试析高速公路机电体系中的通信技术应用与不足

摘要：机电体系是高速公路运行体系的重要组成部分，主要起到实时监控、费用收取、安全保障等作用。该文简要分析高速公路机电体系的组成，论述高速公路机电体系中通信技术的应用价值，探究了ATM over SDH技术、GPRS无线通信技术、ITS通信技术在高速公路机电体系中的具体应用，以及通信技术应用不足与改进措施，旨在为高速公路机电体系的完善提供思路和方法。

关键词：高速公路；机电体系；通信技术；应用与不足；改进措施

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.049

中图分类号：TP 277 文献标志码：A 文章编码：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

伴随着科技的进步，高速公路机电体系中的通信系统愈发完善，并成为监控和收费系统的综合信息传送平台，为了满足高速公路的高质量发展需要，应当加快推进新技术在高速公路机电体系中的应用。

1 高速公路机电体系的组成

一是监控系统。高速公路机电体系内的监控系统起到实时监控高速公路通行情况的作用，设置在监控中心内的计算机系统采用局域网结构，具备全天候、不间断、连续性作业的功能，监视设备负责采集外场设备所检测到的车流量、车速等信息，所采集的信息具有多元化的特点，包括视频信息、数据信息、语音信息等，采集后的信息依靠计算机系统的处理与分析功能智能化监测高速公路的通行状况，提供智能化的控制方案，并通过情报板等设备发布路况信息，为司乘人员等提供帮助[1]。

二是收费系统。高速公路一般采用四级收费机制，收费车道将信息汇总后传输给收费站，收费站与各个运营公司的收费中心进行数据通信，最后进入上级收费结算中心。车道与收费站之间以局域网连接，各级收费站之间建立专用的通信网络。收费站一般设有人工收费通道与ETC通道，识别车辆车牌号并收取相应的费用。

三是通信系统。通信系统是高速公路机电体系中的信息传输平台，在监控高速公路运行状态的同时为监控系统、收费系统提供数据和技术支撑。信息传输速率以及传输过程的可靠性、持续性、稳定性、准确性和安全性将直接影响高速公路的管理质效。

2 高速公路机电体系中通信技术的应用价值

通信系统是高速公路机电体系中不可或缺的组成部分，可以实现车辆与道路设备、各级管理部门之间的信息传递、信息交互。在高速公路机电体系运行过程中，通信系统能够实时传输监控设备所检测到的数据，如车速、车流量、车辆间距、车辆行驶轨迹等，当出现交通拥堵时，通信系统中的计算机系统经过信息采集—分析处理生成智能化道路控制方案，通过发布情报板信息、切换信号灯、现场指挥等多种方式解决交通拥堵问题。通信技术在高速公路机电体系中的运用可以根据实际情况确定高速公路机电通信系统的结构、网络连接形式，满足道路管控需要，保证高速公路畅通与安全。与此同时，高速公路机电体系内的机电设备具有数量多、智能化与信息化程度较高的特点，在收费管理过程中利用监视设备、识别设备等获取车辆信息，而人工收费过程烦琐，工作量较大。在高速公路机电体系中应用通信技术实现自动化收费，大幅度提高收费管理效率，提升驾驶员的满意度。利用无线通信技术实现与车载通信设施的信息交互，为驾驶员提供车辆导航、信息查询等服务，满足驾驶员的多元化需要，切实提高高速公路服务水平。除此之外，高速公路机电体系规模大、结构复杂、机电设备数量较多，对通信系统的安全性、稳定性提出了更高的标准。在高速公路机电体系中运用现代化通信技术，在保障信息安全性的前提下提高信息传输速率，为保障交通管理、车辆追踪等提供技术支撑，有助于提升高速公路的运营水平[2]。

