論高速公路通信系統在收費和監控中的運用

陳淼

（河南交通投資集團有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

高速公路的穩定運行需要通信系統作為基礎，且在高速公路收費和監控中起著重要的作用，高速公路其他系統的穩定運行是以通信系統的穩定運行作為支撐的。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。

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。當前，通信單位圍繞通信系統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構搭建相匹配的通信管理，革新管理工作與通信技術體系，充分展現流程、標準、規范、指標的技術導向作用，逐步完善標準化的管理體系[1]。

2 高速公路機電通信系統的功能

隨著道路運輸技術的快速建設和發展，作為高速公路機電系統的重要組成部分，通信系統的功能正在向多元化發展?，F行的通信系統已經具備了語音、圖像、信號及各類數據的實時傳輸，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、服務三個管理模塊，都可以利用現在的資源推進工作。通信系統的建構，正是基于互聯網的先進技術作支撐，連接各個工作模塊的系統，并為各個模塊產生的海量數據提供儲存、傳輸、分析、處理等功能，為工作人員提供參考依據；同時，也可及時發現潛在的問題，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、監控等方面的支持。

3 通信系統的運行維護現狀

現階段，國內各通信單位主要圍繞光纖通信搭建通信系統，其擁有多種并存的通信形式。同時，互聯網技術的迅猛發展也給予通信網絡系統較大的技術支持；但是，通信系統網絡依然無法支撐智能通信建設的實際需求，其核心原因在于通信網絡無法充分整合并利用多方資源。相較于主網，通信網絡的信息傳播水準還有待提升。基于此，各地政府職能單位需要努力創新通信系統，從管理、技術等多方面完善運營與維護策略，補充通信網絡的薄弱環節，找尋問題的解決辦法。通過優化運營與維護體系，完善技術標準，健全傳輸網絡，可推動通信網絡的進步與發展，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節搭建高效的信息溝通平臺并提供穩定、安全的通信服務[2]。

通信系統的運行維護工作極其重要，其直接關系到通信系統的運行質量。通過合理配置人力資源，完善通信系統的運維管理體系，明確劃分通信系統運維工作的專業分界面，有助于創新運維策略，完善運維管理機制，進而保障系統的穩定運行。

4 高速公路通信系統在收費中的應用

4.1 高速公路收費數據的傳輸

高速公路收費系統一般分為三級，即聯網收費中心、路段收費分中心和收費站，且聯網收費路網中的高速公路，納入聯網收費統一清分結算。目前大多數高速公路采用以半自動收費方式和不停車收費方式結合的收費方式。收費站的局域網控制系統的構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，收費站再通過光纖與收費機房的以太網交換機構成“樹型+星型拓撲”的局域網，通信系統為收費站與收費中心局域網之間的收費系統數據傳輸提供傳輸通道。收費站把收費站收費數據從以太網交換機送入本站的ONU 設備，通過綜合業務接入網中OLT 設備直接上傳路段分中心[3]。

4.2 高速公路收費圖像的傳輸

收費視音頻監視系統主要由外場視頻采集設備、視頻傳輸設備及收費站機房視頻存儲和視頻傳輸設備構成。通信系統用于將外場視頻采集設備包括各收費車道的車道編碼視頻圖像、亭內攝像機圖像、監聽音頻、報警信號等采集到的收費監控數據匯聚到視頻交換機或者光纖交換機的；通過網線或光纖傳輸至收費站或監控室；再利用路段通信系統傳輸至聯網收費中心。

4.3 ETC 系統

自2019 年全面推行ETC 工作后，在促進各省高速公路行業規范，提高一體化運營水平，建設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網收費、車路協同、運營監測等項目的運營管理。各省在全國統一收費標準框架下，制訂了高速公路行業準則、地方標準，使高速公路管理行為統一化。不停車收費系統，也可以叫作電子收費系統ETC，可使用車輛自動識別AVI 技術進行車輛、收費站間無線數據通信，獲得車輛自動識別、收費數據交換的效果。ETC即為借助計算機網絡的作用，完成收費數據處理工作，實現不停車自動收費全電子收費的系統。微波讀寫天線RSU 安裝于車道上方，通過微波天線、讀寫控制器構成，微波天線作為微波收發模塊，主要施行信號、數據接受/發送、調制、編碼、加密等方面工作，讀寫器能夠對發射、接收相關數據，以及技術處理車道計算機收發信號加以控制。電子標簽OBU，安裝在車輛擋風玻璃位置，為和路側安裝RSU 通信微波的設備，電子標簽內存在ETC 繳費卡有儲值功能、儲存車輛信息功能[3]。

