試析高速公路機(jī)電體系中的通信技術(shù)應(yīng)用與不足

摘要：機(jī)電體系是高速公路運(yùn)行體系的重要組成部分，主要起到實(shí)時(shí)監(jiān)控、費(fèi)用收取、安全保障等作用。該文簡要分析高速公路機(jī)電體系的組成，論述高速公路機(jī)電體系中通信技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，探究了ATM over SDH技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)、ITS通信技術(shù)在高速公路機(jī)電體系中的具體應(yīng)用，以及通信技術(shù)應(yīng)用不足與改進(jìn)措施，旨在為高速公路機(jī)電體系的完善提供思路和方法。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電體系；通信技術(shù)；應(yīng)用與不足；改進(jìn)措施

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.049

中圖分類號：TP 277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

An Analysis of the Application and Shortcomings of Communication Technology in the Mechanical and Electrical System of Highways

CHEN Zhenyu

（Jiaxing Jiatong Expressway Management Co.， Ltd.， Jiaxing 314000， China）

Abstract： The electromechanical system is an important component of the operation system of highways， mainly playing a role in real-time monitoring， fee collection， and safety assurance. This article briefly analyzes the composition of the highway electromechanical system and discusses the application value of communication technology in the highway electromechanical system. Exploring the specific applications of ATM over SDH technology， GPRS wireless communication technology， and ITS communication technology in the electromechanical system of highways， as well as the shortcomings and improvement measures of communication technology application， aiming to provide ideas and methods for the improvement of the electromechanical system of highways.

Keywords： highways; mechanical and electrical system; communication technology; application and shortcomings; improvement measures

伴隨著科技的進(jìn)步，高速公路機(jī)電體系中的通信系統(tǒng)愈發(fā)完善，并成為監(jiān)控和收費(fèi)系統(tǒng)的綜合信息傳送平臺，為了滿足高速公路的高質(zhì)量發(fā)展需要，應(yīng)當(dāng)加快推進(jìn)新技術(shù)在高速公路機(jī)電體系中的應(yīng)用。

1 高速公路機(jī)電體系的組成

一是監(jiān)控系統(tǒng)。高速公路機(jī)電體系內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)起到實(shí)時(shí)監(jiān)控高速公路通行情況的作用，設(shè)置在監(jiān)控中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具備全天候、不間斷、連續(xù)性作業(yè)的功能，監(jiān)視設(shè)備負(fù)責(zé)采集外場設(shè)備所檢測到的車流量、車速等信息，所采集的信息具有多元化的特點(diǎn)，包括視頻信息、數(shù)據(jù)信息、語音信息等，采集后的信息依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理與分析功能智能化監(jiān)測高速公路的通行狀況，提供智能化的控制方案，并通過情報(bào)板等設(shè)備發(fā)布路況信息，為司乘人員等提供幫助[1]。

二是收費(fèi)系統(tǒng)。高速公路一般采用四級收費(fèi)機(jī)制，收費(fèi)車道將信息匯總后傳輸給收費(fèi)站，收費(fèi)站與各個(gè)運(yùn)營公司的收費(fèi)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，最后進(jìn)入上級收費(fèi)結(jié)算中心。車道與收費(fèi)站之間以局域網(wǎng)連接，各級收費(fèi)站之間建立專用的通信網(wǎng)絡(luò)。收費(fèi)站一般設(shè)有人工收費(fèi)通道與ETC通道，識別車輛車牌號并收取相應(yīng)的費(fèi)用。

三是通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電體系中的信息傳輸平臺，在監(jiān)控高速公路運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)為監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。信息傳輸速率以及傳輸過程的可靠性、持續(xù)性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和安全性將直接影響高速公路的管理質(zhì)效。

