高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)技術(shù)研究

楊成林，孫福秀

（1.云南紀(jì)星交通工程監(jiān)理咨詢有限公司，昆明 650011；2.昆明榮成天宇控制系統(tǒng)工程有限公司，昆明 650011）

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(mén)使用。

高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備、信息處理器、服務(wù)器等電子設(shè)備構(gòu)成。由于當(dāng)前高速公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，里程不斷增加，僅采用原有信息通信方式無(wú)法滿足公路全面監(jiān)管要求[1]。現(xiàn)階段公路機(jī)電工程內(nèi)的通信系統(tǒng)使用了更加先進(jìn)的通信技術(shù)及設(shè)備，可以有效保存及傳輸高速公路運(yùn)營(yíng)及收費(fèi)等環(huán)節(jié)的各類數(shù)據(jù)信息。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決高速公路整體運(yùn)行期間存在的各類問(wèn)題。

2 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)由光傳輸、語(yǔ)音交換、通信電源、通信管道工程組成。為沿線所管轄路段的運(yùn)營(yíng)管理、服務(wù)、監(jiān)控、收費(fèi)等部門(mén)提供數(shù)據(jù)、圖像視頻、語(yǔ)音和傳真等多種通信業(yè)務(wù)。

按目前高速公路機(jī)電工程的建設(shè)規(guī)模、管理要求及功能要求，光傳輸系統(tǒng)由干線光傳輸系統(tǒng)和區(qū)間光綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)構(gòu)成。一般在通信分中心設(shè)置干線分插復(fù)用器（ADM）設(shè)備。所轄路段與相鄰路段采用ADM 相連。干線傳輸網(wǎng)制式采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（PTN）同步數(shù)字體系（SDH），傳輸?shù)燃?jí)配置一般為STM-16。

所轄路段光綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)采用雙平面?zhèn)魉途W(wǎng)（E-PTN）技術(shù)構(gòu)建。收費(fèi)、監(jiān)控、語(yǔ)音、專線等傳輸質(zhì)量高，但數(shù)據(jù)量小的業(yè)務(wù)通過(guò)SDH 同步數(shù)字體系平面來(lái)傳輸。收費(fèi)、隧道視頻、辦公自動(dòng)化等業(yè)務(wù)量大，但對(duì)傳輸質(zhì)量要求不高的業(yè)務(wù)通過(guò)分組傳送網(wǎng)（PTN）平面來(lái)傳輸。在各通信站、通信點(diǎn)設(shè)置光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），分中心設(shè)置光線路終端（OLT）。ONU 及OLT采用E-PTN 設(shè)備，配置10 GB(萬(wàn)兆光纖以太網(wǎng))和STM-4 作為傳輸接口，通信站ONU 與OLT 之間組成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選用閉合的二纖環(huán)狀網(wǎng)作為自愈環(huán)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)保護(hù)功能。E-PTN 設(shè)備配置百兆以太網(wǎng)及千兆以太網(wǎng)業(yè)務(wù)處理板及接口板，構(gòu)成可靠高效的多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)。

通信分中心設(shè)置IP 語(yǔ)音綜合交換機(jī)，負(fù)責(zé)收容路段管理分中心、養(yǎng)護(hù)工區(qū)、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)及隧道管理所的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。采用軟交換技術(shù)作為語(yǔ)音業(yè)務(wù)支持平臺(tái)。

各站區(qū)用戶配置相應(yīng)的語(yǔ)音接入網(wǎng)關(guān)，用于語(yǔ)音信號(hào)的轉(zhuǎn)換和接入。其中，收費(fèi)站區(qū)直接通過(guò)通信站接入IP 語(yǔ)音交換機(jī)，隧道值班室、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)光端機(jī)傳輸至附近通信站后接入IP 語(yǔ)音交換機(jī)。交換機(jī)與網(wǎng)關(guān)通過(guò)路段接入網(wǎng)提供的以太網(wǎng)傳輸通道進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

分中心設(shè)置數(shù)字電話機(jī)作為指令（調(diào)度）電話，其余各通信站設(shè)置專用于熱線功能的電話機(jī)。IP 語(yǔ)音綜合交換機(jī)利用熱線及會(huì)議電話功能實(shí)現(xiàn)分中心對(duì)各站點(diǎn)的指揮調(diào)度。

