陳淼

（河南交通投資集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

高速公路的穩(wěn)定運(yùn)行需要通信系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，且在高速公路收費(fèi)和監(jiān)控中起著重要的作用，高速公路其他系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是以通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行作為支撐的。為確保通信系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮應(yīng)有的信息傳輸作用，需要正確分析系統(tǒng)內(nèi)部的硬件組成及軟件組成關(guān)系，采用合理的方式加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸管控效果。不斷優(yōu)化機(jī)電工程通信系統(tǒng)構(gòu)架及內(nèi)部功能，為促進(jìn)城市高速公路工程高效穩(wěn)定建設(shè)與管理奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

1 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)概述

通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電工程中的重要組成部分，作為三大系統(tǒng)中的主要功能傳輸系統(tǒng)，可直接影響高速公路整體的管理運(yùn)營(yíng)水平。高速公路通信系統(tǒng)與收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)功能互補(bǔ)，可專項(xiàng)完成高速公路管理運(yùn)營(yíng)期間的各項(xiàng)工作。通信系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)⒏咚俟愤\(yùn)行及管理期間的各類信息進(jìn)行處理并快速傳輸，確保收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息能夠被快速傳輸?shù)椒?wù)系統(tǒng)內(nèi)，供相關(guān)管理部門使用。當(dāng)前，通信單位圍繞通信系統(tǒng)所開展的運(yùn)行與維護(hù)工作具有較大實(shí)施難度，其涉及面也較廣，這使得日常的維護(hù)管理工作需要面臨諸多問題。因此，通信單位可圍繞其管理結(jié)構(gòu)搭建相匹配的通信管理，革新管理工作與通信技術(shù)體系，充分展現(xiàn)流程、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指標(biāo)的技術(shù)導(dǎo)向作用，逐步完善標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系[1]。

2 高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)的功能

隨著道路運(yùn)輸技術(shù)的快速建設(shè)和發(fā)展，作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，通信系統(tǒng)的功能正在向多元化發(fā)展。現(xiàn)行的通信系統(tǒng)已經(jīng)具備了語音、圖像、信號(hào)及各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，而且不同功能還具有分散化的特點(diǎn)。高速公路具有管理、收費(fèi)、服務(wù)三個(gè)管理模塊，都可以利用現(xiàn)在的資源推進(jìn)工作。通信系統(tǒng)的建構(gòu)，正是基于互聯(lián)網(wǎng)的先進(jìn)技術(shù)作支撐，連接各個(gè)工作模塊的系統(tǒng)，并為各個(gè)模塊產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)提供儲(chǔ)存、傳輸、分析、處理等功能，為工作人員提供參考依據(jù)；同時(shí)，也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，便于指揮中心提前研判、制定對(duì)策；另外，也可為其他部門的工作提供管理、監(jiān)控等方面的支持。

3 通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)各通信單位主要圍繞光纖通信搭建通信系統(tǒng)，其擁有多種并存的通信形式。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展也給予通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較大的技術(shù)支持；但是，通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依然無法支撐智能通信建設(shè)的實(shí)際需求，其核心原因在于通信網(wǎng)絡(luò)無法充分整合并利用多方資源。相較于主網(wǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳播水準(zhǔn)還有待提升?；诖耍鞯卣毮軉挝恍枰?chuàng)新通信系統(tǒng)，從管理、技術(shù)等多方面完善運(yùn)營(yíng)與維護(hù)策略，補(bǔ)充通信網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)，找尋問題的解決辦法。通過優(yōu)化運(yùn)營(yíng)與維護(hù)體系，完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，健全傳輸網(wǎng)絡(luò)，可推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步與發(fā)展，使其能夠逐步滿足智能化通信的各項(xiàng)要求，進(jìn)而為智能通信的各環(huán)節(jié)搭建高效的信息溝通平臺(tái)并提供穩(wěn)定、安全的通信服務(wù)[2]。

通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作極其重要，其直接關(guān)系到通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。通過合理配置人力資源，完善通信系統(tǒng)的運(yùn)維管理體系，明確劃分通信系統(tǒng)運(yùn)維工作的專業(yè)分界面，有助于創(chuàng)新運(yùn)維策略，完善運(yùn)維管理機(jī)制，進(jìn)而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 高速公路通信系統(tǒng)在收費(fèi)中的應(yīng)用

