高速公路機電工程通信系統(tǒng)技術研究

楊成林，孫福秀

（1.云南紀星交通工程監(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 高速公路機電工程通信系統(tǒng)概述

通信系統(tǒng)是高速公路機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營水平。高速公路通信系統(tǒng)與收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)功能互補，可專項完成高速公路管理運營期間的各項工作。通信系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)⒏咚俟愤\行及管理期間的各類信息進行處理并快速傳輸，確保收費系統(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障到y(tǒng)內(nèi)，供相關管理部門使用。

高速公路機電工程通信系統(tǒng)由監(jiān)控設備、信息處理器、服務器等電子設備構(gòu)成。由于當前高速公路建設規(guī)模不斷擴大，里程不斷增加，僅采用原有信息通信方式無法滿足公路全面監(jiān)管要求[1]?，F(xiàn)階段公路機電工程內(nèi)的通信系統(tǒng)使用了更加先進的通信技術及設備，可以有效保存及傳輸高速公路運營及收費等環(huán)節(jié)的各類數(shù)據(jù)信息。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決高速公路整體運行期間存在的各類問題。

2 高速公路機電工程通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 高速公路機電工程通信系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

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

按目前高速公路機電工程的建設規(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)務接入網(wǎng)構(gòu)成。一般在通信分中心設置干線分插復用器（ADM）設備。所轄路段與相鄰路段采用ADM 相連。干線傳輸網(wǎng)制式采用自動交換光網(wǎng)絡（PTN）同步數(shù)字體系（SDH），傳輸?shù)燃壟渲靡话銥镾TM-16。

所轄路段光綜合業(yè)務接入網(wǎng)采用雙平面?zhèn)魉途W(wǎng)（E-PTN）技術構(gòu)建。收費、監(jiān)控、語音、專線等傳輸質(zhì)量高，但數(shù)據(jù)量小的業(yè)務通過SDH 同步數(shù)字體系平面來傳輸。收費、隧道視頻、辦公自動化等業(yè)務量大，但對傳輸質(zhì)量要求不高的業(yè)務通過分組傳送網(wǎng)（PTN）平面來傳輸。在各通信站、通信點設置光網(wǎng)絡單元（ONU），分中心設置光線路終端（OLT）。ONU 及OLT采用E-PTN 設備，配置10 GB(萬兆光纖以太網(wǎng))和STM-4 作為傳輸接口，通信站ONU 與OLT 之間組成環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，選用閉合的二纖環(huán)狀網(wǎng)作為自愈環(huán)，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)業(yè)務保護功能。E-PTN 設備配置百兆以太網(wǎng)及千兆以太網(wǎng)業(yè)務處理板及接口板，構(gòu)成可靠高效的多業(yè)務傳輸平臺。

通信分中心設置IP 語音綜合交換機，負責收容路段管理分中心、養(yǎng)護工區(qū)、收費站、服務區(qū)及隧道管理所的語音業(yè)務。采用軟交換技術作為語音業(yè)務支持平臺。

各站區(qū)用戶配置相應的語音接入網(wǎng)關，用于語音信號的轉(zhuǎn)換和接入。其中，收費站區(qū)直接通過通信站接入IP 語音交換機，隧道值班室、服務區(qū)、停車區(qū)的語音業(yè)務通過光端機傳輸至附近通信站后接入IP 語音交換機。交換機與網(wǎng)關通過路段接入網(wǎng)提供的以太網(wǎng)傳輸通道進行聯(lián)網(wǎng)。

分中心設置數(shù)字電話機作為指令（調(diào)度）電話，其余各通信站設置專用于熱線功能的電話機。IP 語音綜合交換機利用熱線及會議電話功能實現(xiàn)分中心對各站點的指揮調(diào)度。