2 高速公路機(jī)電體系中通信技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電體系中不可或缺的組成部分，可以實(shí)現(xiàn)車輛與道路設(shè)備、各級管理部門之間的信息傳遞、信息交互。在高速公路機(jī)電體系運(yùn)行過程中，通信系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)傳輸監(jiān)控設(shè)備所檢測到的數(shù)據(jù)，如車速、車流量、車輛間距、車輛行駛軌跡等，當(dāng)出現(xiàn)交通擁堵時(shí)，通信系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過信息采集—分析處理生成智能化道路控制方案，通過發(fā)布情報(bào)板信息、切換信號燈、現(xiàn)場指揮等多種方式解決交通擁堵問題。通信技術(shù)在高速公路機(jī)電體系中的運(yùn)用可以根據(jù)實(shí)際情況確定高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)連接形式，滿足道路管控需要，保證高速公路暢通與安全。與此同時(shí)，高速公路機(jī)電體系內(nèi)的機(jī)電設(shè)備具有數(shù)量多、智能化與信息化程度較高的特點(diǎn)，在收費(fèi)管理過程中利用監(jiān)視設(shè)備、識別設(shè)備等獲取車輛信息，而人工收費(fèi)過程煩瑣，工作量較大。在高速公路機(jī)電體系中應(yīng)用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化收費(fèi)，大幅度提高收費(fèi)管理效率，提升駕駛員的滿意度。利用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)與車載通信設(shè)施的信息交互，為駕駛員提供車輛導(dǎo)航、信息查詢等服務(wù)，滿足駕駛員的多元化需要，切實(shí)提高高速公路服務(wù)水平。除此之外，高速公路機(jī)電體系規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備數(shù)量較多，對通信系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。在高速公路機(jī)電體系中運(yùn)用現(xiàn)代化通信技術(shù)，在保障信息安全性的前提下提高信息傳輸速率，為保障交通管理、車輛追蹤等提供技術(shù)支撐，有助于提升高速公路的運(yùn)營水平[2]。

3 高速公路機(jī)電體系中通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 ATM over SDH技術(shù)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)化、智能化是現(xiàn)階段高速公路機(jī)電體系的發(fā)展趨勢。伴隨著高速公路運(yùn)營里程的迅速增長，高速公路機(jī)電體系的通信需求也從內(nèi)部通信轉(zhuǎn)變?yōu)閺V域通信，面向整個(gè)路網(wǎng)體系的協(xié)調(diào)運(yùn)行與信息互聯(lián)，已經(jīng)逐漸從以異步傳輸技術(shù)（ATM）為核心的通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐訧P通信協(xié)議為主導(dǎo)的通信網(wǎng)絡(luò)，ATM側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)邊緣數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的收集，光纖接入、無線接入成為主流。然而在實(shí)際的高速公路機(jī)電體系中通常存在多種通信方式，包括同步數(shù)字序列，異步傳輸，IP網(wǎng)以及多種通信方式的組合。各種通信方式和組合方式都可以在高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，但在性能上有所差異，需要根據(jù)高速公路機(jī)電體系的通信需要加以區(qū)分與選擇，綜合考慮不同通信方式的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性以及管理維護(hù)的便捷性。ATM over SDH技術(shù)是指以ATM交換設(shè)備為基礎(chǔ)，采用SDH傳輸網(wǎng)的通信技術(shù)，該技術(shù)整合了傳統(tǒng)ATM技術(shù)與SDH傳輸網(wǎng)的優(yōu)勢，既可以靈活、動(dòng)態(tài)地分配業(yè)務(wù)帶寬，又能夠縮短業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，擴(kuò)大業(yè)務(wù)傳輸容量，在統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之下完成數(shù)據(jù)的傳輸與交換，滿足高速公路機(jī)電體系通信需求的不斷攀升。ATM over SDH在高速公路機(jī)電體系中的應(yīng)用需要聯(lián)網(wǎng)通信和收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)之間保持物理層面的一致性，根據(jù)高速公路調(diào)度和管控需要建立骨干交換網(wǎng)、骨干傳輸網(wǎng)以及邊緣交換網(wǎng)。其中骨干交換網(wǎng)可以配置高性能的ATM交換機(jī)，交換機(jī)之間采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相互連接；骨干傳輸網(wǎng)采用SDH技術(shù)，配置相應(yīng)的自愈環(huán)結(jié)構(gòu)和智能監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測骨干傳輸網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)故障的智能化定位；邊緣交換網(wǎng)配置速率較低的ATM交換機(jī)，設(shè)置豐富的用戶網(wǎng)絡(luò)接口，支持多業(yè)務(wù)的接入與訪問[3]。