4.1 高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)一般分為三級(jí)，即聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中心、路段收費(fèi)分中心和收費(fèi)站，且聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)路網(wǎng)中的高速公路，納入聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)統(tǒng)一清分結(jié)算。目前大多數(shù)高速公路采用以半自動(dòng)收費(fèi)方式和不停車收費(fèi)方式結(jié)合的收費(fèi)方式。收費(fèi)站的局域網(wǎng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要包括控制室計(jì)算機(jī)、廣場(chǎng)車道控制計(jì)算機(jī)。車道計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線接入收費(fèi)廣場(chǎng)計(jì)算機(jī)、路段收費(fèi)交換機(jī)組成了獨(dú)立的局域網(wǎng)，收費(fèi)站再通過光纖與收費(fèi)機(jī)房的以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成“樹型+星型拓?fù)洹钡木钟蚓W(wǎng)，通信系統(tǒng)為收費(fèi)站與收費(fèi)中心局域網(wǎng)之間的收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸提供傳輸通道。收費(fèi)站把收費(fèi)站收費(fèi)數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)交換機(jī)送入本站的ONU 設(shè)備，通過綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)中OLT 設(shè)備直接上傳路段分中心[3]。

4.2 高速公路收費(fèi)圖像的傳輸

收費(fèi)視音頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由外場(chǎng)視頻采集設(shè)備、視頻傳輸設(shè)備及收費(fèi)站機(jī)房視頻存儲(chǔ)和視頻傳輸設(shè)備構(gòu)成。通信系統(tǒng)用于將外場(chǎng)視頻采集設(shè)備包括各收費(fèi)車道的車道編碼視頻圖像、亭內(nèi)攝像機(jī)圖像、監(jiān)聽音頻、報(bào)警信號(hào)等采集到的收費(fèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)匯聚到視頻交換機(jī)或者光纖交換機(jī)的；通過網(wǎng)線或光纖傳輸至收費(fèi)站或監(jiān)控室；再利用路段通信系統(tǒng)傳輸至聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中心。

4.3 ETC 系統(tǒng)

自2019 年全面推行ETC 工作后，在促進(jìn)各省高速公路行業(yè)規(guī)范，提高一體化運(yùn)營(yíng)水平，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化體系等多方面取得顯著成效。2019 年交通運(yùn)輸部門全面加強(qiáng)了對(duì)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)、車路協(xié)同、運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)管理。各省在全國(guó)統(tǒng)一收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)框架下，制訂了高速公路行業(yè)準(zhǔn)則、地方標(biāo)準(zhǔn)，使高速公路管理行為統(tǒng)一化。不停車收費(fèi)系統(tǒng)，也可以叫作電子收費(fèi)系統(tǒng)ETC，可使用車輛自動(dòng)識(shí)別AVI 技術(shù)進(jìn)行車輛、收費(fèi)站間無線數(shù)據(jù)通信，獲得車輛自動(dòng)識(shí)別、收費(fèi)數(shù)據(jù)交換的效果。ETC即為借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用，完成收費(fèi)數(shù)據(jù)處理工作，實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)全電子收費(fèi)的系統(tǒng)。微波讀寫天線RSU 安裝于車道上方，通過微波天線、讀寫控制器構(gòu)成，微波天線作為微波收發(fā)模塊，主要施行信號(hào)、數(shù)據(jù)接受/發(fā)送、調(diào)制、編碼、加密等方面工作，讀寫器能夠?qū)Πl(fā)射、接收相關(guān)數(shù)據(jù)，以及技術(shù)處理車道計(jì)算機(jī)收發(fā)信號(hào)加以控制。電子標(biāo)簽OBU，安裝在車輛擋風(fēng)玻璃位置，為和路側(cè)安裝RSU 通信微波的設(shè)備，電子標(biāo)簽內(nèi)存在ETC 繳費(fèi)卡有儲(chǔ)值功能、儲(chǔ)存車輛信息功能[3]。

