高速公路三大系统的通信原理

摘要：通信原理是高速公路三大系统正常工作的基础，其设计源于国外，长期以来三大系统的通信被定义为复杂、庞大，而鲜有深入研究。必须对高速公路通信系统的原理进行深入分析，才能更好的实现其应用。本文即进行高速公路通信系统的原理剖析。
　　关键词：高速公路；通信系统；原理；应用
　　通信系统是高速公路机电系统的关键，是高速公路服务功能和效益能够充分发挥的基础和重要保障。高速公路通信系统是高速公路的基础设施，主要为高速公路以收费、监控、通信为核心的三大系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道，高速公路通信系统一般由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。
　　目前绝大部分高速公路的建设是各条路单独修建、单独管理，各高速公路路公司和高速公路管理部门根据自身需求，设立相应的通信系统。一般的高速公路通信系统设计理念源于国外，一般是复杂、庞大的代名词。国内通信系统的设计者在设计时通过对国外资料的消化和国内曾有的通信系统进行综合，设计高速公路的通信系统。一般的设计人员以行驶在其所管辖的高速公路上的车辆提供控制、诱导等服务。
　　国内高速公路通信系统存在很多不足，主要原因是国内设计人员对通信系统的原理不太了解，对其应用研究不深入。而由于其复杂性，国内大多高速公路管理部门和科研机构开展高速公路通信系统的原理和应用研究的并不很多。
　　对高速公路通信系统的原理进行剖析有重大意义。首先，可以及时、准确、完整地收集各条高速公路的各类信息，如交通、事故、路况、气象等，从而可直观地监视全高速公路网的交通运行情况；其次，必要时对相邻高速公路的交通监控系统发出调度指挥指令；当发生重大交通事故、火灾、台风等自然灾害时，可及时发现并直接观测、从而采取相应措施；利用通信系统，可以捕获实时信息，为更科学地高速公路网的使用、保养、维护等提供决策依据。
　　1收费系统的通信
　　高速公路联网收费系统可以实现半自动和ETC两种收费方式，可选用IC卡、磁票、二维条卡作为通行券，支持现金、预付卡、储值卡等支付方式；
　　各级收费站实时监测出入口车道的设备状态；各级系统可以自动统计交通量、通告量曲线图；实现了对路费、通行券、票据、设备等的严格管理，杜绝舞弊行为。
　　目前，高速公路均为计算机联网收费。现在最常用的高速公路收费系统采用半自动收费方式，即人工判别车型，车道入口发放通行卷，出口验卷，计算通行费，人工收费，计算机管理，辅以车辆检测器校核，闭路电视监视。近期，逐步实现自动收费方式，ETC以其方便、快捷成为未来发展的主流。
　　1.1收费系统的管理体制
　　收费系统的管理体制由四级构成，由各省高速公路联网收费管理中心进行统一管理，具体的包含省收费总中心、片区收费分中心、路段收费分中心以及各收费站。
　　收费系统的管理主要由计算机中心为核心的计算机网络构成。与管理体制相对应，计算机网络系统也分为四层，各层之间由路由器或者三层以太网交换机通过通信系统提供的10/100M或2M通道相连，每层以以太网交换机为节点构成星型网络拓扑结构，同时各层配有功能不同的工作站和服务器等设备。
　　1.2收费数据的传输
　　收费数据是收费系统进行管理的关键，一般地收费数据的传输分为三级，分别是收费中心的收费数据、收费站的收费数据和各收费车道的收费数据。
　　收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站提供2M以上数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在区域收费联网的情况下，路由器至少要具备两个通路，一路传往收费中心，一路传往区域拆分账务中心。
　　收费数据终端可采取小集中上总线和分散上总线两种方式。一般采用小集中方式，这种方式具有便于通信管理、通信协议层次分明、软件编制容易、节省系统扫描时间、阻抗容易匹配、扩充容量大和减少调制解调器数量等优点。
　　1.3收费图像数据的传输
　　收费图像数据非常重要，关系到收费数据的准确性校验。收费图像数据是收费数据中数据量最大的数据，因此传输时的数据量较大，与收费数据的传输相比需要单独考虑。收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。
　　从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，一般采用复用方式。
　　每个收费站都会有图像数据，因此各收费站的摄像机集成至多个摄像机，其图像对应一芯光纤，各摄像机的控制信号是由调制解调器通过控制信号线传输的。
　　2通信系统
　　高速公路通信系统事实上是一个通信网络，主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成。
　　2.1通信系统的数据传输方式
　　高速公路数据传输分为基带传输和频带传输两种方式。
　　由信息转换过来的原始信号所固有的频带叫做基本频带，或称“基带”。不经调制．而把基带信号直接经过信道传到接收端，并还原为信息的通信系统，称为基带传输系统。
　　基带传输方式适用于局域网，近距离传输数据，特别适用于在本地用户线上和专用线上传输数据。它的传输线路主要为市话电缆。它具有结构简单、传输速率高、传输质量高、功耗小、易于实现一机多速等优点。
　　目前的公用通信网多为传输模拟信号而设计，不能直接用于传输离散的数字基带信号。为了在模拟信道上传输数据，需要采用“调制方式”，即把基带信号变换成适合于在载波电路中传输的带通信号。在接收时，要进行“解调”，使信号还原。频带传输适用于各种模拟线路，广泛应用于公用网。
　　2.2通信干线传输
　　长途通信干线传输系统设计的正确与否，决定着整个通信系统质量，它不仅关系到能否实现，还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前，高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。
　　高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信，这是因为:高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通，信量较大，选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点，是其它通信传输方式无可比拟的。光缆通信中继距离长，适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。
　　2.3程控交换机
　　程控交换机是高速公路通信系统的核心，高速公路通信系统采用三级程控交换。第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心，其主要职能是完成本局终端的话务接转，汇接所有来话、去话的转接任务，并与二级公路网中心联接，完成本局话务接续与本局以外的话务转接；第三级交通管理中心分别对应设在各高速公路公司下属的管理所，其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要，各级交通交换中心之间均可进行互连，以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。三级程控交换的设计符合高速公路通信系统业务的内容和特点
　　2.4移动通信系统
　　移动通信，就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网，也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游，管理也比较方便，可以省去了自己建网的费用，但公用蜂窝移动通信网费用很高，同