技術(shù)方法，光纖的帶寬資源可得到有效利用，也降低了建設(shè)線路的費(fèi)用成本。運(yùn)用DWDM技術(shù)后，光纖經(jīng)過(guò)載波擴(kuò)展，還可以將容量從1倍擴(kuò)展到8倍、10倍等，最大可擴(kuò)展到160G。

圖2 DWDM 密集波分復(fù)用技術(shù)

由此可見(jiàn)，DWDM信息網(wǎng)絡(luò)在高速公路項(xiàng)目機(jī)電通信系統(tǒng)中地使用效果十分顯著，可以有效滿足管理人員和人員在較短時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ饕骩3]。DWDM技術(shù)在骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)單靈活，DWDM技術(shù)還能使其構(gòu)成環(huán)路保護(hù)、自愈快等功能。同時(shí)，它也存在缺陷；主要體現(xiàn)在信息傳遞的工作過(guò)程中。它屬于透明工作狀態(tài)，只能提供相同波長(zhǎng)信息范圍內(nèi)的服務(wù)，該對(duì)象提供的信息傳輸服務(wù)相對(duì)單一。而信息地整合和信息的整體包裝傳輸還沒(méi)有形成一個(gè)完整的傳輸系統(tǒng)，信息準(zhǔn)確性的保護(hù)能力仍然不足。因此，這種技術(shù)通常更適合一些低速信息傳輸?shù)墓ぷ鳝h(huán)境，整個(gè)寬帶的傳輸效率需要進(jìn)一步提高。與其他同步數(shù)字技術(shù)相比，在經(jīng)濟(jì)投資方面的優(yōu)勢(shì)不是很明顯。我們需要有效地結(jié)合自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)不足進(jìn)行綜合分析。它更適合在一些網(wǎng)絡(luò)安全性高、跨平臺(tái)信息和數(shù)據(jù)共享的環(huán)境條件下應(yīng)用。

3.2 寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

IP寬帶網(wǎng)絡(luò)也是高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電通信系統(tǒng)中一種，它是一種網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)，可滿足不同用戶需要。一般來(lái)說(shuō)，在具體的工作過(guò)程中，IP網(wǎng)絡(luò)可提供分時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交換，如圖3所示。基于ATM適配等相關(guān)系統(tǒng)功能，可以有效支持各種傳統(tǒng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)交換技術(shù)廣泛用于IP網(wǎng)絡(luò)分組交換、信息傳輸?shù)染W(wǎng)絡(luò)。在信息交換過(guò)程中，利用網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和路由器設(shè)備，完成多種信息數(shù)據(jù)之間的傳輸和資源共享。寬帶IP技術(shù)分為兩種模式。第一種屬于快速以太網(wǎng)IP技術(shù)，主要解決局域網(wǎng)中寬帶信息傳輸?shù)木窒扌裕欢峭ㄟ^(guò)IP信息傳輸?shù)亩鄻I(yè)務(wù)信息交換，合理控制寬帶IP技術(shù)主網(wǎng)的切換時(shí)間。局域網(wǎng)的應(yīng)用可以有效提高信息傳輸?shù)恼w效率，機(jī)電系統(tǒng)的整體使用效果也在提高[3]。

圖3 IP交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.3 RPR通信技術(shù)

RPR技術(shù)是一種目前應(yīng)用較廣的通信技術(shù)，綜合各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，支持機(jī)電工程通信結(jié)構(gòu)中環(huán)網(wǎng)的拓?fù)涔ぷ髂Ｊ健．?dāng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常通信工作。同時(shí)，在信息和數(shù)據(jù)的傳輸中，它還具備高效、簡(jiǎn)單和低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。RPR應(yīng)用分組交換點(diǎn)在機(jī)電工程通信系統(tǒng)中能形成信息傳輸環(huán)結(jié)構(gòu)，在不同的交叉節(jié)點(diǎn)中，通常使用光纖傳輸進(jìn)行連接。它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè)不同的方向環(huán)，小環(huán)套大環(huán)，即內(nèi)環(huán)與外環(huán)，如圖4所示。在兩種不同的環(huán)形結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)傳輸[4]。在具體的工作過(guò)程中，RPR通信技術(shù)還具備如下應(yīng)用特點(diǎn)：第一，迅速通過(guò)保護(hù)機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠軌蜓杆僮杂謴?fù)，有效提高帶寬利用率；二是保障機(jī)電系統(tǒng)通信，有效提高寬帶數(shù)據(jù)信息傳輸效率；三是RPR技術(shù)可以在工作空間中重用，基于以太網(wǎng)交換技術(shù)和ATM異步傳輸技術(shù)，一種新的網(wǎng)絡(luò)傳輸工作方法正在逐步發(fā)展和創(chuàng)新。通常，它在工作過(guò)程中處于地址處理層結(jié)構(gòu)中，這種處理方法在環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)中應(yīng)用效果非常明顯。它可基于信息數(shù)據(jù)的本地服務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在很大程度上為相關(guān)運(yùn)營(yíng)商和工作單位提供快速的故障檢測(cè)服務(wù)。

圖4 RPR內(nèi)環(huán)和外環(huán)

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高速公路國(guó)家網(wǎng)、省際網(wǎng)以及地方縣級(jí)加密路網(wǎng)規(guī)劃得不斷擴(kuò)張和完善，我們將迎來(lái)一張錯(cuò)綜復(fù)雜、高速發(fā)展的高速公路大網(wǎng)。它將對(duì)我們未來(lái)高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)要求更加嚴(yán)格，促使我們要不斷發(fā)展通信新技術(shù)。我們?cè)诎l(fā)展通信新技術(shù)同時(shí)，也要提升我們各級(jí)高速公路交通機(jī)電工程建設(shè)者管理技術(shù)和運(yùn)營(yíng)水平。現(xiàn)在我們是處于高速發(fā)展的時(shí)代，也是立足于完成全面建設(shè)小康社會(huì)“十三五”規(guī)劃肩膀邁向十四五規(guī)劃發(fā)展新起點(diǎn)、新百年奮斗目標(biāo)新征程。

目前，我國(guó)5G技術(shù)已經(jīng)處于國(guó)際先進(jìn)水平，我們要樹(shù)立新發(fā)展、新思想、新目標(biāo)的理念，全面發(fā)展5G技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的大時(shí)期應(yīng)用5G技術(shù)開(kāi)發(fā)高速公路項(xiàng)目交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)通信新技術(shù)，提高我們交通機(jī)電工程通信系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，保障高速公路服務(wù)質(zhì)量和效率。