5 高速公路通信系統(tǒng)在監(jiān)控中應(yīng)用

當(dāng)前，高速公路作為人們長(zhǎng)距離出行及運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的重要途徑，承擔(dān)了重要的交通運(yùn)輸活動(dòng)。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展，人們對(duì)于出行、運(yùn)輸?shù)男枨蟾螅@對(duì)高速公路服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，另外也呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的狀態(tài)，因此日益增加的出行和運(yùn)輸需求與高速公路運(yùn)營(yíng)效能之間存在一定的矛盾。通過智能監(jiān)控技術(shù)，提升高速公路信息化發(fā)展程度，能夠在很大程度上調(diào)節(jié)高速公路運(yùn)營(yíng)供需平衡。

5.1 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以光傳送網(wǎng)為基礎(chǔ)，引入控制平面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)按需分配，最終達(dá)到智能化。一方面，在高速公路的排查工作中，該技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)將問題排查清楚、分析完畢并及時(shí)處理，可以促進(jìn)整體系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。另一方面，在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，還可以在該技術(shù)的支持下將網(wǎng)絡(luò)資源升級(jí)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)移相關(guān)數(shù)據(jù)方面實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化水平。在使用該技術(shù)過程中，需要注意的是，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到飽和數(shù)量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)最大化的功能，關(guān)鍵是要有有效的光纜路由作為出口。

5.2 分組傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

分組傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以進(jìn)一步增強(qiáng)高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)操作的靈活性，確保系統(tǒng)能夠被應(yīng)用在各環(huán)境中，為工作人員提供各類操作平臺(tái)。分組傳送網(wǎng)絡(luò)，也叫分組轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。在網(wǎng)絡(luò)地址的下方，有一個(gè)傳輸介質(zhì)，基于分組操作而執(zhí)行其他操作。在實(shí)際工作過程中，由于該技術(shù)的操作空間較大，因此對(duì)高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能方面的影響較為有限。另外，該技術(shù)的使用成本較低，與傳統(tǒng)的光傳輸相比，安全性能非常明顯，可有效確保數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)度與質(zhì)量，是當(dāng)前通信領(lǐng)域內(nèi)性價(jià)比最高的技術(shù)。

5.3 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)

人們生活質(zhì)量的提升對(duì)出行提出了更高的要求，特別是在交通量處于高峰期時(shí)，人們對(duì)高速公路的具體情況更加重視。為滿足人們?cè)谌粘３鲂袝r(shí)提出的個(gè)性化要求，高速公路相關(guān)管理部門要加強(qiáng)與企業(yè)之間的合作。通過信息技術(shù)對(duì)交通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的發(fā)布，滿足人們?cè)诔鲂袝r(shí)的基本需求。此外，合理利用云計(jì)算技術(shù)，對(duì)高速公路的視頻進(jìn)行及時(shí)有效的計(jì)算分析，將視頻直接上傳到對(duì)應(yīng)的云計(jì)算系統(tǒng)中，有利于對(duì)整個(gè)高速公路視頻信息進(jìn)行客觀分析，為人們的出行提供便利條件。

5.4 通道流量監(jiān)控

智慧監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用時(shí)，可以科學(xué)合理分析目前現(xiàn)有的視頻數(shù)據(jù)，保證視頻數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)有針對(duì)性的處理。能夠?qū)νǖ懒髁坑懈由羁痰恼J(rèn)識(shí)和了解，促使交通擁堵等相關(guān)問題得到有效緩解，同時(shí)能夠?qū)δ壳霸谑召M(fèi)數(shù)據(jù)等各方面存在的一系列問題起到良好的彌補(bǔ)作用。對(duì)智慧監(jiān)控系統(tǒng)下的視頻數(shù)據(jù)展開深入分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)科學(xué)合理的搜集和利用，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的整合和處理[4]。

5.5 自動(dòng)巡檢監(jiān)控

建立智慧監(jiān)控系統(tǒng)過程中，必須實(shí)施視頻質(zhì)量自動(dòng)巡檢監(jiān)控，對(duì)各高速路段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。當(dāng)前高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中接入資源數(shù)量大、骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)性能差、內(nèi)存不足等問題，都會(huì)增加后期高速公路信息化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本，也會(huì)增加人工巡檢的頻率，導(dǎo)致實(shí)際工作效率極低。實(shí)施視頻質(zhì)量自動(dòng)巡檢監(jiān)控，一旦有信號(hào)中斷、傳輸圖像不清晰、設(shè)備故障等，智慧監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，且隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，即便是針對(duì)視頻畫面抖動(dòng)、卡頓等細(xì)微問題，都可以做到及時(shí)監(jiān)測(cè)分析。通過這種自動(dòng)巡檢監(jiān)控手段，有效控制了監(jiān)控視頻圖像的質(zhì)量，從根本上對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理，保證視頻監(jiān)控的整體質(zhì)量。

