高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用

唐渝

（重慶中宇工程咨詢(xún)監(jiān)理有限責(zé)任公司，重慶 400060）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系中，高速公路是十分重要的基礎(chǔ)道路設(shè)施，能夠?yàn)槊癖姷某鲂刑峁O大的便捷。在高速公路的建設(shè)過(guò)程中，需要運(yùn)用大量的科學(xué)技術(shù)為其提供保障，通信技術(shù)就是其中的重點(diǎn)技術(shù)之一，在進(jìn)一步改善公路收費(fèi)管理工作、對(duì)道路進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)交通運(yùn)輸進(jìn)行安全監(jiān)管等方面，都能夠展現(xiàn)出十分重要的作用。因此，在高速公路的建設(shè)過(guò)程中，需要引入科學(xué)合理的通信系統(tǒng)，以有效保證不同部門(mén)之間的溝通協(xié)調(diào)性，對(duì)車(chē)輛行駛信息等進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)管，為交通管制工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)提高高速公路工程的建設(shè)水平，推動(dòng)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)實(shí)現(xiàn)健康穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展。

1 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的構(gòu)架與功能

1.1 業(yè)務(wù)組成

系統(tǒng)業(yè)務(wù)包含三個(gè)不同的層次，分別為語(yǔ)音傳輸、數(shù)據(jù)整理和圖像處理。數(shù)據(jù)整理業(yè)務(wù)，主要是對(duì)豐富多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性、全面性的處理，隨后進(jìn)行收集、整合和歸檔；語(yǔ)音傳輸業(yè)務(wù)中又包含兩大業(yè)務(wù)，分別為語(yǔ)音服務(wù)和傳真業(yè)務(wù)；圖像處理業(yè)務(wù)分為為電視圖像和監(jiān)控圖像。大多數(shù)狀況下，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行水平，主要就在于這三類(lèi)業(yè)務(wù)是否足夠完善，保證這三種業(yè)務(wù)的完善性，對(duì)進(jìn)一步降低成本投入、確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 系統(tǒng)功能

在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)有著豐富多樣的功能，其中最為重要的功能和價(jià)值在于，其可以對(duì)整個(gè)高速公路的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的管理，主要管理對(duì)象為網(wǎng)元配備。在通信系統(tǒng)的所有功能中，監(jiān)控和識(shí)別網(wǎng)元為其中比較常用，同時(shí)比較基礎(chǔ)的功能。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)也會(huì)變得更加完善，網(wǎng)元配備功能也會(huì)更為現(xiàn)代化和先進(jìn)化。另外，安全管理和故障管理也是其中的重要功能。這兩項(xiàng)功能能夠維持高速公路通行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)的安全性與可靠性，相關(guān)維護(hù)檢修人員需要對(duì)系統(tǒng)潛在的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定期的排查，并通過(guò)故障檢查和故障動(dòng)態(tài)化實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)技術(shù)

2.1 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在高速公路通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)信息傳輸、信息交換，就需要使用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)傳輸全面加速。圖像傳輸過(guò)程中，清晰度也能得以改善。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是以光纜作為傳輸媒介，運(yùn)用該技術(shù)，能使信息的處理速度得以改善，優(yōu)化信息加工水平，同時(shí)也能夠改善信息篩查能力。綜合高速公路預(yù)警體系的設(shè)置，可以對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)展開(kāi)全面的搜索，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行全面排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患問(wèn)題，有效運(yùn)用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠節(jié)省大量的人力資源投入，同時(shí)也能夠使通信系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率得以改善，提高維護(hù)和修理的綜合效率。

2.2 分組傳送網(wǎng)技術(shù)

