高速公路車道基于TCP/ IP協(xié)議組網(wǎng)模式的探討

□蘇 煒，吳曉光

（1. 山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006；2. 山西廣播電視大學(xué)，山西 太原 030027 ）

高速公路車道基于TCP/ IP協(xié)議組網(wǎng)模式的探討

□蘇 煒1，吳曉光2

（1. 山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006；2. 山西廣播電視大學(xué)，山西 太原 030027 ）

在通過對(duì)傳統(tǒng)收費(fèi)車道機(jī)電設(shè)備模擬傳輸、串口傳輸?shù)榷喾N協(xié)議控制的組網(wǎng)模式改為標(biāo)準(zhǔn)化程度更高的TCP/IP協(xié)議模式，對(duì)新的組網(wǎng)模式下收費(fèi)車道設(shè)備接口、收費(fèi)軟件架構(gòu)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)車道設(shè)備統(tǒng)一協(xié)議下的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化管理控制。通過此項(xiàng)目的研究及應(yīng)用將可以從空間布局、設(shè)備安裝、軟件研發(fā)及施工維護(hù)方面都有極大地改進(jìn)，體現(xiàn)了基于TCP/IP協(xié)議車道收費(fèi)設(shè)備組網(wǎng)模式的優(yōu)勢(shì)，在系統(tǒng)集成化高速發(fā)展的今天，為將來高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展提供新的技術(shù)思路。

車道收費(fèi)設(shè)備；TCP/IP；組網(wǎng)模式

隨著我省高速公路里程的逐步增多，收費(fèi)車道及設(shè)備也同時(shí)增加，投資相應(yīng)增加。如何確保收費(fèi)車道快速、高效放行？如何確保高速公路機(jī)電設(shè)施的健康、穩(wěn)定運(yùn)行？如何確保高速公路機(jī)電設(shè)施投資減少？確保收費(fèi)車道設(shè)備簡(jiǎn)約化，將為高速公路的管理及服務(wù)水平提出了更高的要求。

目前，高速公路收費(fèi)車道設(shè)備傳輸方式不一致，如圖像采用模擬傳輸，秤臺(tái)、天線、費(fèi)顯等采用RS232傳輸，信號(hào)燈、雨棚燈等采用開關(guān)量控制，工控機(jī)上需要有多種相關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備，這樣一方面造成了工控機(jī)體積較大，不僅占用收費(fèi)亭有限的空間，而且因轉(zhuǎn)換設(shè)備較多，維護(hù)難度加大。因此建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一、穩(wěn)定、可靠的高速公路收費(fèi)車道數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，成為高速公路機(jī)電運(yùn)營管理及維護(hù)的當(dāng)務(wù)之急。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及編解碼技術(shù)的逐步發(fā)展，促使TCP/IP技術(shù)以以往通信和信息技術(shù)從未有過的高速發(fā)展，而基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)迅速發(fā)展，給收費(fèi)車道設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理和維護(hù)系統(tǒng)提供了一個(gè)重要發(fā)展方向。

一、研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代末，美國提出了“數(shù)字地球”的概念，此后隨著信息化過程形成了“數(shù)字政府”、“數(shù)字城市”等概念，展示了21世紀(jì)將是一個(gè)信息技術(shù)高度發(fā)展的數(shù)字時(shí)代。廣義的數(shù)字公路可以理解為對(duì)公路及其與之相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)一數(shù)字化重現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。通俗來講，就是將整個(gè)公路以及公路上相關(guān)的各種信息用數(shù)字化的方法輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸和處理，并使之最大限度地為公路的發(fā)展服務(wù)。其核心思想是利用數(shù)字化的手段來處理整個(gè)公路諸多方面的問題，最大限度地利用資源，最為便捷地獲取信息。

最近幾十年中，收費(fèi)制式推動(dòng)高速公路建設(shè)已國際化，其特點(diǎn)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代化程度明顯提高。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家，高速公路已基本聯(lián)網(wǎng)而且向不停車收費(fèi)方向發(fā)展，如北美按北美自由貿(mào)易協(xié)定形成北美高速公路網(wǎng)絡(luò)，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)20多個(gè)國家簽訂國際干線公路網(wǎng)協(xié)定。還有因國外一般將高速公路通行費(fèi)含在燃油費(fèi)中，以開放式收費(fèi)為主，所以不設(shè)收費(fèi)站進(jìn)行收費(fèi)，國外沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

