隧道機電通信與照明系統關鍵技術研究應用

姚紅波 申鐵軍

收稿日期：2024-01-15

作者簡介：姚紅波（1977—），男，本科，助理工程師，從事公路項目建設管理。

通信作者：申鐵軍（1980—），男，本科，正高級工程師，研究方向：通信工程。

摘要 隨著全國ETC聯網的實行，網絡結構日趨復雜斷纖概率不斷上升，公眾出行信息服務需求激增也引發高清監控增加帶寬和大數據分析的需求，同時高速公路高清視頻會議、云數據中心等均已開始實現與運用。增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備為隧道照明系統以及通訊系統實現智能化提供了技術支持。文章分析了隧道照明系統以及通訊系統的主要研究、試驗內容、目標、技術關鍵及主要技術經濟指標以及取得的成效，研究表明：增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備構成綜合業務接入系統，該項新技術的應用從宏觀長遠的角度看可達到隧道照明系統以及通訊系統實現智能化以及節約成本和降低后期改造維護難度目的。

關鍵詞 高速公路；隧道通信；照明

中圖分類號 U418.7文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0015-03

0 引言

高速公路隧道照明是高速公路行車的基礎，燈光的控制管理對行車安全尤為重要，其次隧道照明屬于高能耗系統之一，采用先進的燈光管理技術可以在保障行車安全的基礎上進一步提高資源利用效率，達到節約能源的目的[1-3]。如此，無級調光技術尤為重要，它的實際應用是重要的生產力。同時，隨著業務量的逐步增加，高清監控增加帶寬的需求激增，高速公路信息化網絡安全也更加重要。原有傳統的技術工藝水平顯然難以滿足逐步增加的需求量[4-6]。

1 隧道照明系統關鍵技術研究

1.1 研究內容與目標

該文采用功能齊全、性能穩定可靠、人機交互能力強和操作簡便的設計方案，通過該系統的建設，使用實時的遙控、遙測、遙信和遙調對隧道LED燈具進行有效的管理和維護，及時監測并發現設備故障，以達到節約成本和便于管理的目的，避免隧道光照亮度出現不均勻的情況，在保障行車安全的同時可以實現節約資源，并延長設備使用壽命[7-9]。

1.2 主要研究內容與組成

①監控調度中心。②電力載波技術。③集中控制器。④單燈控制器構成。

1.3 研究方法和技術路線

1.3.1 總系統實現條件

上位機發出指令（帶UID），相關集中控制器接受并處理命令，轉發給相關LED燈具執行動作[10]。

1.3.2 區域控制線路實現條件

每個區段的電控柜配置一個集中控制器，控制本區段的LED燈具。控制的實現過程如下：每臺集中控制器和每只LED燈均有一個唯一的身份代碼UID[11]，可分區段、分組實現對燈具的控制方式；當上位機發出調光指令時，該指令給相應的集中控制器，集中控制器將命令分解并轉發給需要控制的燈具，燈具根據指令響應相應的動作[12]。

1.3.3 分區控制

以2個供電點為劃分區段，每個區段原則上配置一個集中控制器。為了提高系統可靠性、降低系統風險[13]，每個集中控制器控制燈具的數量建議不超過600盞，區段超過600盞可采用增設集中控制器進行解決[14]。

1.3.4 分組控制

為了方便控制，可以將集中控制器下轄的燈具分成若干組，以方便有效控制或達到控制燈光效果[15]。

1.3.5 最終調光控制實現條件

上位機有分成若干級別的調光指令（30%～100%），LED燈具在接到上位機通過集中控制器下發的控制指令（如調光）之后，該軟件控制硬件執行相應的命令以實現調光等[16]。

1.4 關鍵技術分析

該次研究主要以調試中單燈控制的無級調光技術為主要研究對象，其關鍵技術為：隧道照明施工工藝在隧道噴涂施工后進行，隧道壁最后一層噴涂完成—測量放線—打孔—燈具安裝—線纜敷設—燈具接線—燈具通電調試。

2 隧道通信系統關鍵技術研究

2.1 研究內容與目標

主要是應用增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備構成綜合業務接入網的環網系統，該項新技術的應用從宏觀長遠的角度看可達到節約成本和降低后期改造維護難度的目的，避免出現數據傳輸等業務激增造成的設備問題，將來可降低運營期的維護成本。

2.2 主要研究、試驗內容

系統承載收費數據業務，帶寬獨立，與其他數據進行硬件和軟件的物理隔離，實現了收費以太網數據高效穩定的傳輸。ptn系統承載除收費業務外的其他數據，包含監控和治超等大帶寬業務，尤其為高清圖像的傳輸提供保障，在保證業務穩定傳輸的基礎上，降低了設備負載。