5 高速公路通信系統在監控中應用

當前，高速公路作為人們長距離出行及運輸環節中的重要途徑，承擔了重要的交通運輸活動。隨著區域經濟貿易的發展，人們對于出行、運輸的需求更大，這對高速公路服務質量提出了更高的要求，另外也呈現出供不應求的狀態，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。通過智能監控技術，提升高速公路信息化發展程度，能夠在很大程度上調節高速公路運營供需平衡。

5.1 自動交換光網絡技術

自動交換光網絡技術是以光傳送網為基礎，引入控制平面，實現網絡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，該技術可以在短時間內將問題排查清楚、分析完畢并及時處理，可以促進整體系統的順暢運行。另一方面，在實際運用當中，還可以在該技術的支持下將網絡資源升級為拓撲結構，在轉移相關數據方面實現更高的自動化水平。在使用該技術過程中，需要注意的是，當數據達到飽和數量時，要實現最大化的功能，關鍵是要有有效的光纜路由作為出口。

5.2 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。分組傳送網絡，也叫分組轉發網絡，具有很強的自動調節功能。在網絡地址的下方，有一個傳輸介質，基于分組操作而執行其他操作。在實際工作過程中，由于該技術的操作空間較大，因此對高速公路機電通信系統結構和性能方面的影響較為有限。另外，該技術的使用成本較低，與傳統的光傳輸相比，安全性能非常明顯，可有效確保數據傳輸進度與質量，是當前通信領域內性價比最高的技術。

5.3 網絡視頻服務

人們生活質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，高速公路相關管理部門要加強與企業之間的合作。通過信息技術對交通情況進行實時有效的發布，滿足人們在出行時的基本需求。此外，合理利用云計算技術，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的云計算系統中，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 通道流量監控

智慧監控系統構建和應用時，可以科學合理分析目前現有的視頻數據，保證視頻數據能夠實現有針對性的處理。能夠對通道流量有更加深刻的認識和了解，促使交通擁堵等相關問題得到有效緩解，同時能夠對目前在收費數據等各方面存在的一系列問題起到良好的彌補作用。對智慧監控系統下的視頻數據展開深入分析，可以實現對相關收費數據科學合理的搜集和利用，以信息技術為基礎，實現對現有數據信息進行有效的整合和處理[4]。

5.5 自動巡檢監控

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

5.6 視頻智慧分析

當前，高速公路監控系統在建設和發展中的發展效果較好，視頻資源的整體密度一直處于不斷增加的狀態，因此，在實踐中采取有針對性的措施，能夠保證現有資源的整體利用率得到有效提升。現階段高速公路工程項目在建設和管理中，要對視頻進行合理的分析和利用，以此保證高速公路監控水平的有效提升。此外，養護和綜合執法等相關部門也可以利用對視頻進行智慧分析，對邊坡或橋梁等養護路段展開有針對性地檢測，不僅能夠及時發現隱藏的問題，而且能夠實現對各類風險事故的規避。同時，合理利用視頻資源，實現對高速公路施工作業安全以及質量問題的管理和控制，一旦發現問題，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 基于故障檢測結果的智慧運營

基于故障檢測結果的智慧運營過程中，首先在利用多維傳感器實現對智慧交通系統運行數據的實時監測，并對交通狀況檢測信息進行處理。結合得到的信息結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測環節入手對其進行優化。若通信順暢，則可以通過有線或無線的方式實現對故障檢測結果的上傳，并將相關數據信息存儲在交通控制中心，再由其完成對后續運維的具體調度。為了確保智慧公路系統運行時間得到延長，還需要實現對其智慧養護，通過路面養護、橋梁養護、隧道養護以及機電設備養護等多種養護方法相結合的方式，降低系統運行出現故障的概率，從而確保公路系統的正常運營。

5.8 無人機技術

隨著高速公路智能化發展，無人機技術在交通領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備，飛行巡檢過程中，拍攝的公路畫面會實時傳輸到高速公路監控中心，管理人員獲取航拍情況后，和相關部門進行協調，可以提升應急反應能力，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，能夠幫助相關人員在短時間內完成救援，切實維護行人安全，為出行人員生命財產安全提供保障。

6 結語

綜上所述，高速公路行業的發展加速了區域之間的聯系，極大程度上滿足了人們的出行需求。通信系統，是高速公路得以順暢運行的重要系統，在技術支撐下，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，對機電通信系統的要求也越來越高，而現行的機電通信系統也存在著一些實際性的問題，需要采取先進的技術進行升級完善。