論高速公路通信系統(tǒng)在收費和監(jiān)控中的運用

陳淼

（河南交通投資集團有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

高速公路的穩(wěn)定運行需要通信系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，且在高速公路收費和監(jiān)控中起著重要的作用，高速公路其他系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是以通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行作為支撐的。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(shè)與管理奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

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?wù)系統(tǒng)內(nèi)，供相關(guān)管理部門使用。當前，通信單位圍繞通信系統(tǒng)所開展的運行與維護工作具有較大實施難度，其涉及面也較廣，這使得日常的維護管理工作需要面臨諸多問題。因此，通信單位可圍繞其管理結(jié)構(gòu)搭建相匹配的通信管理，革新管理工作與通信技術(shù)體系，充分展現(xiàn)流程、標準、規(guī)范、指標的技術(shù)導(dǎo)向作用，逐步完善標準化的管理體系[1]。

2 高速公路機電通信系統(tǒng)的功能

隨著道路運輸技術(shù)的快速建設(shè)和發(fā)展，作為高速公路機電系統(tǒng)的重要組成部分，通信系統(tǒng)的功能正在向多元化發(fā)展?，F(xiàn)行的通信系統(tǒng)已經(jīng)具備了語音、圖像、信號及各類數(shù)據(jù)的實時傳輸，而且不同功能還具有分散化的特點。高速公路具有管理、收費、服務(wù)三個管理模塊，都可以利用現(xiàn)在的資源推進工作。通信系統(tǒng)的建構(gòu)，正是基于互聯(lián)網(wǎng)的先進技術(shù)作支撐，連接各個工作模塊的系統(tǒng)，并為各個模塊產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)提供儲存、傳輸、分析、處理等功能，為工作人員提供參考依據(jù)；同時，也可及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，便于指揮中心提前研判、制定對策；另外，也可為其他部門的工作提供管理、監(jiān)控等方面的支持。

3 通信系統(tǒng)的運行維護現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)各通信單位主要圍繞光纖通信搭建通信系統(tǒng)，其擁有多種并存的通信形式。同時，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展也給予通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較大的技術(shù)支持；但是，通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依然無法支撐智能通信建設(shè)的實際需求，其核心原因在于通信網(wǎng)絡(luò)無法充分整合并利用多方資源。相較于主網(wǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳播水準還有待提升?；诖?，各地政府職能單位需要努力創(chuàng)新通信系統(tǒng)，從管理、技術(shù)等多方面完善運營與維護策略，補充通信網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)，找尋問題的解決辦法。通過優(yōu)化運營與維護體系，完善技術(shù)標準，健全傳輸網(wǎng)絡(luò)，可推動通信網(wǎng)絡(luò)的進步與發(fā)展，使其能夠逐步滿足智能化通信的各項要求，進而為智能通信的各環(huán)節(jié)搭建高效的信息溝通平臺并提供穩(wěn)定、安全的通信服務(wù)[2]。

通信系統(tǒng)的運行維護工作極其重要，其直接關(guān)系到通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量。通過合理配置人力資源，完善通信系統(tǒng)的運維管理體系，明確劃分通信系統(tǒng)運維工作的專業(yè)分界面，有助于創(chuàng)新運維策略，完善運維管理機制，進而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4 高速公路通信系統(tǒng)在收費中的應(yīng)用

4.1 高速公路收費數(shù)據(jù)的傳輸

高速公路收費系統(tǒng)一般分為三級，即聯(lián)網(wǎng)收費中心、路段收費分中心和收費站，且聯(lián)網(wǎng)收費路網(wǎng)中的高速公路，納入聯(lián)網(wǎng)收費統(tǒng)一清分結(jié)算。目前大多數(shù)高速公路采用以半自動收費方式和不停車收費方式結(jié)合的收費方式。收費站的局域網(wǎng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要包括控制室計算機、廣場車道控制計算機。車道計算機通過網(wǎng)線接入收費廣場計算機、路段收費交換機組成了獨立的局域網(wǎng)，收費站再通過光纖與收費機房的以太網(wǎng)交換機構(gòu)成“樹型+星型拓撲”的局域網(wǎng)，通信系統(tǒng)為收費站與收費中心局域網(wǎng)之間的收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸提供傳輸通道。收費站把收費站收費數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)交換機送入本站的ONU 設(shè)備，通過綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)中OLT 設(shè)備直接上傳路段分中心[3]。

4.2 高速公路收費圖像的傳輸

收費視音頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由外場視頻采集設(shè)備、視頻傳輸設(shè)備及收費站機房視頻存儲和視頻傳輸設(shè)備構(gòu)成。通信系統(tǒng)用于將外場視頻采集設(shè)備包括各收費車道的車道編碼視頻圖像、亭內(nèi)攝像機圖像、監(jiān)聽音頻、報警信號等采集到的收費監(jiān)控數(shù)據(jù)匯聚到視頻交換機或者光纖交換機的；通過網(wǎng)線或光纖傳輸至收費站或監(jiān)控室；再利用路段通信系統(tǒng)傳輸至聯(lián)網(wǎng)收費中心。

