高速公路機電工程通信系統技術研究

楊成林，孫福秀

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

1 高速公路機電工程通信系統概述

通信系統是高速公路機電工程中的重要組成部分，作為三大系統中的主要功能傳輸系統，可直接影響高速公路整體的管理運營水平。高速公路通信系統與收費系統、監控系統功能互補，可專項完成高速公路管理運營期間的各項工作。通信系統具有數據傳輸功能，能夠將高速公路運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、監控系統等系統的數據信息能夠被快速傳輸到服務系統內，供相關管理部門使用。

高速公路機電工程通信系統由監控設備、信息處理器、服務器等電子設備構成。由于當前高速公路建設規模不斷擴大，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管要求[1]?，F階段公路機電工程內的通信系統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節的各類數據信息。通過分析這些數據，可以及時發現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的結構

2.1 高速公路機電工程通信系統的硬件結構

在高速公路機電工程通信系統中，通信系統由光傳輸、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、監控、收費等部門提供數據、圖像視頻、語音和傳真等多種通信業務。

按目前高速公路機電工程的建設規模、管理要求及功能要求，光傳輸系統由干線光傳輸系統和區間光綜合業務接入網構成。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。干線傳輸網制式采用自動交換光網絡（PTN）同步數字體系（SDH），傳輸等級配置一般為STM-16。

所轄路段光綜合業務接入網采用雙平面傳送網（E-PTN）技術構建。收費、監控、語音、專線等傳輸質量高，但數據量小的業務通過SDH 同步數字體系平面來傳輸。收費、隧道視頻、辦公自動化等業務量大，但對傳輸質量要求不高的業務通過分組傳送網（PTN）平面來傳輸。在各通信站、通信點設置光網絡單元（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)和STM-4 作為傳輸接口，通信站ONU 與OLT 之間組成環形拓撲結構，選用閉合的二纖環狀網作為自愈環，實現網內業務保護功能。E-PTN 設備配置百兆以太網及千兆以太網業務處理板及接口板，構成可靠高效的多業務傳輸平臺。

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、養護工區、收費站、服務區及隧道管理所的語音業務。采用軟交換技術作為語音業務支持平臺。

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

分中心設置數字電話機作為指令（調度）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分中心對各站點的指揮調度。

采用語音網關實現模擬語音電話接入。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 網絡發往指定的被叫媒體網關。IP 包送達后，目的地綜合接入設備（IAD）經過相反處理過程恢復原有的語音信號，實現語音傳輸技術（VOIP）和實時IP 傳真網關功能結構設計（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。當地市話網采用半自動中繼方式（即DOD2+BID）。專網用戶入市話為LOOP+DTMF，市話用戶入專網為市話交換機通過用戶線送25 Hz 鈴流入專網。

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（芯數根據實際需求配置），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聯網。路段接入光纜用于外場監控、隧道監控數據、服務區語音的傳輸。

接入網是高速公路機電工程通信系統的基礎結構之一，主要職責是信息傳遞與及時反饋。接入網主要由信息傳遞網絡設備組成，需要在高速公路機電工程通信系統的各個分支處安裝。同時，接入網需要貫穿于高速公路整體網絡，連接上下級設備。當前，應用在高速公路工程通信系統中的接入網種類較多，但最為常用的是OLT 接入網。

機電工程通信系統內部交換系統主要由中繼連接設備、計費管理設備及用戶連接設備組成。在交換系統內部需要構建獨立的局域網形式，模擬中繼線與發送信令等模式開展設備連接工作?，F階段交換系統常用V5 協議，只有通過該協議后，數據才可以高效傳輸。

高速公路機電工程緊急電話系統主要是為保障駕駛人行車安全設置。在高速公路行駛期間會受各類因素的影響，無法從根本上規避交通事故出現[2]。因此，為縮短事故救援時間，通信系統內還設置了緊急電話通信裝置，使駕駛人員的人身安全得到根本保障。

高速公路機電工程通信系統的運行水平還與其數據傳輸裝置密切相關。數據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據的傳輸距離，實現高速公路運營管理期間的長途通信功能。在現階段傳輸設備中，還配合使用了頻分復用、時分復用、波分復用技術。為保障數據傳輸裝置的安全運行，需要嚴格遵循數據傳輸期間的擴容原則，做好光傳輸、接入設備維護工作，確保通信系統能夠始終保持安全可靠的運行狀態，實現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軟件結構

高速公路機電工程通信系統中的軟件主要用來控制系統內部的硬件設施。在軟件設計過程中，需細致分析通信系統不同硬件設備的運行特征及功能要求，以便對軟件結構及功能進行不斷優化。

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

3 高速公路機電工程通信系統關鍵技術

3.1 自動交換光網絡技術

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

3.2 分組傳送網絡技術

分組傳送網絡技術可以進一步增強高速公路機電工程通信系統操作的靈活性，確保系統能夠被應用在各環境中，為工作人員提供各類操作平臺。與自動交換光網絡技術相比，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中的信息發布軟件可在第一時間內將信息發布到終端設施上，對設備運行情況進行遠程編輯。管理服務器需與此系統及軟件連接在一起，以便能夠更好地實現信息交互目標。

4 高速公路機電工程通信系統管理對策

4.1 做好機電工程通信系統的智能化建設工作

為確保通信系統能夠更好地滿足現代化高速公路的建設需求，應重點關注通信系統的智能化改造工作。細致分析高速公路的車流量、運輸能力等數據，結合這些數據制訂專項可行的智能化建設方案。注重智能化通信網絡建設中的網絡安全管理問題，使高速公路區間可以采用互為獨立的局域網進行管理。同時，結合高速公路機電工程通信系統的運行形式，選擇適宜的通信系統基礎設施。充分分析通信設備市場價格變化規律，力爭選擇出性能良、經濟效益顯著的設備。

4.2 做好機電工程通信系統運維工作

隨著高速公路機電工程通信系統內部結構的日漸完善，普通故障問題可以由系統自身的自主診斷修復能力解決。如系統設備出現較為嚴重的故障問題時，需要運維人員快速趕到現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，通信系統內部結構復雜，對運維工作者的專業水平提出了更高的要求。為降低通信系統故障發生概率，還應加強系統日常養護管理能力，細化高速公路機電工程通信系統維修及養護職責，設置專門的系統養護團隊，確保通信系統及設備能夠始終處于高效穩定運行狀態，充分發揮通信系統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構、作業原理及信號流程，營造有利于設備安全運行的環境?，F階段，通信系統可借助預防性監視手段控制故障發生概率。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安全事故。在通信裝置運行期間進行實時指標性監測，準確判斷故障發生位置及種類，制訂專項故障運維處理方案。

5 結語

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