第1节 高速公路信息管理系统

1、第一节 高速公路信息管理系统 机 械 工 业 出 版 社 好 高速公路信息管理是由多个子系统构成的复 杂信息系统，一般至少高速公路信息系统组 成的组成部分，其中决策支持等子系统称为 信息增值服务系统。 高速公路信息系统的组成 系 统 名 称系 统 类 型对其他系统的依赖性 高速公路收费系统事务管理* 高速公路监控系统事务管理* 高速公路设计资料工程数据库数据管理* 高速公路养护管理系统事务管理* 高速公路事故信息分析系统决策支持* 高速公路灾害应急管理系统指挥系统* 高速公路公众信息服务系统信息发布* 高速公路网规划决策支持系统决策支持* 高速公路战略决策支持系统决策支持* 壹公路信息基本情况

2、 PART ONE 公路通信组成公路通信组成 1 公路通信系统是高速公路的重 要组成部分，是高速公路管理、运 营不可缺少的基础设施，是高速公 路实现安全、畅通、舒适、经济和 高效运营的必要手段。 高速公路通信的特点高速公路通信的特点 2 (1)分散性高速公路线路遍布全国各地， 连接的点多、面广、线长，呈带状离散分布。 (2)流动性高速公路的路政管理和收费 征稽是保证高速公路长期正常运营的重要工 作，对违章的人员要及时处罚，并采取强制 的手段。 高速公路通信的特点高速公路通信的特点 2 (3)实时性高速公路通信中重要的一 部分是为安全、调度服务。 (4)双重性公路通信主要是保障公路 本身交通运行

3、安全、满足路政管理和运输 经营需求的专用通信。 公路通信的地位和作用公路通信的地位和作用 3 (1)公路通信是公路运输行业的重要基 础设施公路通信是服务于公路运输行业 的专用通信，主要用于确保道路的安全通 行和管理服务，提供运营的技术支持手段。 公路通信的地位和作用公路通信的地位和作用 3 (2)公路通信是国家公网不可替代的专 用通信高速公路通信网是为了解决高速 公路的特殊需要而组成的网络，网络结构 和通信设备是按高速公路生产的实际要求 而配置。 公路通信的地位和作用公路通信的地位和作用 3 (3)公路通信是高速公路管理的必要手 段高速公路的管理不同于普通的传统管 理方式，是一项技术密集的新型

4、动态管理。 公路通信的地位和作用公路通信的地位和作用 3 (4)公路通信是ITS重要的实施手段 ITS重要的实施手段是通过信息系统向用 户直接发布各种交通信息，核心技术是电 子、信息、通信和系统工程，而通信系统 是先决条件和基础资源。 贰 高速公路通信网的发展趋势 PART TWO 高速公路通信系统不但要提供监控系统和收费系统 的数据、语音和图像等传输通道，而且要保证各高速公 路各管理部门之间业务联络通信的畅通，并要为高速公 路内部各部门和外界建立必要的联系。同时，高速公路 通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分，是交通 信息的主要传输载体，要为各种网络及会议电视系统提 供传输通道。 光纤传

5、输 壹 随着高速公路通信网规模的迅速扩大， 多媒体新业务的开发，同步数字体系 (Synchronous Digital Hierarchy， SDH)的不足逐渐表现出来。SDH是按照国 际标准和国家标准生产和完善的光纤传输设 备，我国高速公路通信系统除早期采用 PDH(准同步数字系列)外，后期基本上是 采用SDH系统。 光纤接 入网的应 用 贰 随着社会的发展，用户对电信业务开始 由传统的电话、电报业务转向视频、数据、 图像、多媒体等非语音业务，原来的用户线 不能满足要求。为此，人们提出了接入网的 概念。 好 光纤接入网的应用，将解决通信网 络的全数字化交换传输及至数字业务 到户，促进ATM技

