高速公路机电系统网络构成与信息传输

zjol

  

    高速公路机电系统由监控、收费、通信三大系统构成，其中通信系统属于基础类设施，为收费、监控系统提供信息（话音、数据、图象）传输通道，而监控、收费系统也是由功能各异的计算机通讯网络构成。本文仅以京沪高速公路（河北段）为例，详细论述目前较为流行的高速公路机电系统构成和信息传输的特点。 通信系统网络及数据图象传输系统


    京沪高速公路全路铺设20芯光缆，采用同步光纤数字传输系统（SDH STM-1）、光纤接入网系统会同程控数字交换系统形成一套综合业务通信系统。


    全路共13个通信站（8个收费站，4个服务区，1个通信中心），除在中心配备ADM+OLT（光线路终端）外，其余12个无人站均采用光纤综合业务接入网设备ONU,而没有采用前些年流行的ADM+PCM结构，因为PCM只能将低速数据（64kbps,V.24,V.35等）复用成2Mbps通过ADM上传至中心,而ONU不但可以直接接入这些低速数据，而且提供了2Mbps高速数据接口，此外还具备ISDN、CATV等综合业务接口。根据河北省全省收费联网需要，ONU设备至少还需增加一个E1(G.703)接口(2Mbps)。


    这12台ONU自身具备传输模块，速率与SDH干线一致，为STM-1(155.5Mbps),它们通过4根光纤构成环形自愈网，以提高网络通信的可靠性。

通信系统为收费、监控提供的传输功能简述如下：
监控数据传输
监控数据分二级管理：监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接入网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4w VF接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供MODEM进行数模转换。
监控图象传输
监控系统在全线设置了一定数量的摄象机，各摄象机的图象和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄象机的图象和控制信号传输提供光电缆，视频图象信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。
收费数据传输


    收费数据分三级管理：收费中心计算机、收费站计算机及收费车道控制器。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps(G.703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在全省收费联网的情况下，路由器至少要具备2个E1(G.703)接口，一路传往收费中心，一路传往省拆帐中心。
收费图象传输


    收费系统在个收费站广场出口均设置了摄象机，各摄象机的图象信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄象机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图象及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，每个摄象机图象对应一芯光纤，而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。

收费系统网络构成与数据传输
收费系统计算机网络由两级构成，即收费中心计算机局域网和收费站计算机局域网，收费站局域网主要由两部分组成：一部分是收费站控制室计算机，包括服务器及功能各异的工作站，如监视计算机，数据处理计算机，图形计算机等。局域网采用星形以太网100-BASE-T,传输线缆为UTP-5。由于车道计算机和收费控制室计算机距离较远，为保证传输质量，这二部分之间采用以太网交换机通过多模光缆连接，采用多模光纤主要是考虑到距离一般在3KM以内，防止信号过强引起反射，同时也可以降低成本。


    收费中心局域网分布在监控大楼内，组成与收费站控制室计算机机构相似，另外多出一台磁卡管理工作站，而网络结构形式和传输媒体则完全相同。


    两级计算机系统之间的远程数据传输是通过高速路由器接入通信系统ONU上的2Mbps接口来实现的，收费数据流向主要为由低到高。

监控系统网络结构与数据传输


    监控系统主要由两部分组成：监控中心计算机系统和外场设备。


    监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式与收费中心类似，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。


    外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气象检测器等。由于这些检测点（数据采集点）距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台MODEM，将数据传到就近通信站的ONU，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

收费和监控图象信号的传输


    前面已经讲到监控和收费系统的图象传输，监控系统是将图象信号和摄象机控制信号复用后占用一根光纤传输，而收费系统图象分别来自收费亭内摄象机、车道摄象机、广场摄象机，这些图象信号除提供收费站显示外，当中心需要时，还要上传到监控/收费中心，中心可根据管理需要选择任一个摄象机信号进行处理。这里每路图象信号占用一根光纤，而控制信号是通过MODEM到ONU的2/4w VF接口传输的。


    随着车流量的增加，高速公路监控管理的作用越来越突出，而摄象机作为最直观的监视设备被管理人员越来越重视，目前，国内许多高速公路的交通量密集路段实现了全路监控。随着摄象机数量增多，原来敷设的光纤芯数变得紧张甚至不够使用，这为视频信号的远程传输带来了新的课题，目前，解决方法主要有以下两种：
方法一：采用复用光端机


    即多路视音频数字光端机。每根光纤可传输多达10路以上视频信号及20路以上音频信号。一般分为发送端机，接收端机和中继端机。发送端机完成对模拟视音频信号的编码，多路复接和光发送；接收端机完成光接收，数字分接和解码，恢复出模拟视音频信号。中继端机采用高速数字信号再生中继，可配置成为具有上/下行信号功能。


    这种方式采用非压缩数字编码，因此可以达到广播级传输质量，采用1310nm波长光发送端机传输距离可达70km以上，采用1550 nm波长光发送盘传输距离可达110 km以上，增加光功率放大器后最长中继距离可达360 km。


    这种方法不占用通信系统信道资源，因此独立于通信系统，维护简单，在高速公路这种传输距离较远的场合，经济效益比较明显。
方法二：采用数字技术


    首先将图象压缩编码，利用数据通道传输，在终端利用解码设备解码解压后恢复，它的优点是便于数字化存储、处理，灵活性大，随着SDH干线传输频率越来越高，这种方法的优越性越来越突出，扩展空间是广阔的,由于适应了数字化多媒体时代的发展要求，数字视频技术得到了广泛应用。目前采用的数据编码格式有MPEG（动态图象专家组）、JPEG等，MPEG又分为MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3,MPEG-4，……MPEG-16等它们之间的区别不仅在于传输速率，而且有着质的不同。目前，适应STM-1/STM-4传输模式，较为成熟实用的方法是：将视频图象压缩成MPEG-1（速率可选为2Mbps）格式，利用ONU上的2Mbps接口进行远距离传输。目前大部分成熟的数字监控系统，图像压缩基本上都是基于MPEG-1，H·261和H·263标准（包括数字化远程会议电视），采用E1信道（2Mbps）传输一路实时视频和双向音频信号，控制信号通过V.24接口传输。


    这种图像压缩编码技术明两大缺点，一是信号带宽较窄，图像边缘轮廓模糊；二是在压缩比较高时，会引起图像分块边缘不连续，从而导?quot;马赛克"现象。因此人们又开发出新一代图像编码技术-小波变换图像编码，它是一种不受带宽限制的图像编码方法，可以在极高的压缩比下清楚地观察图像局部细节，图像质量比MPEG-1有很大提高。当然，要进一步提高图象质量，还可以采用MPEG-2数据格式，传输速率在8Mbps时，图象质量已经接近模拟视频信号的标准,只是带宽牺牲较大。


    随着通讯技术、计算机技术、网络技术的飞速发展，各种电子设备包括传输产品、交换产品及用户终端产品的更新换代也日新月异，高速公路机电工程日益呈现出数字化、智能化、集成化的特点，大家只有不断地学习、交流，汲取他山之长，才能将机电工程建设成为先进、经济、实用的系统。

摘自：中国公路网