分組傳送網(wǎng)技術(shù)，其主要是在IP 業(yè)務(wù)層和底層光傳輸介質(zhì)中，增加一個(gè)全新的層面，并將分組業(yè)務(wù)作為其中的重點(diǎn)，提供一些其他必要性的輔助線(xiàn)業(yè)務(wù)。在運(yùn)用分組傳送網(wǎng)技術(shù)的過(guò)程中，需要對(duì)底層介質(zhì)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，以保證信息傳輸過(guò)程中的高效率、高質(zhì)量和穩(wěn)定性。分組傳送網(wǎng)技術(shù)具備較大的使用空間，與上層系統(tǒng)和下層系統(tǒng)之間沒(méi)有太大的聯(lián)系，在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可以設(shè)置多個(gè)層面。但是在對(duì)空間進(jìn)行操作的過(guò)程中，需要嚴(yán)格依照操作準(zhǔn)則，保證整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性以及運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)中的功能能夠全方位地展現(xiàn)出來(lái)。運(yùn)用分組傳送網(wǎng)技術(shù)，不需要投入太多的成本，且該技術(shù)還具備其他技術(shù)不具備的光傳輸這一優(yōu)勢(shì)，有較強(qiáng)的實(shí)用性，傳輸過(guò)程也十分的安全。

2.3 ATM OVER SDH 技術(shù)

同步數(shù)字體系的使用較為廣泛，可以同步復(fù)用，傳輸過(guò)程具備較高的透明度，對(duì)于一些大容量的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，也可以進(jìn)行快速傳輸，傳輸過(guò)程比較穩(wěn)定，整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程也非常的安全可靠，和我國(guó)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系可以實(shí)現(xiàn)高度兼容。ATM 為我國(guó)通信技術(shù)中的主流技術(shù)，該技術(shù)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速率傳輸，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議以及遠(yuǎn)程辦公這些基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)需求。借助SDH，還可以對(duì)ATM 信息進(jìn)行有效的傳遞，成本投入更低，傳輸速度也更快，因此也可以這樣說(shuō)，ATM OVER SDH 技術(shù)（見(jiàn)圖1）的使用，可以保證高速公路通信系統(tǒng)的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)得到全方位的展現(xiàn)，使整個(gè)系統(tǒng)的工作效率得以提升，既可以確保高速公路的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，又可以確保后期管理工作的有序推進(jìn)。

圖1 ATM OVER SDH 技術(shù)

3 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

某隧道工程全長(zhǎng)為1462m，機(jī)電工程通信系統(tǒng)涵蓋三大部分，分別為通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)。以該隧道的機(jī)電工程通信系統(tǒng)為例，分析技術(shù)應(yīng)用情況。

3.1 隧道通風(fēng)系統(tǒng)

在該高速公路隧道工程的建設(shè)過(guò)程中，通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)，需要依照我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，參照《公路隧道的設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004），綜合當(dāng)前高速公路施工的數(shù)據(jù)參數(shù)，選擇科學(xué)合理的通信技術(shù)，并制定出更為完善的通風(fēng)控制方案。該工程的隧道工程設(shè)計(jì)單位，需要綜合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀，制定出可以通過(guò)人工進(jìn)行管控以及通過(guò)智能系統(tǒng)進(jìn)行管控的通風(fēng)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)通信的設(shè)置上，需要將分組傳送網(wǎng)技術(shù)作為核心要素，對(duì)于不同的工況系統(tǒng)，通信需要達(dá)到的控制要求如下：在車(chē)輛正常行駛時(shí)，整個(gè)高速公路隧道中的一氧化碳濃度需要維持在0.025%下，若是高速公路隧道車(chē)輛阻滯，隧道中的一氧化碳濃度需要維持在0.025%～0.03% 內(nèi)。我國(guó)交通運(yùn)輸相關(guān)部門(mén)，需要在高速公路隧道中安裝相應(yīng)的視頻監(jiān)控體系，以保證對(duì)隧道內(nèi)的交通狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)管。在高速公路隧道中，需要每間隔10m 左右放置一個(gè)傳感器，對(duì)車(chē)輛的數(shù)據(jù)信息和空氣一氧化碳濃度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)分組傳送網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)隧道中的空氣質(zhì)量，保證隧道中車(chē)輛的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)

隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要包括四個(gè)方面，分別為現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)、閉路電視系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)和緊急電話(huà)系統(tǒng)。