6、术的发展，形成宽 带的ISDN网。 异步转移模式 随着技术的不断完善，异步传输模式将成为较为适合 高速公路通信系统及其联网的通信技术。ATM本质上是 一种高速分组交换模式，它是一种全新的的网络技术， 也是确认为宽带综合业务网的传送模式，能够适用于速 率从低于数千比特到高达数百兆比特的各种业务，是集 语音、数据和视频交换于一体的综合网络。 异步转 移模式 叁 1)ATM 作为一个世界范围内的信息传 送标准，还在不断完善之中，其信息交换与 终端设备的类型以及信息的种类(语音、数 据、图像)无关。 异步转 移模式 叁 2)ATM的传输媒介可以是双绞线、同 轴电缆等，特别是光纤接入网的应用，不再 需要

7、路由器或桥接器进行速率匹配，使用 ATM技术将可以形成一个几乎没有边界的、 使所有互联的网络之间具有无缝转接通道的 全数字化信息网络。 异步转 移模式 叁 3)当今不同的数据业务如语音、计算机 数据及图像业务，因应用具有不同的通信特 性，大都还是在分离的网络上传送，ATM 技术是迄今唯一可以同时高效传送所有数据 业务的标准化技术。 异步转 移模式 叁 4)ATM标准包含不同的带宽级别使其 在Mbit/s到Gbit/s的速度级上均可供支配， 所以这种技术能满足未来不断增长的数据通 信需求。 ATM OVER SDH技术 肆 从性能、价格和发展态势等综合因素考 虑，ATM OVER SDH技术将成

8、为高速公 路通信系统及其联网技术的发展趋势。 好 高速公路通信网络是需要集语音、图 像 和数据为一体的多媒体的通信网。 ATM OVER SDH正好利用SDH大 容量、光纤传输的稳定可靠，带有自愈 和迂回路由的网络结构特点，以及光纤 综合业务接入网的优势，使得ATM OVER SDH比较容易得到实现和相互补 充各自的不足。 叁 高速公路管理信息系统中的 共用信息平台 PART THREE 我国高速公路管理信息系统的建设出现了值得 关注的趋势：系统管理范围要求从单条路线扩展到 整个高速公路网络；综合利用交通信息增强宏观决 策和调控能力的意识增强；开始制定高速公路管理 信息系统的总体规划，并以此作

9、为分期实施的交通 监控系统、收费系统、公众信息发布系统等的宏观 指导方案。 1.高速公路信息系统逐步递进的发展战略 2.高速公路信息管理系统中的信息共享 3.共用信息平台 4.面向用户的共用数据组织关系 5.共用信息平台所提供的信息服务方式 1 高速公路信息系统 逐步递进的发展战略 由于需要一个积累经验、建立技术 和管理基础的过程，不可能一下子建 设一个功能完美的高速公路信息系统。 同时，又必须尽可能避免子系统在分 步开发过程中的反复修改，以保持系 统开发的相对稳定性。逐步递进发展， 是解决上述矛盾的一种有效方式。 2.高速公路信息管理 系统中的信息共享 (1)基础数据采集的共享性整个 信息系

10、统运行依赖四个子系统提供基 础数据：监控系统道路交通流量、 车速等；收费系统高速公路出入 口OD数据等；设计施工资料工程数据 库道路几何设计数据；道路养护 管理系统道路铺装情况等。 2.高速公路信息管理 系统中的信息共享 (2)现状数据与历史数据积累的需 求差异各子系统对数据的时间要求 存在着一定的需求差异，如监控系统 关注的是现状数据，规划决策支持系 统、事故信息分析系统等关注的是累 积的历史数据和现状数据的结合。 2.高速公路信息管理 系统中的信息共享 (3)数据详细程度的需求差异路 网规划决策支持系统要求路段年平均 日交通流量就基本能够满足需要，而 事故信息分析系统所需要的数据则要 细致