5.6 視頻智慧分析

當(dāng)前，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)和發(fā)展中的發(fā)展效果較好，視頻資源的整體密度一直處于不斷增加的狀態(tài)，因此，在實(shí)踐中采取有針對(duì)性的措施，能夠保證現(xiàn)有資源的整體利用率得到有效提升?，F(xiàn)階段高速公路工程項(xiàng)目在建設(shè)和管理中，要對(duì)視頻進(jìn)行合理的分析和利用，以此保證高速公路監(jiān)控水平的有效提升。此外，養(yǎng)護(hù)和綜合執(zhí)法等相關(guān)部門也可以利用對(duì)視頻進(jìn)行智慧分析，對(duì)邊坡或橋梁等養(yǎng)護(hù)路段展開有針對(duì)性地檢測(cè)，不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏的問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)事故的規(guī)避。同時(shí)，合理利用視頻資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路施工作業(yè)安全以及質(zhì)量問題的管理和控制，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以立即采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行處理，避免造成更加嚴(yán)重的影響。

5.7 基于故障檢測(cè)結(jié)果的智慧運(yùn)營(yíng)

基于故障檢測(cè)結(jié)果的智慧運(yùn)營(yíng)過程中，首先在利用多維傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧交通系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)交通狀況檢測(cè)信息進(jìn)行處理。結(jié)合得到的信息結(jié)果對(duì)故障檢測(cè)過程中的通信順暢情況進(jìn)行判斷，若存在通信受限問題，則需要從上一步驟的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)入手對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。若通信順暢，則可以通過有線或無線的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)故障檢測(cè)結(jié)果的上傳，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在交通控制中心，再由其完成對(duì)后續(xù)運(yùn)維的具體調(diào)度。為了確保智慧公路系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間得到延長(zhǎng)，還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)其智慧養(yǎng)護(hù)，通過路面養(yǎng)護(hù)、橋梁養(yǎng)護(hù)、隧道養(yǎng)護(hù)以及機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)等多種養(yǎng)護(hù)方法相結(jié)合的方式，降低系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障的概率，從而確保公路系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。

5.8 無人機(jī)技術(shù)

隨著高速公路智能化發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)在交通領(lǐng)域也得到了普遍運(yùn)用。高速公路管理單位可以和地方交通巡警單位合作，借助無人機(jī)進(jìn)行高速公路交通狀況拍攝。在無人機(jī)上安裝高清拍攝設(shè)備，飛行巡檢過程中，拍攝的公路畫面會(huì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁咚俟繁O(jiān)控中心，管理人員獲取航拍情況后，和相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以提升應(yīng)急反應(yīng)能力，提高高速公路運(yùn)行管理的效率。對(duì)于高速公路上的交通事故處理，可先利用無人機(jī)進(jìn)行事故判斷，可以避開事故路段，減少交通擁堵問題。同時(shí)無人機(jī)傳輸畫面更快，能夠幫助相關(guān)人員在短時(shí)間內(nèi)完成救援，切實(shí)維護(hù)行人安全，為出行人員生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。

6 結(jié)語

綜上所述，高速公路行業(yè)的發(fā)展加速了區(qū)域之間的聯(lián)系，極大程度上滿足了人們的出行需求。通信系統(tǒng)，是高速公路得以順暢運(yùn)行的重要系統(tǒng)，在技術(shù)支撐下，可以完成對(duì)過往車輛的收費(fèi)和管理、路面交通狀況的監(jiān)控以及高速公路所有工作的管理。當(dāng)前，我國(guó)高速公路里程不斷擴(kuò)大，對(duì)機(jī)電通信系統(tǒng)的要求也越來越高，而現(xiàn)行的機(jī)電通信系統(tǒng)也存在著一些實(shí)際性的問題，需要采取先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)完善。