3.2 GPRS無線通信技術(shù)的應(yīng)用

通用分組無線業(yè)務(wù)（general packet radio service）利用GSM基礎(chǔ)設(shè)施提供速率高達(dá)100kbit/s分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)蜂窩接入技術(shù)。通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）僅在實(shí)際傳送和接收時(shí)才使用無線資源，避免浪費(fèi)無線資源。同時(shí)，GPRS無線通信技術(shù)可以支持用戶占用多個(gè)信道，同一個(gè)信道也可以被多個(gè)用戶共享，通過對數(shù)據(jù)分組的傳輸和接收降低通信成本，顯著提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸和交換效率，并且保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。與普通公路相比，高速公路機(jī)電體系面臨著更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)環(huán)境，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸和交換有著較高的需求，需要通過數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化采集、傳輸、處理與分析實(shí)現(xiàn)對高速公路的管理與維護(hù)，切實(shí)減少交通擁堵、降低安全事故發(fā)生幾率。GPRS無線通信技術(shù)具有更好的通信性能，信息傳輸能力更加強(qiáng)大，可以充分發(fā)揮高速公路機(jī)電系統(tǒng)在公路管理、調(diào)度中的作用。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以將GPRS無線通信技術(shù)運(yùn)用到高速公路機(jī)電體系的監(jiān)控系統(tǒng)中，在無須布設(shè)通信線纜的情況下，依靠移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備之間的無線通信，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集外場設(shè)備檢測到的道路、天氣等信息，全面掌握高速公路通行的實(shí)際情況；在收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS無線通信技術(shù)時(shí)可以擴(kuò)大通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，提升通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是在車流量較大的情況下，GPRS無線通信技術(shù)可以支持各類設(shè)備的運(yùn)行，識別車輛的車牌等信息并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣費(fèi)；在通信系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS無線傳輸技術(shù)可以及時(shí)向監(jiān)控中心反饋道路情況，使路政車輛內(nèi)配置的通信設(shè)施可以接收到調(diào)度管理指令，及時(shí)解決高速公路通行中的問題，保證高速公路通行的安全性[4]。

3.3 ITS的應(yīng)用

智能交通系統(tǒng)（ITS）是對信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等的高度集成，具有智能化、自動(dòng)化等顯著優(yōu)勢，可以對高速公路運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行智能感知，通過促進(jìn)人、車、路的相互協(xié)調(diào)從而在最大程度上緩解交通堵塞，降低安全事故的發(fā)生概率，減少高速公路運(yùn)行過程中的能源、資源消耗，推動(dòng)高速公路領(lǐng)域的綠色化、集約化發(fā)展。基于ITS技術(shù)的高速公路機(jī)電體系包含信息采集、信息處理分析、信息發(fā)布等多個(gè)組成部分。信息采集以GPS車載導(dǎo)航儀、車輛通行電子卡、紅外雷達(dá)檢測器等設(shè)備為基礎(chǔ)，車載裝置與高速公路機(jī)電體系內(nèi)的監(jiān)控設(shè)施、收費(fèi)設(shè)施等通過無線通信技術(shù)進(jìn)行信息交換與傳輸，車輛信息錄入到車載裝置的同時(shí)連入到高速公路機(jī)電體系的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)車輛行駛在高速公路上時(shí)機(jī)電體系內(nèi)的裝置、設(shè)施等便可以敏銳捕捉車輛相關(guān)信息，如位置信息、車速信息等，當(dāng)車輛欠費(fèi)時(shí)通過手機(jī)或車載終端向駕駛員發(fā)送信息并提醒其預(yù)存或及時(shí)繳費(fèi)[5]。