首先，現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。舉例來(lái)說(shuō)，該隧道工程主要是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)展開(kāi)通信控制，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)體系包含三個(gè)層次：第一個(gè)層次為隧道的管理中心，這一層的控制網(wǎng)絡(luò)需要和隧道中的變電所管網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)配合，有效協(xié)調(diào)，共同構(gòu)建出隧道的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)；第二個(gè)層次主要為隧道的區(qū)域控制，需要和隧道中所設(shè)置的機(jī)電設(shè)備，構(gòu)建出現(xiàn)場(chǎng)的中線(xiàn)控制系統(tǒng)；第三個(gè)層次是本地控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)運(yùn)用冗余光纖環(huán)網(wǎng)通信來(lái)達(dá)成通信這一目標(biāo)。

其次，閉路電視系統(tǒng)。閉路電視系統(tǒng)需要包括攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和圖像傳輸設(shè)備，對(duì)隧道工程中的車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、交通狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以通過(guò)異步傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在該隧道工程中，交通運(yùn)輸部門(mén)可綜合閉路電視系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在隧道入口位置和出口位置，安裝高清云臺(tái)攝像機(jī)，并每隔15m 安裝一臺(tái)云臺(tái)攝像機(jī)，云臺(tái)攝像機(jī)需要基于水平和豎直兩個(gè)方向進(jìn)行立體化的綜合拍攝。在隧道中光線(xiàn)較強(qiáng)的區(qū)域，可以通過(guò)抑制功能保證監(jiān)控的清晰度；在背光區(qū)域，則可以通過(guò)曝光補(bǔ)償或是進(jìn)一步加強(qiáng)光線(xiàn)的方式，確保拍攝的清晰度。

再次，交通監(jiān)控系統(tǒng)。我國(guó)交通運(yùn)輸相關(guān)部門(mén)，可以在隧道工程中設(shè)置傳感器，進(jìn)一步確定高速公路上車(chē)輛的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況以及隧道內(nèi)部的實(shí)際交通水平。在該隧道工程中，交通運(yùn)輸部門(mén)的傳感器設(shè)置如下：通過(guò)設(shè)置紅外傳感器，確定道路是否有車(chē)輛通過(guò)；通過(guò)設(shè)置微波交通檢測(cè)器，監(jiān)測(cè)車(chē)輛的速度，明確車(chē)輛的具體車(chē)型以及當(dāng)前隧道中的交通量；通過(guò)設(shè)置壓力傳感器，檢測(cè)車(chē)輛的速度和類(lèi)型，這對(duì)拍攝車(chē)輛的闖紅燈情況有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在高速公路隧道中設(shè)置傳感器，可以通過(guò)自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達(dá)成通信目標(biāo)，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)傳輸，并將數(shù)據(jù)傳遞到交通控制中心。

最后，緊急電話(huà)系統(tǒng)。緊急電話(huà)系統(tǒng)包括傳輸線(xiàn)路、分機(jī)和控制臺(tái)三大部分。為了保證高速公路通行過(guò)程的科學(xué)性與合理性，交通運(yùn)輸部門(mén)需要明確緊急電話(huà)分機(jī)安裝位置，并保證安裝位置的科學(xué)性，相鄰緊急電話(huà)分機(jī)的安裝距離為200m，同時(shí)需要在分機(jī)的上方設(shè)置一定的警示標(biāo)識(shí)，有效規(guī)避緊急電話(huà)分機(jī)亂用的問(wèn)題。

3.3 隧道供配電系統(tǒng)

隧道中保持良好的照明水平，是保證高速公路交通運(yùn)輸安全的重要條件。因此，在對(duì)高速公路工程建設(shè)過(guò)程中，需要保證整個(gè)隧道內(nèi)部空間配套系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過(guò)運(yùn)用通信技術(shù)，確保配電數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)化實(shí)時(shí)傳遞，為供電企業(yè)調(diào)整電力提供有效的數(shù)據(jù)參考。在設(shè)計(jì)隧道配電系統(tǒng)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格依照我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，參照《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009），并通過(guò)明確隧道機(jī)電工程電壓、電流以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)，合理設(shè)計(jì)供配電建設(shè)方案。