11、得多。 (3)数据详细程度的需求差异 图7-1各子系统间数据流向图 表7-2信息管理系统各子系统间数据流内容 编号数据流数 据 内 容 1监控系统向事故信息分析 系统所传送的数据 事故发生时，该路段的交通流 量、交通流车速 2道路监控系统向路网规划 决策支持系统发送的数据 各路段（不包括立交匝道）的 年平均日交通量，路段平均车 速，路段5min流量与地点车速 的抽样数据 3道路监控系统向宏观决策 支持系统发送的数据 各路段（不包括立交匝道）的 年平均日交通量、路段平均车 速 4道路监控系统向公众信息 发布系统发送的数据 各路段及立交5min时段平均流 量、路段车速情况和路段交通 情况图像 5收

12、费系统向规划、宏观决 策支持系统发送的数据 年平均日OD交通量，各种时 间不均匀系数，交通的车种 构成（如客货构成，大小车 型等） 6工程数据库向公众信息发 布系统发送的数据 道路电子地图（数据更新时） 7工程数据库系统向规划、 宏观决策支持系统发送的 数据 道路交叉口坐标位置、互通 式立交形式、道路路段里程 及车道数（均仅在数据更新 情况下或具有特殊查询要求 时发送） 表7-2信息管理系统各子系统间数据流内容 8工程数据库向灾害应急管 理系统发送的数据 道路交叉口坐标位置、互通式立交 形式、道路路段里程及车道数、道 路各种桥梁基本设计图样等（均在 数据更新情况下发送） 9道路养护管理系统向灾

13、害 应急管理系统发送的数据 桥梁维修情况和道路设施完好状态 评估情况 10收费系统向监控系统发送 的数据 动态OD数据以及车型构成信息 11工程数据库向监控系统发 送的数据 道路路段及立交几何设计参数（当 数据更新时） 12道路养护管理系统向监控 系统发送的数据 道路路面状态数据 表7-2信息管理系统各子系统间数据流内容 13监控系统向道路养护管理系统 发送的数据 各路段年平均日交通量 14工程数据库向事故信息分析系 统传送的数据 道路几何设计参数（包括 路段及立交） 15收费系统向道路养护管理系统 发送的数据 年平均OD交通量，按照 车辆轴重分类的车辆构成 抽样调查数据 16事故信息分析系统

14、向公众信息 发布系统发送的数据 交通事故分析报告信息 17道路养护管理系统向公众信息 发布系统发送的数据 道路施工养护信息 表7-2信息管理系统各子系统间数据流内容 共用信息平台 是对整个高速公路管理信息系统共用数据组织和传输 形式的一种规范化定义，以及一个对共用数据进行组 织、存储、查询、通信等管理服务的数据仓库系统。 3.共用信息平台 功能： 1)提取各子系统中共享数据，并对 多来源渠道、相互不一致的数据进行 数据融合处理。 2)组织实时数据和历史数据，保证 数据间关系的正确性、可理解性，避 免数据冗余。 3.共用信息平台 3)根据服务请求和查询权限对客户 系统提供信息服务，对于自身存放的

15、 数据直接加以组织输出，对于其他子 系统存放的细节数据由共用信息平台 提供查询通道。 图7-2公用信息平台的结构 面向用户的共用数据组织关系 是为各子系统进行数据查询时提供可理解的数据间关系说明。 这种数据关系包括：有关数据的空间位置及时间上的联系， 数据的确切含义等。共用信息平台通过共用数据规范保障对 外服务的信息透明度，其中涉及如下与用户查询密切相关的 基本概念：参照系、数据类型、数据粒度。 4.面向用户的共用数 据组织关系 (1)路网参照系由于交通信息系 统涉及的各种事件(点事件,例如交通事 故、地点车速等；区域事件，例如路 段行驶车速等)，需要在具有空间位置 表现能力的系统(例如GIS