我國從一開始就采取收費(fèi)政策，該政策對(duì)中國高速公路的高速發(fā)展起了重要作用。中國的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)有開放式、封閉式及“一卡通”收費(fèi)制式，在高速公路發(fā)展初期，主要采取開放式，發(fā)展到現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑忾]式為主。所有高速公路均設(shè)收費(fèi)站，一般為入口收費(fèi)站發(fā)卡，出口收費(fèi)站交費(fèi)，收費(fèi)車道設(shè)計(jì)一般有ETC車道及MTC車道兩種，兩種車道設(shè)備組網(wǎng)模式大多相同，都是在收費(fèi)崗?fù)?nèi)安裝有車道工控機(jī)及車道控制器放置在收費(fèi)員操作臺(tái)下端的車道控制柜內(nèi)，車道工控機(jī)機(jī)箱內(nèi)配有多串口卡用于連接字符疊加器、IC卡讀寫器、計(jì)重設(shè)備、費(fèi)額顯示器；圖像采集卡用于連接車道攝像機(jī)、抓拍攝像機(jī)等；還有I/O卡主要是連接車道通行燈、攔桿機(jī)、雨棚信號(hào)燈等開關(guān)量設(shè)備。對(duì)收費(fèi)島內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行管理控制。

二、目前現(xiàn)有車道設(shè)備組網(wǎng)方式

目前現(xiàn)有收費(fèi)車道設(shè)備包括收費(fèi)員終端（顯示器、收費(fèi)專用鍵盤），工控機(jī)、車道控制器、車道攝像機(jī)、欄桿機(jī)、字符疊加器、票據(jù)打印機(jī)、通行燈、雨棚信號(hào)燈、費(fèi)額顯示器、計(jì)重設(shè)備等，它們或者安裝在一起，或者分開設(shè)置。

現(xiàn)在設(shè)計(jì)一般是車道工控機(jī)放置在收費(fèi)員操作臺(tái)下端的車道控制柜內(nèi)，車道工控機(jī)機(jī)箱內(nèi)配有多串口卡用于連接字符疊加器、IC卡讀寫器、計(jì)重設(shè)備、費(fèi)額顯示器；配有圖像采集卡用于連接車道攝像機(jī)、抓拍攝像機(jī)等；還配有I/O卡主要是連接車道通行燈、欄桿機(jī)、雨棚信號(hào)燈等開關(guān)量設(shè)備。如圖1所示：

圖1 目前現(xiàn)有車道設(shè)備組網(wǎng)連接圖

三、IP數(shù)字化后的組網(wǎng)模式

主要通過對(duì)車道設(shè)備組網(wǎng)模式的改變，車道硬件設(shè)備接口IP數(shù)字化，將目前由串口傳輸、I/O傳輸、模擬圖像傳輸?shù)姆绞奖M可能轉(zhuǎn)換為由IP數(shù)字化傳輸?shù)慕M網(wǎng)模式，如圖2所示：

圖2 基于TCP/IP的車道設(shè)備組網(wǎng)圖

因此，由圖2車道設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，數(shù)字化后的硬件設(shè)備主要有：

1.根據(jù)新的組網(wǎng)模式，簡(jiǎn)化掉多種板卡；

2.定制出適合新組網(wǎng)模式具有集成交換功能的控制器；

3.對(duì)車道設(shè)備的接口盡可能規(guī)范成統(tǒng)一的IP接口。

通過以上組網(wǎng)模式的改變，不僅優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更重要的是減少了中間的許多轉(zhuǎn)換設(shè)備及帶來的故障點(diǎn)，而且收費(fèi)車道所使用的工控機(jī)由原來較大的工業(yè)控制機(jī)變?yōu)樾⌒突?、?jiǎn)約化的微型工控機(jī)，減掉了車道控制柜的安裝，節(jié)約了很大的空間，減少了維護(hù)工作量。

四、基于 TCP/IP的傳輸組網(wǎng)模式的優(yōu)勢(shì)

通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)收費(fèi)車道數(shù)字化管理，將減少車道設(shè)備的投資成本，降低維護(hù)人員的工作量，同時(shí)節(jié)約維護(hù)成本。采用TCP/IP協(xié)議組網(wǎng)模式，為提高信息化管理水平、提升公共服務(wù)能力、收費(fèi)車道的通行能力提供了有力的技術(shù)支持，并產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