3 高速公路机电体系中通信技术的实际应用

3.1 ATM over SDH技术的应用

网络化、智能化是现阶段高速公路机电体系的发展趋势。伴随着高速公路运营里程的迅速增长，高速公路机电体系的通信需求也从内部通信转变为广域通信，面向整个路网体系的协调运行与信息互联，已经逐渐从以异步传输技术（ATM）为核心的通信网络转变为以IP通信协议为主导的通信网络，ATM侧重于网络边缘数据业务的收集，光纤接入、无线接入成为主流。然而在实际的高速公路机电体系中通常存在多种通信方式，包括同步数字序列，异步传输，IP网以及多种通信方式的组合。各种通信方式和组合方式都可以在高速公路机电通信系统中实现，但在性能上有所差异，需要根据高速公路机电体系的通信需要加以区分与选择，综合考虑不同通信方式的经济性、安全性、可靠性以及管理维护的便捷性。ATM over SDH技术是指以ATM交换设备为基础，采用SDH传输网的通信技术，该技术整合了传统ATM技术与SDH传输网的优势，既可以灵活、动态地分配业务带宽，又能够缩短业务传输时延，扩大业务传输容量，在统一的拓扑结构之下完成数据的传输与交换，满足高速公路机电体系通信需求的不断攀升。ATM over SDH在高速公路机电体系中的应用需要联网通信和收费系统、监控系统等子系统之间保持物理层面的一致性，根据高速公路调度和管控需要建立骨干交换网、骨干传输网以及边缘交换网。其中骨干交换网可以配置高性能的ATM交换机，交换机之间采用网状结构实现相互连接；骨干传输网采用SDH技术，配置相应的自愈环结构和智能监测装置，实时监测骨干传输网的运行情况，实现对网络故障的智能化定位；边缘交换网配置速率较低的ATM交换机，设置丰富的用户网络接口，支持多业务的接入与访问[3]。

3.2 GPRS无线通信技术的应用

通用分组无线业务（general packet radio service）利用GSM基础设施提供速率高达100kbit/s分组数据业务的移动蜂窝接入技术。通用分组无线业务（GPRS）仅在实际传送和接收时才使用无线资源，避免浪费无线资源。同时，GPRS无线通信技术可以支持用户占用多个信道，同一个信道也可以被多个用户共享，通过对数据分组的传输和接收降低通信成本，显著提高数据业务的传输和交换效率，并且保证数据质量。与普通公路相比，高速公路机电体系面临着更加复杂的业务环境，对数据业务的传输和交换有着较高的需求，需要通过数据的实时化采集、传输、处理与分析实现对高速公路的管理与维护，切实减少交通拥堵、降低安全事故发生几率。GPRS无线通信技术具有更好的通信性能，信息传输能力更加强大，可以充分发挥高速公路机电系统在公路管理、调度中的作用。在实际的应用中，可以将GPRS无线通信技术运用到高速公路机电体系的监控系统中，在无须布设通信线缆的情况下，依靠移动通信网络实现监控设备之间的无线通信，监控系统实时采集外场设备检测到的道路、天气等信息，全面掌握高速公路通行的实际情况；在收费系统中应用GPRS无线通信技术时可以扩大通信网络的覆盖面，提升通信系统、收费系统的稳定性，尤其是在车流量较大的情况下，GPRS无线通信技术可以支持各类设备的运行，识别车辆的车牌等信息并实现自动扣费；在通信系统中应用GPRS无线传输技术可以及时向监控中心反馈道路情况，使路政车辆内配置的通信设施可以接收到调度管理指令，及时解决高速公路通行中的问题，保证高速公路通行的安全性[4]。

3.3 ITS的应用

智能交通系统（ITS）是对信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术等的高度集成，具有智能化、自动化等显著优势，可以对高速公路运行环境进行智能感知，通过促进人、车、路的相互协调从而在最大程度上缓解交通堵塞，降低安全事故的发生概率，减少高速公路运行过程中的能源、资源消耗，推动高速公路领域的绿色化、集约化发展。基于ITS技术的高速公路机电体系包含信息采集、信息处理分析、信息发布等多个组成部分。信息采集以GPS车载导航仪、车辆通行电子卡、红外雷达检测器等设备为基础，车载装置与高速公路机电体系内的监控设施、收费设施等通过无线通信技术进行信息交换与传输，车辆信息录入到车载装置的同时连入到高速公路机电体系的数据库中，当车辆行驶在高速公路上时机电体系内的装置、设施等便可以敏锐捕捉车辆相关信息，如位置信息、车速信息等，当车辆欠费时通过手机或车载终端向驾驶员发送信息并提醒其预存或及时缴费[5]。

