高速公路隧道监控环网组成方式浅析

■文/邢文俊

随着我国高速公路产业的发展，技术的成熟，地区、地形的需要以及管理、运营观念的转变，高速公路隧道的设置已经日趋普遍。而隧道监控系统作为运营阶段最为直观的隧道管理方法，也一直是高速公路监控系统中至关重要的一个环节。针对日益完备的监控理论及数量渐多的监控设备，隧道监控环网的组成方式也变得越来越多样化。

一、现行的组网方式

经过多年的发展，我国现行的高速公路隧道监控系统的控制及数据传输组网方式已经形成了数据传输与视频传输分别单独设置的固定模式。

1.数据传输组网方式

常用的数据传输组网方式可分为以下几种形式：

① 点对点传输方式（线形传输）

当隧道内或隧道口监控设备较少时采用的数据传输方式。

② 环网传输方式（环形网络结构）

当隧道内监控设备较多且均匀分布时采用的网络构成方式。

③ 集中上传方式（星形网络结构）

当隧道口或隧道内集中区域内监控设备数量较多时采用的网络构成方式。

2.视频传输组网方式

针对隧道长度的区别，对隧道区域的视频监控可分为隧道洞口视频监控及隧道内视频监控两部分。

①隧道洞口视频监控

对于全线隧道数量较少的路段，一般采用点对点的传输方式，即各隧道洞口的遥控摄像机及隧道机房固定摄像机分别与隧道管理所或监控分中心通信；对于隧道数量多或路线线形复杂的路段，则采用环网传输方式，即外场视频一一相接，形成环形数据网络，再由环网中与隧道管理所或监控分中心相邻的两个节点将整个网络中的视频数据传输至中心控制设备内。

②隧道内视频监控

由于国家推荐性行业标准中规定了隧道内固定摄像机的设置间距不宜大于150米，就决定了隧道内视频监控的组网方式大多为环网传输方式。有所不同的是：部分路段将各个隧道的每个视频环路均接至监控分中心，由监控分中心的视频控制设备分别与其构成环路，而有些路段则先将视频环路接至隧道管理所，再由各个隧道管理所构成一个更大的环网，达到视频大环的效果；另外，由于国内各省管理中心选用设备的品牌不同，限于部分品牌设备硬件规格的原因，造成视频环路中可容纳的视频路数有所区别，但总体的网络构成方式是不变的。

二、创新的组网方式

上述传统的组网方式能够满足实际使用的需求，但在实际的工程实施及后期维护过程中，一些更好的组网方式逐渐被发现，它们可以在不提高甚至降低成本的情况下，达到同样的实际使用效果。

1.关于数据与视频传输设备的共用

原有的监控数据网络与监控视频网络从传输物理层上讲是相对独立的。而在即将实施的承张高速公路承德段内，建设单位考虑采用同一传输设备将距离较近的隧道内监控设备（例如车辆检测器、可变信息标志）与隧道内固定摄像机一并传输至隧道管理所或监控分中心，再由隧道管理所或监控分中心的接收设备端将数据与视频分别传至各自的交换机中。

2.关于隧道内本地控制器网络的活用

原有的本地控制器网络内容较为单一，仅为本地控制器的组网及相邻的不间断电源（UPS、EPS）提供传输通道。而在照明及风机低压柜在隧道内分散设置的时候，本地控制器网络的节点较多，不间断电源的数量也较多，就近的监控设备与本地控制器网络的传输设备距离就相对地缩短了。因此，可将隧道内监控设备一并接入本地控制器的网络，共用物理传输资源。

3.关于隧道洞口的监控设备

原有的隧道洞口监控设备首先将数据传输至隧道口机房，再进行下一步的上传。此部分传输由于物理路由简单，距离近，通常采用点对点传输方式。在实际应用中，由于隧道口车辆检测器、可变信息标志及遥控摄像机的距离较近，可考虑将其数据合并上传。而作为核心的网络构成设备及传输设备，隧道洞口的以太网交换机及工业级光端机的作用则显得过为重要。新的组网方式是将隧道洞口的监控传输设备连接成环网方式，并通过四光口的数据传输设备使其与其他数据传输网络（例如本地控制器网络）中就近的两个节点并联，做到一主一备的1+1保护。

