高速公路機電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成與信息傳輸

高速公路機電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成與信息傳輸高速公路機電系統(tǒng)由監(jiān)控、收費、通信三大系統(tǒng)構(gòu)成，其中通信系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)類設(shè)施，為收費、監(jiān)控系統(tǒng)提供信息（話音、數(shù)據(jù)、圖象）傳輸通道，而監(jiān)控、收費系統(tǒng)也是由功能各異的計算機通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。本文僅以京滬高速公路（河北段）為例，詳細論述目前較為流行的高速公路機電系統(tǒng)構(gòu)成和信息傳輸?shù)奶攸c。通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)圖象傳輸系統(tǒng)

京滬高速公路全路鋪設(shè)20芯光纜，采用同步光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)（sdhstm-1）、光纖接入網(wǎng)系統(tǒng)會同程控數(shù)字交換系統(tǒng)形成一套綜合業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)。

全路共13個通信站（8個收費站，4個服務(wù)區(qū)，1個通信中心），除在中心配備adm+olt（光線路終端）外，其余12個無人站均采用光纖綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)設(shè)備onu,而沒有采用前些年流行的adm+pcm結(jié)構(gòu)，因為pcm只能將低速數(shù)據(jù)（64kbps,v.24,v.35等）復(fù)用成2mbps通過adm上傳至中心,而onu不但可以直接接入這些低速數(shù)據(jù)，而且提供了2mbps高速數(shù)據(jù)接口，此外還具備isdn、catv等綜合業(yè)務(wù)接口。根據(jù)河北省全省收費聯(lián)網(wǎng)需要，onu設(shè)備至少還需增加一個e1(g.703)接口(2mbps)。

這12臺onu自身具備傳輸模塊，速率與sdh干線一致，為stm-1(155.5mbps),它們通過4根光纖構(gòu)成環(huán)形自愈網(wǎng)，以提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

通信系統(tǒng)為收費、監(jiān)控提供的傳輸功能簡述如下：

監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)控數(shù)據(jù)分二級管理：監(jiān)控中心、監(jiān)控外場設(shè)備。通信系統(tǒng)在各站綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的onu設(shè)備業(yè)務(wù)通道中提供足夠的2/4wvf接口，監(jiān)控數(shù)據(jù)采用模擬傳輸方式，通過這些音頻接口完成，由監(jiān)控系統(tǒng)提供modem進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

監(jiān)控圖象傳輸

監(jiān)控系統(tǒng)在全線設(shè)置了一定數(shù)量的攝象機，各攝象機的圖象和控制信號均要傳至監(jiān)控中心。通信系統(tǒng)負責為攝象機的圖象和控制信號傳輸提供光電纜，視頻圖象信號和控制信號經(jīng)過數(shù)字/視頻復(fù)用光端機復(fù)用后，占用一根光纖。

收費數(shù)據(jù)傳輸

收費數(shù)據(jù)分三級管理：收費中心計算機、收費站計算機及收費車道控制器。收費站與收費中心之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過數(shù)據(jù)通道直接傳輸?shù)?，各通信站的onu設(shè)備提供必要的2mbps(g.703)數(shù)據(jù)通道接口。通信與收費系統(tǒng)是通過收費站和收費中心的路由器連接起來的，在全省收費聯(lián)網(wǎng)的情況下，路由器至少要具備2個e1(g.703)接口，一路傳往收費中心，一路傳往省拆帳中心。

收費圖象傳輸

收費系統(tǒng)在個收費站廣場出口均設(shè)置了攝象機，各攝象機的圖象信號既要傳到相應(yīng)的收費站又要傳到收費/監(jiān)控中心。從攝象機到收費站的視頻及控制信號傳輸是由收費系統(tǒng)完成的，而圖象及控制信號的遠程傳輸與監(jiān)控有所不同，未采用復(fù)用方式，每個攝象機圖象對應(yīng)一芯光纖，而控制信號是經(jīng)modem通過通信系統(tǒng)的話路通道傳輸?shù)摹?/p>

收費系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成與數(shù)據(jù)傳輸

收費系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)由兩級構(gòu)成，即收費中心計算機局域網(wǎng)和收費站計算機局域網(wǎng)，收費站局域網(wǎng)主要由兩部分組成：一部分是收費站控制室計算機，包括服務(wù)器及功能各異的工作站，如監(jiān)視計算機，數(shù)據(jù)處理計算機，圖形計算機等。局域網(wǎng)采用星形以太網(wǎng)100-base-t,傳輸線纜為utp-5。由于車道計算機和收費控制室計算機距離較遠，為保證傳輸質(zhì)量，這二部分之間采用以太網(wǎng)交換機通過多模光纜連接，采用多模光纖主要是考慮到距離一般在3km以內(nèi)，防止信號過強引起反射，同時也可以降低成本。

收費中心局域網(wǎng)分布在監(jiān)控大樓內(nèi)，組成與收費站控制室計算機機構(gòu)相似，另外多出一臺磁卡管理工作站，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式和傳輸媒體則完全相同。

兩級計算機系統(tǒng)之間的遠程數(shù)據(jù)傳輸是通過高速路由器接入通信系統(tǒng)onu上的2mbps接口來實現(xiàn)的，收費數(shù)據(jù)流向主要為由低到高。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩部分組成：監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)和外場設(shè)備。