4.3 ETC 系統(tǒng)

自2019 年全面推行ETC 工作后，在促進各省高速公路行業(yè)規(guī)范，提高一體化運營水平，建設(shè)標準化體系等多方面取得顯著成效。2019 年交通運輸部門全面加強了對聯(lián)網(wǎng)收費、車路協(xié)同、運營監(jiān)測等項目的運營管理。各省在全國統(tǒng)一收費標準框架下，制訂了高速公路行業(yè)準則、地方標準，使高速公路管理行為統(tǒng)一化。不停車收費系統(tǒng)，也可以叫作電子收費系統(tǒng)ETC，可使用車輛自動識別AVI 技術(shù)進行車輛、收費站間無線數(shù)據(jù)通信，獲得車輛自動識別、收費數(shù)據(jù)交換的效果。ETC即為借助計算機網(wǎng)絡(luò)的作用，完成收費數(shù)據(jù)處理工作，實現(xiàn)不停車自動收費全電子收費的系統(tǒng)。微波讀寫天線RSU 安裝于車道上方，通過微波天線、讀寫控制器構(gòu)成，微波天線作為微波收發(fā)模塊，主要施行信號、數(shù)據(jù)接受/發(fā)送、調(diào)制、編碼、加密等方面工作，讀寫器能夠?qū)Πl(fā)射、接收相關(guān)數(shù)據(jù)，以及技術(shù)處理車道計算機收發(fā)信號加以控制。電子標簽OBU，安裝在車輛擋風玻璃位置，為和路側(cè)安裝RSU 通信微波的設(shè)備，電子標簽內(nèi)存在ETC 繳費卡有儲值功能、儲存車輛信息功能[3]。

5 高速公路通信系統(tǒng)在監(jiān)控中應(yīng)用

當前，高速公路作為人們長距離出行及運輸環(huán)節(jié)中的重要途徑，承擔了重要的交通運輸活動。隨著區(qū)域經(jīng)濟貿(mào)易的發(fā)展，人們對于出行、運輸?shù)男枨蟾?，這對高速公路服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，另外也呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的狀態(tài)，因此日益增加的出行和運輸需求與高速公路運營效能之間存在一定的矛盾。通過智能監(jiān)控技術(shù)，提升高速公路信息化發(fā)展程度，能夠在很大程度上調(diào)節(jié)高速公路運營供需平衡。

5.1 自動交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自動交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以光傳送網(wǎng)為基礎(chǔ)，引入控制平面，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的實時按需分配，最終達到智能化。一方面，在高速公路的排查工作中，該技術(shù)可以在短時間內(nèi)將問題排查清楚、分析完畢并及時處理，可以促進整體系統(tǒng)的順暢運行。另一方面，在實際運用當中，還可以在該技術(shù)的支持下將網(wǎng)絡(luò)資源升級為拓撲結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)移相關(guān)數(shù)據(jù)方面實現(xiàn)更高的自動化水平。在使用該技術(shù)過程中，需要注意的是，當數(shù)據(jù)達到飽和數(shù)量時，要實現(xiàn)最大化的功能，關(guān)鍵是要有有效的光纜路由作為出口。

5.2 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(yīng)用在各環(huán)境中，為工作人員提供各類操作平臺。分組傳送網(wǎng)絡(luò)，也叫分組轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，具有很強的自動調(diào)節(jié)功能。在網(wǎng)絡(luò)地址的下方，有一個傳輸介質(zhì)，基于分組操作而執(zhí)行其他操作。在實際工作過程中，由于該技術(shù)的操作空間較大，因此對高速公路機電通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能方面的影響較為有限。另外，該技術(shù)的使用成本較低，與傳統(tǒng)的光傳輸相比，安全性能非常明顯，可有效確保數(shù)據(jù)傳輸進度與質(zhì)量，是當前通信領(lǐng)域內(nèi)性價比最高的技術(shù)。

5.3 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)

人們生活質(zhì)量的提升對出行提出了更高的要求，特別是在交通量處于高峰期時，人們對高速公路的具體情況更加重視。為滿足人們在日常出行時提出的個性化要求，高速公路相關(guān)管理部門要加強與企業(yè)之間的合作。通過信息技術(shù)對交通情況進行實時有效的發(fā)布，滿足人們在出行時的基本需求。此外，合理利用云計算技術(shù)，對高速公路的視頻進行及時有效的計算分析，將視頻直接上傳到對應(yīng)的云計算系統(tǒng)中，有利于對整個高速公路視頻信息進行客觀分析，為人們的出行提供便利條件。

5.4 通道流量監(jiān)控

智慧監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用時，可以科學合理分析目前現(xiàn)有的視頻數(shù)據(jù)，保證視頻數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)有針對性的處理。能夠?qū)νǖ懒髁坑懈由羁痰恼J識和了解，促使交通擁堵等相關(guān)問題得到有效緩解，同時能夠?qū)δ壳霸谑召M數(shù)據(jù)等各方面存在的一系列問題起到良好的彌補作用。對智慧監(jiān)控系統(tǒng)下的視頻數(shù)據(jù)展開深入分析，可以實現(xiàn)對相關(guān)收費數(shù)據(jù)科學合理的搜集和利用，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息進行有效的整合和處理[4]。