采用語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)模擬語(yǔ)音電話接入。采用標(biāo)準(zhǔn)話音編解碼和壓縮技術(shù)，將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼處理，封裝成IP 包，通過(guò)IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)往指定的被叫媒體網(wǎng)關(guān)。IP 包送達(dá)后，目的地綜合接入設(shè)備（IAD）經(jīng)過(guò)相反處理過(guò)程恢復(fù)原有的語(yǔ)音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音傳輸技術(shù)（VOIP）和實(shí)時(shí)IP 傳真網(wǎng)關(guān)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（FOIP）的功能。

路段交換機(jī)與上級(jí)、鄰路交換機(jī)之間采用全自動(dòng)中繼方式（即DOD1+DID），信令采用國(guó)家7 號(hào)信令。當(dāng)?shù)厥性捑W(wǎng)采用半自動(dòng)中繼方式（即DOD2+BID）。專網(wǎng)用戶入市話為L(zhǎng)OOP+DTMF，市話用戶入專網(wǎng)為市話交換機(jī)通過(guò)用戶線送25 Hz 鈴流入專網(wǎng)。

高速公路主線敷設(shè)1 根單模光纜作為主干通信光纜、1 根單模光纜作為路段接入光纜（芯數(shù)根據(jù)實(shí)際需求配置），光纜采用G.652D 型光纖光纜，具有1 310 nm 和1 550 nm 窗口，GYTY53 輕鎧裝式。主干光纜用于通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。路段接入光纜用于外場(chǎng)監(jiān)控、隧道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、服務(wù)區(qū)語(yǔ)音的傳輸。

接入網(wǎng)是高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之一，主要職責(zé)是信息傳遞與及時(shí)反饋。接入網(wǎng)主要由信息傳遞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，需要在高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的各個(gè)分支處安裝。同時(shí)，接入網(wǎng)需要貫穿于高速公路整體網(wǎng)絡(luò)，連接上下級(jí)設(shè)備。當(dāng)前，應(yīng)用在高速公路工程通信系統(tǒng)中的接入網(wǎng)種類較多，但最為常用的是OLT 接入網(wǎng)。

機(jī)電工程通信系統(tǒng)內(nèi)部交換系統(tǒng)主要由中繼連接設(shè)備、計(jì)費(fèi)管理設(shè)備及用戶連接設(shè)備組成。在交換系統(tǒng)內(nèi)部需要構(gòu)建獨(dú)立的局域網(wǎng)形式，模擬中繼線與發(fā)送信令等模式開(kāi)展設(shè)備連接工作?，F(xiàn)階段交換系統(tǒng)常用V5 協(xié)議，只有通過(guò)該協(xié)議后，數(shù)據(jù)才可以高效傳輸。

高速公路機(jī)電工程緊急電話系統(tǒng)主要是為保障駕駛?cè)诵熊嚢踩O(shè)置。在高速公路行駛期間會(huì)受各類因素的影響，無(wú)法從根本上規(guī)避交通事故出現(xiàn)[2]。因此，為縮短事故救援時(shí)間，通信系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置了緊急電話通信裝置，使駕駛?cè)藛T的人身安全得到根本保障。

高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的運(yùn)行水平還與其數(shù)據(jù)傳輸裝置密切相關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸裝置主要用于連接通信線路之間的交換機(jī)，常用傳輸媒介為架空明線、電纜、光纜等。合理應(yīng)用通信裝置能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)數(shù)據(jù)的傳輸距離，實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)營(yíng)管理期間的長(zhǎng)途通信功能。在現(xiàn)階段傳輸設(shè)備中，還配合使用了頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用技術(shù)。為保障數(shù)據(jù)傳輸裝置的安全運(yùn)行，需要嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)傳輸期間的擴(kuò)容原則，做好光傳輸、接入設(shè)備維護(hù)工作，確保通信系統(tǒng)能夠始終保持安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高速公路主要公路段信號(hào)的全覆蓋。

2.2 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中的軟件主要用來(lái)控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件設(shè)施。在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，需細(xì)致分析通信系統(tǒng)不同硬件設(shè)備的運(yùn)行特征及功能要求，以便對(duì)軟件結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行不斷優(yōu)化。

