北京高速公路机电系统网络构成与信息传输

1、高速公路机电系统网络构成与信息传输高速公路机电系统由监控、收费、通信三大系统构成,其中通信系统属于基础类设施,为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图象传输通道,而监控、收费系统也是由功能各异的计算机通讯网络构成。本文仅以京津高速公路(北京段为例,详细论述目前较为流行的高速公路机电系统构成和信息传输的特点。一、通信系统网络及数据图象传输系统京津高速公路全路铺设36芯光缆,采用同步光纤数字传输系统(SDH STM-4、光纤接入网系统会同程控数字交换系统形成一套中兴综合业务通信系统。全路共5个通信节点站(4个收费站,1个监控中心,除在中心配备ADM+OLT(光线路终端外,其余4个无人站均采用光纤综

2、合业务接入网设备ONU,而没有采用前些年流行的ADM+PCM结构,因为PCM只能将低速数据(64kbps,v.24,v.35等复用成2Mbps通过ADM 上传至中心,而ONU不但可以直接接入这些低速数据,而且提供了2Mbps高速数据接口,此外还具备ISDN、CATV等综合业务接口。根据北京市收费联网需要,ONU设备至少还需增加一个e1(g.703接口(2Mbps板和以太网网络接口板。这4台ONU自身具备传输模块,速率与SDH干线一致,为STM-4(622Mbps,它们通过4根光纤构成环形自愈网,以提高网络通信的可靠性。通信系统为收费、监控提供的传输功能简述如下:1.监控数据传输监控中心和各通信

3、站综合业务接入网的中兴设备提供业务通道中一个的以太网网络接口用来传输监控数据。监控中心用服务器综合处理监控数据,各通信站用串口服务器来分配串口,而监控数据传输到外场设备则采用数字传输方式,通过OSD数据光端机完成。2.监控图象传输监控系统在全路设臵了一定数量的摄象机,各摄象机的图象和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄象机的图象和控制信号传输提供光电缆,视频图象信号和控制信号经过级联式数字/视频光端机多路串联复用后,占用一根光纤传输到监控中心。3.收费数据传输收费数据分三级管理:监控中心计算机、收费所计算机及收费车道控制器。三者之间的数据传输是通过中兴设备数据通道直接传输的,各通信站的O

4、NU设备提供必要的以太网网络数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站房和监控中心的交换机连接起来的,而收费车道与收费站房之间用光纤收发器以数字光纤方式传输。4.收费图象传输收费系统在各收费车道、广场以及出口亭内均设臵了摄象机,各摄象机的图象信号要传到收费/监控中心。从摄象机到收费站房的视频及控制信号传输是由兆维光端机完成的,而收费图象及控制信号的远程传输与监控的有所不同,采用OSD光端机复用传输。二、收费系统网络构成与数据传输收费系统计算机网络由以太网组网构成,分为收费中心计算机局域网、收费所计算机局域网和收费站局域网。收费中心局域网主要由各种收费服务器及功能各异的工作站组成,如数据库服务器、

5、传输服务器、Web服务器,以及内网计算机,数据处理计算机,图形计算机等。收费所局域网主要由收费所服务器和管理工作站、票务工作站组成;收费站局域网主要由各个车道工控机和光纤收发器传输组成。三种局域网均采用交换机和UTP-5传输线缆组成10/100M以太网,三者间由中兴ONU 设备以太网数据传输通道相连接。三、监控系统网络结构与数据传输监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括监控服务器、串口服务器、交换机、终端计算机等组成。这些计算机组成局域网,组网方式与收费中心局域网类似,只是多了一台串口服务器,用于外场设备与中心设备的数据通信管理。外场设

6、备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气象检测器等。由于这些检测点(数据采集点距离通信站房较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台OSD低速数据光端机,将数据传到就近通信站房的串口服务器,最后通过中兴ONU设备传至监控中心监控服务器。四、收费和监控图象信号的传输前面已经讲到监控和收费系统的图象传输,监控系统是将图象信号和摄象机控制信号复用后再级联传输到监控中心,其多路图像信号占用一根光纤传输;而收费系统图象分别来自收费亭内摄象机、车道摄象机、广场摄象机,这些图象信号都要上传到监控/收费中心,中心即可将其保存在硬盘录像机用以历史查询又可根

7、据管理需要即时切换到任一个摄象机信号进行处理。收费系统均采用多路视音频数字光端机进行传输,其每根光纤可传输多达10路以上视频信号及20路以上音频信号。两种光纤传输模式的光纤利用效率都很高。随着车流量的增加,高速公路监控管理的作用越来越突出,而摄象机作为最直观的监视设备被管理人员越来越重视,目前,国内许多高速公路的交通量密集路段实现了全路监控。随着摄象机数量增多,原来敷设的光纤芯数变得紧张甚至不够使用,这为视频信号的远程传输带来了新的课题。目前,视频图像传输的发展方向为使用数字压缩技术的IP网络传输:即先将图象压缩编码,利用网络数据通道传输,最后在终端利用解码设备解码解压后恢复。它的优点是便于数

8、字化存储、处理,灵活性大,随着SDH干线传输频率越来越高,这种方法的优越性越来越突出,扩展空间是广阔的,由于适应了数字化多媒体时代的发展要求,数字视频技术得到了广泛应用。目前采用的数据编码格式有MPEG(动态图象专家组、JPEG 等,MPEG又分为MPEG-1,MPEG-2,MPEG-3, MPEG-4,MPEG-16等.它们之间的区别不仅在于传输速率,而且有着质的不同。目前,适应MPEG-1/MPEG-4传输模式,较为成熟实用的方法是:将视频图象压缩成MPEG-1(速率可选为2Mbps格式,利用ONU上的2Mbps接口进行远距离传输。目前大部分成熟的数字监控系统,图像压缩基本上都是基于MPE

9、G-1,H261,H263和H264标准(包括数字化远程会议电视,采用e1信道(2Mbps传输一路实时视频和双向音频信号,控制信号通过v.24接口传输。这种图像压缩编码技术明两大缺点,一是信号带宽较窄,图像边缘轮廓模糊;二是在压缩比较高时,会引起图像分块边缘不连续,从而导致“马赛克"现象。因此人们又开发出新一代图像编码技术-小波变换图像编码,它是一种不受带宽限制的图像编码方法,可以在极高的压缩比下清楚地观察图像局部细节,图像质量比MPEG-1有很大提高。当然,要进一步提高图象质量,还可以采用MPEG-2数据格式,传输速率在8Mbps时,图象质量已经接近模拟视频信号的标准,只是带宽牺牲较大。由于光纤传输技术和图像处理技术的高速发展,采用数字技术传输视频图像信号已进入实际应用。其中,2011年京开路改造工程中的视频图像信号传输采用的就是华鼎恒业公司的SVIX系列的I