5.5 自動巡檢監(jiān)控

建立智慧監(jiān)控系統(tǒng)過程中，必須實施視頻質(zhì)量自動巡檢監(jiān)控，對各高速路段進行實時監(jiān)控與管理。當前高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中接入資源數(shù)量大、骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)性能差、內(nèi)存不足等問題，都會增加后期高速公路信息化系統(tǒng)運行維護成本，也會增加人工巡檢的頻率，導(dǎo)致實際工作效率極低。實施視頻質(zhì)量自動巡檢監(jiān)控，一旦有信號中斷、傳輸圖像不清晰、設(shè)備故障等，智慧監(jiān)控系統(tǒng)可以進行自動監(jiān)測，且隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，即便是針對視頻畫面抖動、卡頓等細微問題，都可以做到及時監(jiān)測分析。通過這種自動巡檢監(jiān)控手段，有效控制了監(jiān)控視頻圖像的質(zhì)量，從根本上對監(jiān)控設(shè)備進行維護管理，保證視頻監(jiān)控的整體質(zhì)量。

5.6 視頻智慧分析

當前，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)和發(fā)展中的發(fā)展效果較好，視頻資源的整體密度一直處于不斷增加的狀態(tài)，因此，在實踐中采取有針對性的措施，能夠保證現(xiàn)有資源的整體利用率得到有效提升?，F(xiàn)階段高速公路工程項目在建設(shè)和管理中，要對視頻進行合理的分析和利用，以此保證高速公路監(jiān)控水平的有效提升。此外，養(yǎng)護和綜合執(zhí)法等相關(guān)部門也可以利用對視頻進行智慧分析，對邊坡或橋梁等養(yǎng)護路段展開有針對性地檢測，不僅能夠及時發(fā)現(xiàn)隱藏的問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對各類風險事故的規(guī)避。同時，合理利用視頻資源，實現(xiàn)對高速公路施工作業(yè)安全以及質(zhì)量問題的管理和控制，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以立即采取有針對性的措施進行處理，避免造成更加嚴重的影響。

5.7 基于故障檢測結(jié)果的智慧運營

基于故障檢測結(jié)果的智慧運營過程中，首先在利用多維傳感器實現(xiàn)對智慧交通系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，并對交通狀況檢測信息進行處理。結(jié)合得到的信息結(jié)果對故障檢測過程中的通信順暢情況進行判斷，若存在通信受限問題，則需要從上一步驟的監(jiān)測環(huán)節(jié)入手對其進行優(yōu)化。若通信順暢，則可以通過有線或無線的方式實現(xiàn)對故障檢測結(jié)果的上傳，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲在交通控制中心，再由其完成對后續(xù)運維的具體調(diào)度。為了確保智慧公路系統(tǒng)運行時間得到延長，還需要實現(xiàn)對其智慧養(yǎng)護，通過路面養(yǎng)護、橋梁養(yǎng)護、隧道養(yǎng)護以及機電設(shè)備養(yǎng)護等多種養(yǎng)護方法相結(jié)合的方式，降低系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障的概率，從而確保公路系統(tǒng)的正常運營。

5.8 無人機技術(shù)

隨著高速公路智能化發(fā)展，無人機技術(shù)在交通領(lǐng)域也得到了普遍運用。高速公路管理單位可以和地方交通巡警單位合作，借助無人機進行高速公路交通狀況拍攝。在無人機上安裝高清拍攝設(shè)備，飛行巡檢過程中，拍攝的公路畫面會實時傳輸?shù)礁咚俟繁O(jiān)控中心，管理人員獲取航拍情況后，和相關(guān)部門進行協(xié)調(diào)，可以提升應(yīng)急反應(yīng)能力，提高高速公路運行管理的效率。對于高速公路上的交通事故處理，可先利用無人機進行事故判斷，可以避開事故路段，減少交通擁堵問題。同時無人機傳輸畫面更快，能夠幫助相關(guān)人員在短時間內(nèi)完成救援，切實維護行人安全，為出行人員生命財產(chǎn)安全提供保障。

6 結(jié)語

綜上所述，高速公路行業(yè)的發(fā)展加速了區(qū)域之間的聯(lián)系，極大程度上滿足了人們的出行需求。通信系統(tǒng)，是高速公路得以順暢運行的重要系統(tǒng)，在技術(shù)支撐下，可以完成對過往車輛的收費和管理、路面交通狀況的監(jiān)控以及高速公路所有工作的管理。當前，我國高速公路里程不斷擴大，對機電通信系統(tǒng)的要求也越來越高，而現(xiàn)行的機電通信系統(tǒng)也存在著一些實際性的問題，需要采取先進的技術(shù)進行升級完善。