4 機(jī)電項(xiàng)目通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展建議

4.1 設(shè)計(jì)配備規(guī)范化

在高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，主要運(yùn)用的建設(shè)模式為分段設(shè)置，由于不同分段的工作對(duì)象有所差異，無(wú)論是外在表現(xiàn)還是內(nèi)在性質(zhì)都有所不同，因此，在設(shè)計(jì)配備上，暫未形成標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的發(fā)展格局，這不可避免地會(huì)對(duì)展現(xiàn)通信系統(tǒng)的價(jià)值和作用，產(chǎn)生一定的限制。

因此，對(duì)于這一問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)在對(duì)配備進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要設(shè)置統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并綜合各個(gè)地區(qū)高速公路項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際狀況以及我國(guó)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則，以保證設(shè)計(jì)配備的科學(xué)化與合理化。

4.2 系統(tǒng)建設(shè)智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)高速發(fā)展，且在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域都有所運(yùn)用，并獲得了較為可觀的成果。因此，在我國(guó)高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)人工智能技術(shù)的使用，這也是我國(guó)高速公路領(lǐng)的必然發(fā)展趨勢(shì)。將人工智能技術(shù)應(yīng)用在高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中，其主要價(jià)值和優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

其一，能夠滿(mǎn)足交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和需求，尤其是城市經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，私家車(chē)數(shù)量不斷增加，使用人工智能技術(shù)，可以更加高效地處理高速公路數(shù)據(jù)信息。

其二，借助人工智能技術(shù)，可以對(duì)高速公路的交通狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化分析，明確交通流量，制定出針對(duì)性、科學(xué)合理的規(guī)劃方案，提高高速公路運(yùn)營(yíng)管理水平。

其三，借助人工智能技術(shù)，可以對(duì)高速公路的不同路段展開(kāi)獨(dú)立化的管理，以提高高速公路管理的針對(duì)性、科學(xué)性及時(shí)效性。

4.3 保養(yǎng)維修常態(tài)化

在高速公路建設(shè)中，通信系統(tǒng)是其中最為復(fù)雜、繁瑣，同時(shí)難度較高的施工內(nèi)容。雖然通信系統(tǒng)具備一定的自我修復(fù)功能和問(wèn)題診斷功能，但若是高速公路的通信系統(tǒng)出現(xiàn)了重大故障，則會(huì)對(duì)整個(gè)公路系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)一系列的負(fù)面影響。想要確保高速公路穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，則需要做好高速公路通信系統(tǒng)的日常維修和保養(yǎng)工作，實(shí)現(xiàn)維修保養(yǎng)常態(tài)化。為此，需要設(shè)立預(yù)警機(jī)制，在出現(xiàn)重大故障問(wèn)題時(shí)，相關(guān)檢修工作人員在接到預(yù)警信號(hào)之后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)奔赴現(xiàn)場(chǎng)，展開(kāi)問(wèn)題檢測(cè)和維修保養(yǎng)。通信系統(tǒng)本身具備較強(qiáng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，無(wú)論是檢修還是維護(hù)，都較為復(fù)雜，這便對(duì)工作人員的技術(shù)水平、綜合素養(yǎng)以及理論知識(shí)掌握能力等提出了更高的要求。相關(guān)部門(mén)需要基于高校以及社會(huì)兩大層次，吸納更多具備專(zhuān)業(yè)技術(shù)和維修經(jīng)驗(yàn)的人才，以不斷提升高速公路通信系統(tǒng)的檢修與維護(hù)水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路是我國(guó)現(xiàn)代交通運(yùn)輸事業(yè)中的重點(diǎn)工程之一，高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的重要性和價(jià)值也日漸凸顯。因此，在進(jìn)行高速公路建設(shè)時(shí)，需要提高對(duì)機(jī)電工程通信系統(tǒng)的重視程度，明確系統(tǒng)架構(gòu)以及不同技術(shù)在不同環(huán)節(jié)中的運(yùn)用，這對(duì)我國(guó)高速公路事業(yè)的蓬勃發(fā)展有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，也能更好地體現(xiàn)出我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的服務(wù)價(jià)值。