4 高速公路機(jī)電體系中通信技術(shù)應(yīng)用的不足

4.1 地區(qū)發(fā)展失衡

目前，高速公路機(jī)電體系中的通信技術(shù)主要應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，而在一些經(jīng)濟(jì)相對落后的地區(qū)，通信技術(shù)的應(yīng)用則較少。這導(dǎo)致了地區(qū)間信息傳輸?shù)牟黄胶猓绊懥苏麄€(gè)高速公路機(jī)電體系的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.2 技術(shù)創(chuàng)新能力不足

目前，我國通信技術(shù)與國際先進(jìn)技術(shù)相比有所滯后，一些關(guān)鍵技術(shù)都依賴國外技術(shù)轉(zhuǎn)讓。這導(dǎo)致我國在通信技術(shù)方面缺乏自主創(chuàng)新能力，難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的跨越式發(fā)展。

4.3 管理方面存在漏洞

在高速公路機(jī)電體系中，通信系統(tǒng)的管理和維護(hù)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。然而，目前的管理體系存在一定的漏洞和不足，如缺乏統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)、管理人員的素質(zhì)和能力不足等，這導(dǎo)致了通信系統(tǒng)管理和維護(hù)的不到位，影響了通信技術(shù)的正常應(yīng)用。

4.4 缺乏專業(yè)人才

高速公路機(jī)電體系中的通信技術(shù)應(yīng)用能正常運(yùn)行需要專業(yè)的技術(shù)支持，然而目前缺乏足夠的專業(yè)人才來滿足這一需求。這導(dǎo)致了上述體系中通信系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)存在一定的困難和挑戰(zhàn)。

5 針對上述不足，可以采取以下措施

5.1 促進(jìn)地區(qū)平衡發(fā)展

政府應(yīng)該加大對經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)的支持力度，推動(dòng)通信技術(shù)在這些地區(qū)的普及和應(yīng)用。可以通過政策扶持、資金支持等方式，鼓勵(lì)企業(yè)和社會資本參與高速公路機(jī)電體系的建設(shè)和運(yùn)營，促進(jìn)地區(qū)間的平衡發(fā)展。

5.2 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)

政府和企業(yè)應(yīng)該加大對通信技術(shù)研發(fā)的投入，提高自主創(chuàng)新能力，加快關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程。可以通過建立研發(fā)中心、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)等方式，推動(dòng)通信技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

5.3 完善管理體系

建立健全高速公路機(jī)電體系的管理機(jī)制，制定統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提高管理人員的素質(zhì)和能力。可以建立專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)通信系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理，確保通信系統(tǒng)的正常應(yīng)用。

5.4 加強(qiáng)人才培養(yǎng)

加強(qiáng)通信技術(shù)人才的培養(yǎng)，提高專業(yè)人才的素質(zhì)和能力。可以通過高校、企業(yè)、行業(yè)協(xié)會等多渠道，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)人才，為通信技術(shù)的發(fā)展提供人才保障。

5.5 推廣智能化應(yīng)用

加強(qiáng)智能化技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，提高高速公路機(jī)電體系的智能化水平。可以通過引入人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化管理，提高通信技術(shù)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

應(yīng)用通信技術(shù)在高速公路機(jī)電體系中的運(yùn)用，保證了高速公路通行安全性，提高路網(wǎng)通行效率，并推動(dòng)高速公路機(jī)電體系網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。現(xiàn)階段高速公路里程迅速增加，機(jī)電體系網(wǎng)絡(luò)建設(shè)愈發(fā)完善，需要根據(jù)高速公路管理要求選擇相應(yīng)的通信技術(shù)，將通信技術(shù)運(yùn)用到監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中，以此提高高速公路機(jī)電體系的運(yùn)行效率，提升高速公路管理與服務(wù)水平。為了推動(dòng)通信技術(shù)在高速公路機(jī)電體系中的應(yīng)用和發(fā)展，需要采取一系列措施，包括促進(jìn)地區(qū)平衡發(fā)展、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)、完善管理體系、加強(qiáng)人才培養(yǎng)和推廣智能化應(yīng)用等。

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