采用語音網(wǎng)關實現(xiàn)模擬語音電話接入。采用標準話音編解碼和壓縮技術，將語音信號進行編碼處理，封裝成IP 包，通過IP 網(wǎng)絡發(fā)往指定的被叫媒體網(wǎng)關。IP 包送達后，目的地綜合接入設備（IAD）經(jīng)過相反處理過程恢復原有的語音信號，實現(xiàn)語音傳輸技術（VOIP）和實時IP 傳真網(wǎng)關功能結(jié)構(gòu)設計（FOIP）的功能。

路段交換機與上級、鄰路交換機之間采用全自動中繼方式（即DOD1+DID），信令采用國家7 號信令。當?shù)厥性捑W(wǎng)采用半自動中繼方式（即DOD2+BID）。專網(wǎng)用戶入市話為LOOP+DTMF，市話用戶入專網(wǎng)為市話交換機通過用戶線送25 Hz 鈴流入專網(wǎng)。

高速公路主線敷設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監(jiān)控、隧道監(jiān)控數(shù)據(jù)、服務區(qū)語音的傳輸。

接入網(wǎng)是高速公路機電工程通信系統(tǒng)的基礎結(jié)構(gòu)之一，主要職責是信息傳遞與及時反饋。接入網(wǎng)主要由信息傳遞網(wǎng)絡設備組成，需要在高速公路機電工程通信系統(tǒng)的各個分支處安裝。同時，接入網(wǎng)需要貫穿于高速公路整體網(wǎng)絡，連接上下級設備。當前，應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)。

機電工程通信系統(tǒng)內(nèi)部交換系統(tǒng)主要由中繼連接設備、計費管理設備及用戶連接設備組成。在交換系統(tǒng)內(nèi)部需要構(gòu)建獨立的局域網(wǎng)形式，模擬中繼線與發(fā)送信令等模式開展設備連接工作。現(xiàn)階段交換系統(tǒng)常用V5 協(xié)議，只有通過該協(xié)議后，數(shù)據(jù)才可以高效傳輸。

高速公路機電工程緊急電話系統(tǒng)主要是為保障駕駛?cè)诵熊嚢踩O置。在高速公路行駛期間會受各類因素的影響，無法從根本上規(guī)避交通事故出現(xiàn)[2]。因此，為縮短事故救援時間，通信系統(tǒng)內(nèi)還設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。

高速公路機電工程通信系統(tǒng)的運行水平還與其數(shù)據(jù)傳輸裝置密切相關。數(shù)據(jù)傳輸裝置主要用于連接通信線路之間的交換機，常用傳輸媒介為架空明線、電纜、光纜等。合理應用通信裝置能夠進一步延長數(shù)據(jù)的傳輸距離，實現(xiàn)高速公路運營管理期間的長途通信功能。在現(xiàn)階段傳輸設備中，還配合使用了頻分復用、時分復用、波分復用技術。為保障數(shù)據(jù)傳輸裝置的安全運行，需要嚴格遵循數(shù)據(jù)傳輸期間的擴容原則，做好光傳輸、接入設備維護工作，確保通信系統(tǒng)能夠始終保持安全可靠的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高速公路主要公路段信號的全覆蓋。

2.2 高速公路機電工程通信系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

高速公路機電工程通信系統(tǒng)中的軟件主要用來控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件設施。在軟件設計過程中，需細致分析通信系統(tǒng)不同硬件設備的運行特征及功能要求，以便對軟件結(jié)構(gòu)及功能進行不斷優(yōu)化。

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

3 高速公路機電工程通信系統(tǒng)關鍵技術

3.1 自動交換光網(wǎng)絡技術

在高速公路機電工程通信系統(tǒng)中使用自動交換光網(wǎng)絡技術，能夠更加全面地展現(xiàn)高速公路工程的運行狀況，并對內(nèi)部設施存在的隱患進行及時排查，確保通信系統(tǒng)能夠高效、平穩(wěn)地運行。自動交換光網(wǎng)絡技術需高效運用網(wǎng)絡資源，通過人工智能手段增加通信系統(tǒng)的搜索功能，及時上報高速公路運營期間出現(xiàn)的各類問題。將光纜等傳輸裝置與自動交換光網(wǎng)絡連接在一起，可最大限度地提升系統(tǒng)的實際運行水平，拓寬信息傳輸范圍。