16、-T)中定位， 所以需要为整个高速公路管理信息系 统建立统一参照系作为空间信息组织 框架。 (1)路网参照系 4.面向用户的共用数 据组织关系 (2)共用数据类型道路技术数据 包括道路几何参数(平面线形参数、纵 断面线形参数、横断面线形参数)及路 面铺装数据。 (3)数据粒度层次信息粒度是反 映信息详细程度的概念。 5.共用信息平台所提 供的信息服务方式 (1)依据共用数据范围的数据查询 根据路网参照系确定空间范围(例如济 青高速公路K100+325至K120+383或二 分公司管辖等)后，选择数据类型(道路 技术数据、交通流数据、OD数据)，确 定时间范围，定义输出格式，进行数 据查询。 5

17、.共用信息平台所提 供的信息服务方式 (2)主题查询主题查询是根据某 种事先设计好的数据组织结构进行查 询的方式，例如：道路几何线形与交 通事故之间的关系、道路交通与社会 经济发展之间的关系等。 (3)提供共用信息底图共用信息 底图是共用信息平台中最为基本的共 用数据。 肆高速公路信息传输技术 PART FOUR 1 1 光纤通信传输光纤通信传输DWDMDWDM技术技术 (1)应用DWDM技术的意义 光缆或通信管道租用方与出租方之间存在系统管理及系统 维护工作交叉等非常困难和现实的问题，租用光纤芯数的 情况较少，又由于长距离通信管道的租用总费用较高，加 之高速公路通过的许多地区经济还不是很发达

18、，网络发展 的需求不如经济发达地区强烈，投资网络建设收回成本并 产生效益的周期较长且存在一定程度的风险， 1 1 光纤通信传输光纤通信传输DWDMDWDM技术技术 2 (2)DWDM系统的关键技术及器 件DWDM系统的关键技术主要 有光放大技术、色散控制技术、光 合波及光分波技术、光结点技术、 DWDM系统的网络管理等。 1 1 光纤通信传输光纤通信传输DWDMDWDM技术技术 2 1)光放大技术。 2)色散控制技术。 3)光合波及光分波技术。 4)光结点技术。 5)网络管理。 1 1 光纤通信传输光纤通信传输DWDMDWDM技术技术 3 (3)DWDM系统工程设计中的重 要内容。 1)系统通

19、路参数的确定。 2)波长管理。 3)色散计算。 4)光功率计算。 5)网络的互通及可扩展性。 2 2 无线局域网在高速公路中的应用无线局域网在高速公路中的应用 (1)无线局域网概述一般来说，凡是采用无线传输方式 代替电缆或光缆实现的计算机局域网都可称为无线(Wirel ess)局域网。 2 2无线局域网在高速公路中的应用无线局域网在高速公路中的应用 窄宽带调制方式和扩展频谱调制方式的差别： 1)采用窄带调制方式也就是传统的微波传输方式时，数据 基带信号的频谱是被直接搬移到射频发射出去。 2)采用扩展频谱方式时，用来传输信息的数据基带信号的 频谱被扩展至几倍至几十倍后，再被搬移到射频发射出去。

20、2 2 无线局域网在高速公路中的应用无线局域网在高速公路中的应用 (2)无线局域网的典型应用由于无线局域网本身具有诸 多的优势，加之又有微波扩频通信技术得以良好地实现， 可以预期无线局域网在近几年中将获得迅速地发展和广泛 地应用。 2 2无线局域网在高速公路中的应用无线局域网在高速公路中的应用 1)实现办公自动化网络。 2)新增交通监控功能。 3)应急处理。 4)对特殊收费点的联网。 2 2 无线局域网在高速公路中的应用无线局域网在高速公路中的应用 (3)无线局域网在高速公路上的应用举例无线局域网是 计算机网络与无线通信技术相结合的产物，具有抗干扰性 强、网络安全保密性好以及布网灵活等优势。