2.3 關鍵技術及主要經濟指標

2.3.1 關鍵技術

采用增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備構成綜合業務接入網的環網系統，支持各種拓撲組網能力；系統還提供完善的業務保護、OAM和時鐘同步，具有電信級的業務傳送特性，具有主控、時鐘、交叉和電源板采用1+1熱備份的設備級保護功能。通信系統主要由圖像采集部分、傳輸部分、顯示及控制終端三部分構成，如圖1～5所示。

2.3.2 技術經濟指標

新技術的應用實現了收費等以太網數據的高效穩定傳輸，且與原有設備系統可以高度兼容，ptn系統承載除收費業務的其他數據。在保證業務穩定傳輸的基礎上，降低了設備負載，減輕了壓力及改造維護成本。

2.3.3 技術價值分析

（1）能夠支持E1、IP和ATM等多種業務接入，且具有傳輸可靠、強大的自愈和保護等功能，網絡管理功能強大。

（2）SDH系統承載收費數據業務，采用剛性帶寬，帶寬獨立，與其他數據進行硬件和軟件的物理隔離，實現了收費等以太網數據的高效穩定傳輸，并且和現有網絡設備為同類型設備，實現100%兼容。

（3）ptn系統承載除收費業務的其他數據，包含監控和治超等大帶寬業務，尤其為高清圖像的傳輸提供保障。

（4）帶寬采用彈性帶寬，根據業務流量自動調節帶寬，在保證業務穩定傳輸的基礎上降低了設備負載，以太網均為1 000 M，可以靈活進行業務的匯聚和透傳等。

2.3.4 技術特點分析

（1）該系統的SDH系統承載收費數據業務，采用剛性帶寬，帶寬獨立。

（2）其他數據進行硬件和軟件的物理隔離，實現了收費等以太網數據的高效穩定傳輸。

（3）ptn系統承載除收費業務的其他數據，包含監控和治超等大帶寬業務。

（4）尤其為高清圖像的傳輸提供保障，帶寬采用彈性帶寬。

（5）在保證業務穩定傳輸的基礎上，降低了設備負載。

2.3.5 研究、試驗方法與技術路線

該項通信系統關鍵技術的研究應用，主要依托于長臨高速公路機電工程項目。該工程通信系統設有10個通信站，分別為鮑店服務區、豐宜、良馬、安澤、安澤服務區、舊縣、曲亭、曲亭服務區、臨汾東、賈莊。在臨汾東設路段管理中心，由臨汾通信分中心管轄。建設完成后將實現長治—安澤—臨汾—霍州—介休—文水東—晉中—榆社南—襄垣這幾個干線節點組成的“南環1”干線閉環建設。綜合業務接入網采用增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備構成綜合業務接入網的環網系統，其中在臨汾東通信站設OLT設備。收費站收費數據、治超檢測數據和圖像通過622M（SDH）傳輸層面進行傳輸。

3 工程實例與應用效果分析

3.1 工程實例

根據山西省高速公路通信系統總體規劃，該項目通信系統屬于骨干傳輸網“南環1”和“南環2”的共線。該項目建設完成后將實現長治—安澤—臨汾—霍州—介休—文水東—晉中—榆社南—襄垣這幾個干線節點組成的“南環1”干線閉環建設。綜合業務接入網采用增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]設備構成綜合業務接入網的環網系統，其中在臨汾東通信站設OLT設備。收費站收費數據、治超檢測數據和圖像通過622M（SDH）傳輸層面進行傳輸。傳統的SDH系統已不能滿足長臨高速全程視頻聯網監控的業務需求，所以需要一種新的通信系統技術應用于此。

3.2 應用效果

利用新技術和新工藝，相比搭設的傳統通信系統，更符合現有數據業務量逐步增長的要求，為后期運營維護打下了基礎，減輕了壓力及改造維護成本。在高速公路的應用，充分滿足了高速公路信息化發展的網絡需求，實現了業務端到端的配置。隨著高速公路的不斷建設，增強型MSTP解決方案將成為今后高速公路通信系統建設的最佳方案。

4 結語

綜上所述，該文研究了隧道通信與照明系統關鍵技術，形成以下兩點結論：

（1）隧道照明系統主要以調試中單燈控制的無級調光技術為主要研究對象。隧道照明施工工藝在隧道噴涂施工后進行，隧道壁最后一層噴涂完成—測量放線—打孔—燈具安裝—線纜敷設—燈具接線—燈具通電調試。

（2）通信系統支持TDM、以太等多種業務的綜合承載，以實現用戶業務綜合接入。增強型MSTP[622M（SDH）+10GE（分組）]的應用，相關設備構成綜合業務接入網的環網系統，能夠支持E1、IP和ATM等多種業務接入，且傳輸功能應用完美地滿足了現有條件下的通信系統傳輸數據的需求。將此項新技術和實際情況結合起來，實現了新技術在山西臨汾—長治高速公路上的應用。

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