3.2 分組傳送網(wǎng)絡技術

分組傳送網(wǎng)絡技術可以進一步增強高速公路機電工程通信系統(tǒng)操作的靈活性，確保系統(tǒng)能夠被應用在各環(huán)境中，為工作人員提供各類操作平臺。與自動交換光網(wǎng)絡技術相比，分組傳送技術運行效率高、成本低，具有更加廣闊的應用前景。

高速公路機電工程通信系統(tǒng)中的信息發(fā)布軟件可在第一時間內(nèi)將信息發(fā)布到終端設施上，對設備運行情況進行遠程編輯。管理服務器需與此系統(tǒng)及軟件連接在一起，以便能夠更好地實現(xiàn)信息交互目標。

4 高速公路機電工程通信系統(tǒng)管理對策

4.1 做好機電工程通信系統(tǒng)的智能化建設工作

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需求，應重點關注通信系統(tǒng)的智能化改造工作。細致分析高速公路的車流量、運輸能力等數(shù)據(jù)，結(jié)合這些數(shù)據(jù)制訂專項可行的智能化建設方案。注重智能化通信網(wǎng)絡建設中的網(wǎng)絡安全管理問題，使高速公路區(qū)間可以采用互為獨立的局域網(wǎng)進行管理。同時，結(jié)合高速公路機電工程通信系統(tǒng)的運行形式，選擇適宜的通信系統(tǒng)基礎設施。充分分析通信設備市場價格變化規(guī)律，力爭選擇出性能良、經(jīng)濟效益顯著的設備。

4.2 做好機電工程通信系統(tǒng)運維工作

隨著高速公路機電工程通信系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的日漸完善，普通故障問題可以由系統(tǒng)自身的自主診斷修復能力解決。如系統(tǒng)設備出現(xiàn)較為嚴重的故障問題時，需要運維人員快速趕到現(xiàn)場對故障設施進行運維及修復。

相較于高速公路機電工程的其他系統(tǒng)，通信系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，對運維工作者的專業(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，還應加強系統(tǒng)日常養(yǎng)護管理能力，細化高速公路機電工程通信系統(tǒng)維修及養(yǎng)護職責，設置專門的系統(tǒng)養(yǎng)護團隊，確保通信系統(tǒng)及設備能夠始終處于高效穩(wěn)定運行狀態(tài)，充分發(fā)揮通信系統(tǒng)在高速公路工程運營管理中的積極作用。

4.3 重點關注通信系統(tǒng)傳輸裝置的維護工作

因傳輸裝置運行水平可直接影響通信系統(tǒng)的功能，需要重點加強此部分的運維工作。在運維前了解通信設備結(jié)構(gòu)、作業(yè)原理及信號流程，營造有利于設備安全運行的環(huán)境?，F(xiàn)階段，通信系統(tǒng)可借助預防性監(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題時，應當佩戴防靜電功能手套，避免在運維工作中出現(xiàn)安全事故。在通信裝置運行期間進行實時指標性監(jiān)測，準確判斷故障發(fā)生位置及種類，制訂專項故障運維處理方案。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟及科學技術發(fā)展速度不斷加快，應用在高速公路機電工程通信系統(tǒng)中的技術越來越成熟。為確保通信系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮應有的信息傳輸作用，需要正確分析系統(tǒng)內(nèi)部的硬件組成及軟件組成關系，采用合理的方式加強數(shù)據(jù)傳輸管控效果。不斷優(yōu)化機電工程通信系統(tǒng)構(gòu)架及內(nèi)部功能，為促進城市高速公路工程高效穩(wěn)定建設與管理奠定堅實技術基礎。