相比收費(fèi)車道傳統(tǒng)的傳輸模式，基于 TCP/IP的傳輸組網(wǎng)模式具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1.設(shè)備簡(jiǎn)化。通過實(shí)現(xiàn)收費(fèi)車道設(shè)備數(shù)字化組網(wǎng)方式，簡(jiǎn)化了多種轉(zhuǎn)接設(shè)備，提高傳輸設(shè)備效率；優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加了數(shù)據(jù)傳輸距離。

2.降低維護(hù)成本。因組網(wǎng)靈活及設(shè)備簡(jiǎn)化，有些故障可以進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，相應(yīng)的維護(hù)工作量及成本也會(huì)減少。

3.監(jiān)控方式靈活，即插即用。使用單位可以根據(jù)管理及業(yè)務(wù)的需要，隨時(shí)可以安裝自己所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行傳輸，減少了設(shè)備廠商的制約性。

4.施工難度降低。由于采用基于TCP/IP數(shù)字化的組網(wǎng)方式，不像傳統(tǒng)的收費(fèi)系統(tǒng)一樣，需要布設(shè)大量的視頻線、控制線等，車道預(yù)留管線相應(yīng)減少，傳輸線路布線簡(jiǎn)單，因此降低了施工難度及成本，投資費(fèi)用減少，同時(shí)也消除了由于集成商參差不齊，施工不規(guī)范等原因，給后期信號(hào)傳輸質(zhì)量帶來的隱患。

5.設(shè)備兼容性強(qiáng)，功能易于擴(kuò)展。采用TCP/IP協(xié)議組網(wǎng)模式，規(guī)范并統(tǒng)一不同廠家同種設(shè)備的接口協(xié)議，極大地簡(jiǎn)化了軟件結(jié)構(gòu)。因微型工控機(jī)及帶交換功能的控制器設(shè)備集成更多的串口及網(wǎng)口，所以車道外圍設(shè)備極易擴(kuò)展。

五、結(jié)論

將TCP/IP傳輸協(xié)議引進(jìn)到高速公路收費(fèi)站的機(jī)電設(shè)備組網(wǎng)系統(tǒng)中，為將來高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展提供了新的技術(shù)思路。保證高速公路機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行，提高高速公路運(yùn)營效益，降低運(yùn)行和維護(hù)成本，在系統(tǒng)集成化高速發(fā)展的今天，對(duì)提高高速公路機(jī)電系統(tǒng)的管理性能具有很大的意義和前景。

[1]張乃斌.高速公路機(jī)電工程建設(shè)管控[J].中國交通信息化，2014（2）：51～55.

[2]李鑫.新形勢(shì)下高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)理念研究[J].黑龍江交通科技，2015（11）：179-181.

[3]楊紅進(jìn).高速公路機(jī)電工程施工質(zhì)量的控制策略[J].交通世界（工程技術(shù)），2015（6）

[4]張超.高速公路機(jī)電設(shè)備維修工作存在的問題及對(duì)策[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2014（4）：203.

[5]古玲聰. 組網(wǎng)技術(shù)在太原東山煤礦中的運(yùn)用[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（4）.

[6]王曉霞. IP通信技術(shù)在忻阜高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（5）.

本文責(zé)編：趙鳳媛

Exploration of Network Mode Base on TCP/IP Protocol for the Vehicle Line of Highway

Su Wei1, Wu Xiaoguang2

（1. Shanxi Transportation Information Communication Company, Taiyuan, Shanxi, 030006; 2. Shanxi TV University，Taiyuan，Shanxi，030027）

By analyzing the transformation from traditional network mode for the electromechanical equipment of toll lanes which is controlled by analog transmission protocol, serial transmission protocol and other multiple protocols to a new network mode which is controlled by TCP/IP protocol with higher standardization, this paper is going to explore the device interface and tolling software framework for toll lanes under the new network mode, aiming to achieve the digital and standardized management control of the equipment of toll lanes under the unified protocol. Applying this project can greatly improve the spatial arrangement, equipment installation, software development, and construction maintenance, which explicitly represents the superiority of the network mode based on TCP/IP protocol and will definitely provide innovative technical ideas for the development of highway electromechanical system.

vehicle line toll control facility; TCP/IP; networking pattern

2017—03—10

蘇 煒（1968—），男，河北保定人，山西省交通信息通信公司，高級(jí)工程師； 吳曉光（1972—），男，山西岢嵐人，山西廣播電視大學(xué)，副教授，碩士。

U12

B

1008—8350（2017）02—0051—03