4 高速公路机电体系中通信技术应用的不足

4.1 地区发展失衡

目前，高速公路机电体系中的通信技术主要应用在经济较为发达的地区，而在一些经济相对落后的地区，通信技术的应用则较少。这导致了地区间信息传输的不平衡，影响了整个高速公路机电体系的协调发展。

4.2 技术创新能力不足

目前，我国通信技术与国际先进技术相比有所滞后，一些关键技术都依赖国外技术转让。这导致我国在通信技术方面缺乏自主创新能力，难以实现技术的跨越式发展。

4.3 管理方面存在漏洞

在高速公路机电体系中，通信系统的管理和维护是一个重要的环节。然而，目前的管理体系存在一定的漏洞和不足，如缺乏统一的管理标准、管理人员的素质和能力不足等，这导致了通信系统管理和维护的不到位，影响了通信技术的正常应用。

4.4 缺乏专业人才

高速公路机电体系中的通信技术应用能正常运行需要专业的技术支持，然而目前缺乏足够的专业人才来满足这一需求。这导致了上述体系中通信系统的运行和维护存在一定的困难和挑战。

5 针对上述不足，可以采取以下措施

5.1 促进地区平衡发展

政府应该加大对经济落后地区的支持力度，推动通信技术在这些地区的普及和应用。可以通过政策扶持、资金支持等方式，鼓励企业和社会资本参与高速公路机电体系的建设和运营，促进地区间的平衡发展。

5.2 加强技术创新和研发

政府和企业应该加大对通信技术研发的投入，提高自主创新能力，加快关键技术和设备的国产化进程。可以通过建立研发中心、引进先进技术等方式，推动通信技术的创新和发展。

5.3 完善管理体系

建立健全高速公路机电体系的管理机制，制定统一的管理标准和规范，提高管理人员的素质和能力。可以建立专业的管理团队，负责通信系统的日常维护和管理，确保通信系统的正常应用。

5.4 加强人才培养

加强通信技术人才的培养，提高专业人才的素质和能力。可以通过高校、企业、行业协会等多渠道，培养具有创新能力和实践经验的高素质人才，为通信技术的发展提供人才保障。

5.5 推广智能化应用

加强智能化技术在通信领域的应用，提高高速公路机电体系的智能化水平。可以通过引入人工智能、大数据等技术，实现通信系统的自动化和智能化管理，提高通信技术的运行效率和稳定性。

6 结束语

应用通信技术在高速公路机电体系中的运用，保证了高速公路通行安全性，提高路网通行效率，并推动高速公路机电体系网络化、智能化发展。现阶段高速公路里程迅速增加，机电体系网络建设愈发完善，需要根据高速公路管理要求选择相应的通信技术，将通信技术运用到监控系统、收费系统和通信系统中，以此提高高速公路机电体系的运行效率，提升高速公路管理与服务水平。为了推动通信技术在高速公路机电体系中的应用和发展，需要采取一系列措施，包括促进地区平衡发展、加强技术创新和研发、完善管理体系、加强人才培养和推广智能化应用等。

参考文献

[1] 喻全红．高速公路机电系统中通信系统的应用[J]．运输经理世界，2021（23）：159-161．

[2] 贾圆飞．通信系统在高速公路机电工程中的应用探究[J]．黑龙江交通科技，2020，43（4）：181，183．

[3] 罗成武．高速公路机电工程通信系统技术及应用[J]．黑龙江交通科技，2020，43（4）：250-251．

[4] 曲宏刚．现代高速公路机电通信系统新技术分析[J]．数字通信世界，2019（4）：110-111．

[5] 胡向春．高速公路机电工程通信系统技术探微[J]．电子世界，2018（18）：191-192．