21、3 3 紧急电话系统紧急电话系统 紧急电话系统 是高速公路上特有的标志性设施，是专门 为过往高速 公路的车辆在发生事故和需要援助时，向有 关部门传递呼救信息的专门设备。同时，紧急电话也是高 速公路运营和管理的一个对外窗口，是体现高速公路管理 水平和服务的重要组成部分。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 (1)我国应用紧急电话的一般情况 伴随着我国第一条高速公路京津塘高速公路的建设和 通车，紧急电话这个专用设备逐步被人们认识和接受。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 (2)无线网络替代有线传输的可行性 国内外曾经有人尝试过利用无线网络作为紧急电话的传输 载体，在紧急电话控制台和每一个路侧紧急电话

22、上都配置 无线发射和接收设备，通过无线电波传送路侧电话和控制 台之间的通话。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 (3)GSM紧急电话主要特点及性能 GSM紧急电话系统的控制台及路侧紧急电话采用专门设 计的手机电路作为主控板，控制台与路侧紧急电话之间的 通话就如同两部手机之间的通话，信号可通过放大器放大， 通话质量是有保障的。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 GSM紧急电话主要特点及性能 1)不需铺设任何缆线，节省投资。 2)不需申请专用频段，购进SIM卡即可入网投入使用，每 张 SIM卡均设置PIN密码防止被盗和挪用。 3)组网灵活，可任意增减路侧紧急电话的数量，也可随意 设置分中心以适应不

23、同管理体制的需要。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 4)系统无任何公共设备，单个路侧紧急电话故障不会影响 其他设备。 5)系统网管功能完善，完全的远端控制，控制台可实时监 测路侧紧急电话的状态，接收告警信息并可随时对其进行 控制和系统设置。 6)耗电量低，由于采用太阳能电池和免维护后备蓄电池供 电,在太阳能电池无光源照射或损坏时，后备电池仍可工 作30h以上。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 GSM紧急电话系统处理过程和结果都可自动记录， 主要指标有： 1)输入： 864通道，8通道递增。 2)阻抗： 高阻50。 3)信噪比： 50dB。 4)频率响应：3003400Hz。 3 3 紧急电

24、话系统紧急电话系统 5)数位方法：ADPCM 16Kbit/s。 6)采集速率： 8K/s，1、2、4倍语音压缩。 7)发射功率： 2W。 8)维持供电时间：960h(无太阳能充电时)。 3 3 紧急电话系统紧急电话系统 9)光盘： 650M可读写。 10)平均寻道： 39ms。 11)录音时间： 2000h。 12)温度： -1070。 13)湿度： 95%。 4 4 高速公路通信系统应用高速公路通信系统应用德国高德国高 速公路通信信息管理系统速公路通信信息管理系统 (1)德国高速公路通信信息管理体制 德国的公路系统由联邦远程公路、州级公路、县市级公路 和乡镇级公路组成，公路总里程约65万k

25、m，公路面积约 占国土面积的4.8%，其中约1.8%为高速公路，高速公路 总里程超过1.1万km。 4 4 高速公路通信系统应用高速公路通信系统应用德国高德国高 速公路通信信息管理系统速公路通信信息管理系统 (2)高速公路通信信息技术应用 1)紧急电话系统。 2)路况广播系统。 3)道路信息采集系统。 4)道路信息发布及提供系统。 a.主线交通信息；b.交通诱导信息；c.匝道控制信息 主线交通信息。如：德国A9(9号)高速公路上每2km就设置一个 门架式(大型)可变信息标志，在危险、事故多发地段每1km设置一 个。可变信息标志显示牌灵活、实用，显示内容与目前的交通状 况、天气状况相适应，可分车道显示不同的限速值、交通标志和 警告信息等，如：显示限速值120、100、80、60等；显示限速取 消、严禁货车超车、雾、雪等信息；车道开放/关闭状态，必要时 可关闭某一车道，还可开启紧急车道为临时行车道；如在慕尼黑 中环高速公路上设置了机械式可翻转信息牌和LED、LCD结合的混 合式大型信息标志；在慕尼黑机场