三、优劣对比

现行的网络构成方式中，线形网络及星形网络应用较多，但线形网络虽然有着一处故障不影响其他设备的好处，但投资较大，占用资源较多；而星形网络中网络中心节点的作用过于关键，一旦中心节点的设备故障，则会出现大面积设备数据无法传输的现象，影响较为严重。故，在不显著增加投资的情况下，应优先考虑选用环形网络构成方式，以提高整个数据网络的安全性、稳定性及丰富性。

1.数据视频共用的优势

由于高速公路的长隧道及特长隧道中，监控设备（例如车辆检测器、可变信息标志）的数量不多，布设相对集中，而固定摄像机布设距离多为150米一套，对监控设备的布设范围基本可以覆盖。同时，随着工业级数据传输技术的发展，数据与视频共同传输的一体式设备也已经极其普遍，设备成本上也优于独立设置的方式，更为经济。因此，将数据与视频合并传输，不仅可以节约建设成本，减少可预见的故障点，还可以节省光纤资源，使隧道内监控光缆的配纤更为自由、灵活，达到实施简易，维护方便的效果。

2.本地控制器网络扩展的益处

当照明系统及通风系统的低压控制柜设置于隧道内时，隧道内如选用本地控制器控制方法，设备的布设将会十分分散。而根据国家行业标准中对照明系统及通风系统的设备布设原则的描述，及需控制点的数量可大致确定，本地控制器的数量不会很大且布设平均。这就使得本地控制器网络的传输设备布设区域亦可基本覆盖隧道内的监控设备。此种网络扩展的益处在隧道变电所或隧道监控设备机房设置于隧道内横洞位置的时候体现得尤为明显。

福建省永宁高速公路的隧道供配电系统中，就设置了横洞变电所。当其中隧道长度大于2500米，需要设置隧道内车辆检测器及可变信息标志的时候，隧道内监控专用的8芯光缆资源就显得十分紧张。由于采用集中供电方式的原因，隧道洞口并未单独设置变电所及监控系统用的设备机房。这就使得隧道内及隧道洞口的所有监控设备均需将数据传输至隧道内的横洞变电所内。鉴于隧道口监控设备的布设规则基本成熟，设备的数量就也已经确定。如果累积计算横洞变电所内需与隧道口主干光缆接续的芯数及位于洞口的远端本地控制器需与位于横洞变电所内的主本地控制器之间通信所用的芯数，那么在隧道进口区域，设计的八芯光缆就已基本用尽，无备用芯数。

而如果使用本地控制器网络的拓展，就可将隧道洞口的监控设备首选传输至位于隧道洞口的远端本地控制器处，再由远端本地控制器的传输设备仅利用一芯光纤将所有的监控数据传输至横洞变电所。此种方式在隧道内监控设备与横洞变电所之间的区域亦可以推广使用，均可以达到很好的实际效果，节省了光缆材料的建设成本，而不增加其他系统的投入及开支。

3.隧道洞口监控设备重新组网的新意

现在广泛采用的洞口监控设备数据汇流方案是将所有洞口设备传至隧道机房，再进行上传。而重新组网后，每个监控设备均采用节点型传输设备，如此既可节省了原来必须的成对出现的点对点传输设备，同时，也可以摒弃惯用的八芯光缆而改用四芯光缆。由于改为环网方式进行数据传输，不再需要根据设备的数量增加而扩大光缆芯数的设计，仅需要一主一备两芯光纤即可实现原有的功能。在接入其他数据网络的时候，可选择距离洞口最近的网络节点。采用分别接入两个节点位置是考虑到如果采用单节点方案时，此节点的作用又会过于重要。一旦此节点位置的设备故障，洞口设备的数据环网就会与中心彻底失去联系，与原来的星形网络并无本质的区别了。采用双节点方式即可在其中一个节点出现故障的同时，仍然保证起码的正常数据通信，网络稳定性更高。

四、结语

环形的网络构成方式在通信行业中已经长时间稳定地使用了。甚至在高速公路的通信系统中，也将环形网络作为主要的网络构成方式。以往及现在正在使用中的监控系统在主线监控及部分隧道监控中也使用过环网方式，但并不全面。在今后的建设计划中，环形网络将得到广泛的发展与应用。那么，作为强调管理安全性、方便性、快捷性的高速公路隧道监控系统中，环形网络构成方式就应该得到大力的推广及彻底的应用。注重细节，开拓创新，勇于实践则会使隧道监控系统更加人性化，科技化、合理化。