現(xiàn)階段，高速公路機(jī)電工程通信軟件系統(tǒng)主要包括事故報(bào)警系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)安全系統(tǒng)、軟件安全及維護(hù)系統(tǒng)、資源配置系統(tǒng)等。這些軟件功能獨(dú)立但又緊密聯(lián)系在一起，借助軟件之間的協(xié)同運(yùn)作，能夠輔助高速公路通信系統(tǒng)高效完成通信工作。

3 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中使用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠更加全面地展現(xiàn)高速公路工程的運(yùn)行狀況，并對(duì)內(nèi)部設(shè)施存在的隱患進(jìn)行及時(shí)排查，確保通信系統(tǒng)能夠高效、平穩(wěn)地運(yùn)行。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需高效運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)人工智能手段增加通信系統(tǒng)的搜索功能，及時(shí)上報(bào)高速公路運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)的各類問(wèn)題。將光纜等傳輸裝置與自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)連接在一起，可最大限度地提升系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行水平，拓寬信息傳輸范圍。

3.2 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)。與自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，分組傳送技術(shù)運(yùn)行效率高、成本低，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中的信息發(fā)布軟件可在第一時(shí)間內(nèi)將信息發(fā)布到終端設(shè)施上，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程編輯。管理服務(wù)器需與此系統(tǒng)及軟件連接在一起，以便能夠更好地實(shí)現(xiàn)信息交互目標(biāo)。

4 高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)管理對(duì)策

4.1 做好機(jī)電工程通信系統(tǒng)的智能化建設(shè)工作

為確保通信系統(tǒng)能夠更好地滿足現(xiàn)代化高速公路的建設(shè)需求，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注通信系統(tǒng)的智能化改造工作。細(xì)致分析高速公路的車流量、運(yùn)輸能力等數(shù)據(jù)，結(jié)合這些數(shù)據(jù)制訂專項(xiàng)可行的智能化建設(shè)方案。注重智能化通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的網(wǎng)絡(luò)安全管理問(wèn)題，使高速公路區(qū)間可以采用互為獨(dú)立的局域網(wǎng)進(jìn)行管理。同時(shí)，結(jié)合高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的運(yùn)行形式，選擇適宜的通信系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施。充分分析通信設(shè)備市場(chǎng)價(jià)格變化規(guī)律，力爭(zhēng)選擇出性能良、經(jīng)濟(jì)效益顯著的設(shè)備。

4.2 做好機(jī)電工程通信系統(tǒng)運(yùn)維工作

隨著高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的日漸完善，普通故障問(wèn)題可以由系統(tǒng)自身的自主診斷修復(fù)能力解決。如系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)較為嚴(yán)重的故障問(wèn)題時(shí)，需要運(yùn)維人員快速趕到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障設(shè)施進(jìn)行運(yùn)維及修復(fù)。

相較于高速公路機(jī)電工程的其他系統(tǒng)，通信系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)運(yùn)維工作者的專業(yè)水平提出了更高的要求。為降低通信系統(tǒng)故障發(fā)生概率，還應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)日常養(yǎng)護(hù)管理能力，細(xì)化高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)維修及養(yǎng)護(hù)職責(zé)，設(shè)置專門(mén)的系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊(duì)，確保通信系統(tǒng)及設(shè)備能夠始終處于高效穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，充分發(fā)揮通信系統(tǒng)在高速公路工程運(yùn)營(yíng)管理中的積極作用。

4.3 重點(diǎn)關(guān)注通信系統(tǒng)傳輸裝置的維護(hù)工作

因傳輸裝置運(yùn)行水平可直接影響通信系統(tǒng)的功能，需要重點(diǎn)加強(qiáng)此部分的運(yùn)維工作。在運(yùn)維前了解通信設(shè)備結(jié)構(gòu)、作業(yè)原理及信號(hào)流程，營(yíng)造有利于設(shè)備安全運(yùn)行的環(huán)境。現(xiàn)階段，通信系統(tǒng)可借助預(yù)防性監(jiān)視手段控制故障發(fā)生概率。在檢查及處理傳輸裝置故障問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)佩戴防靜電功能手套，避免在運(yùn)維工作中出現(xiàn)安全事故。在通信裝置運(yùn)行期間進(jìn)行實(shí)時(shí)指標(biāo)性監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生位置及種類，制訂專項(xiàng)故障運(yùn)維處理方案。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，應(yīng)用在高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)中的技術(shù)越來(lái)越成熟。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)。