監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)即情報處理系統(tǒng)，它包括通信控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換式集線器、終端計算機等。這些計算機組成局域網(wǎng)，組網(wǎng)方式與收費中心類似，只是多了一臺通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外場設(shè)備與中心的數(shù)據(jù)通信管理。

外場設(shè)備包括車輛檢測器，可變情報板，可變限速標志，氣象檢測器等。由于這些檢測點（數(shù)據(jù)采集點）距離通信站較遠，相對分散，且數(shù)據(jù)量較小，無法采用標準的高速數(shù)據(jù)接口進行傳輸，因此在每個遠端數(shù)據(jù)點配一臺modem，將數(shù)據(jù)傳到就近通信站的onu，最后通過通信系統(tǒng)傳至監(jiān)控中心通信控制器。

收費和監(jiān)控圖象信號的傳輸

前面已經(jīng)講到監(jiān)控和收費系統(tǒng)的圖象傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)是將圖象信號和攝象機控制信號復(fù)用后占用一根光纖傳輸，而收費系統(tǒng)圖象分別來自收費亭內(nèi)攝象機、車道攝象機、廣場攝象機，這些圖象信號除提供收費站顯示外，當中心需要時，還要上傳到監(jiān)控/收費中心，中心可根據(jù)管理需要選擇任一個攝象機信號進行處理。這里每路圖象信號占用一根光纖，而控制信號是通過modem到onu的2/4wvf接口傳輸?shù)摹?/p>

隨著車流量的增加，高速公路監(jiān)控管理的作用越來越突出，而攝象機作為最直觀的監(jiān)視設(shè)備被管理人員越來越重視，目前，國內(nèi)許多高速公路的交通量密集路段實現(xiàn)了全路監(jiān)控。隨著攝象機數(shù)量增多，原來敷設(shè)的光纖芯數(shù)變得緊張甚至不夠使用，這為視頻信號的遠程傳輸帶來了新的課題，目前，解決方法主要有以下兩種：

方法一：采用復(fù)用光端機

即多路視音頻數(shù)字光端機。每根光纖可傳輸多達10路以上視頻信號及20路以上音頻信號。一般分為發(fā)送端機，接收端機和中繼端機。發(fā)送端機完成對模擬視音頻信號的編碼，多路復(fù)接和光發(fā)送；接收端機完成光接收，數(shù)字分接和解碼，恢復(fù)出模擬視音頻信號。中繼端機采用高速數(shù)字信號再生中繼，可配置成為具有上/下行信號功能。

這種方式采用非壓縮數(shù)字編碼，因此可以達到廣播級傳輸質(zhì)量，采用1310nm波長光發(fā)送端機傳輸距離可達70km以上，采用1550nm波長光發(fā)送盤傳輸距離可達110km以上，增加光功率放大器后最長中繼距離可達360km。

這種方法不占用通信系統(tǒng)信道資源，因此獨立于通信系統(tǒng)，維護簡單，在高速公路這種傳輸距離較遠的場合，經(jīng)濟效益比較明顯。

方法二：采用數(shù)字技術(shù)

首先將圖象壓縮編碼，利用數(shù)據(jù)通道傳輸，在終端利用解碼設(shè)備解碼解壓后恢復(fù)，它的優(yōu)點是便于數(shù)字化存儲、處理，靈活性大，隨著sdh干線傳輸頻率越來越高，這種方法的優(yōu)越性越來越突出，擴展空間是廣闊的,由于適應(yīng)了數(shù)字化多媒體時代的發(fā)展要求，數(shù)字視頻技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。目前采用的數(shù)據(jù)編碼格式有mpeg（動態(tài)圖象專家組）、jpeg等，mpeg又分為mpeg-1，mpeg-2，mpeg-3,mpeg-4，……mpeg-16等它們之間的區(qū)別不僅在于傳輸速率，而且有著質(zhì)的不同。目前，適應(yīng)stm-1/stm-4傳輸模式，較為成熟實用的方法是：將視頻圖象壓縮成mpeg-1（速率可選為2mbps）格式，利用onu上的2mbps接口進行遠距離傳輸。目前大部分成熟的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，圖像壓縮基本上都是基于mpeg-1，h·261和h·263標準（包括數(shù)字化遠程會議電視），采用e1信道（2mbps）傳輸一路實時視頻和雙向音頻信號，控制信號通過v.24接口傳輸。

這種圖像壓縮編碼技術(shù)明兩大缺點，一是信號帶寬較窄，圖像邊緣輪廓模糊；二是在壓縮比較高時，會引起圖像分塊邊緣不連續(xù)，從而導(dǎo)?quot;馬賽克"現(xiàn)象。因此人們又開發(fā)出新一代圖像編碼技術(shù)-小波變換圖像編碼，它是一種不受帶寬限制的圖像編碼方法，可以在極高的壓縮比下清楚地觀察圖像局部細節(jié)，圖像質(zhì)量比mpeg-1有很大提高。當然，要進一步提高圖象質(zhì)量，還可以采用mpeg-2數(shù)據(jù)格式，傳輸速率