数字光纤通信技术在智能交通中的应用

1、数字光纤通信技术在智能交通中的应用深圳市诺龙实业有限公司 Tel、ITS是21世纪道路交通的发展趋势随着全球经济的发展 ,社会对交通运输的需求持续增长 ,仅仅依靠交通基础设施的增加已远不能满足交通运输量的增加 ,尤其是经济活动比较集中的世界各大城市 ,交通拥堵塞已成为普遍现象 ,严重影响了经济的发展 ,制约了社会活动的进行 。人们不得不把更多的时间花在路途上 ,而交通事故造成的损失更令人触目惊心 ,交通阻塞还引起环境恶化。为了能够充分发挥现有交通设施的作用 ,促进经济的发展 ,使交通与环境更协调和谐,人们提出了智能运输系统的概念。智能运输系统 (Intellige

2、nt Transprotation Systems)简称 ITS，它实际上包括了智能交通和智能运输两方面的内容 ,虽然目前各国和各方面专家对此理解不同 ,说法不一 ,但比较公认的含义是 :ITS是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术及计算机处理技术等综合运用于整个交通运输管理体系 ,建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系 ,最终使交通运输服务和管理智能化。ITS的目标和功能包括 :（1）、提高交通运输的安全水平 ;（2）、减少交通堵塞 ,保持交通畅通 ;（3）、提高运输网络通行能力 ;（4）、降低交通运输对环境的污染程度并节约能源 ;（5）、提高交通运输生产效率和经济效益。与

3、传统提高交通运输水平手段相比 ,ITS不是单纯依靠建设更多的基础设施、消耗大量资源来实现以上目标和功能 ,而是在现有或较完善的基础设施上 ,将先进的通信技术、信息技术、控制技术有机地结合 ,综合地运用于整个交通运输系统实现其目标和功能。 智能交通系统将是整个交通运输网络的一场革命，它的发展对社会生活、国民经济、城市建设都将产生积极而深远的影响，因而世界发达国家，尤其是欧美日对ITS的研究都极为重视，并已取得相当大的成功。 目前我国在ITS的研究和应用方面也取得了长足进步，主要集中在城市智能交通监控和高速公路监控、联网收费等方面。二、ITS的基本构成下表是1994年美国智能运输协会出版的智能运输

4、系统结构发展计划报告中对ITS系统构成的论述 ,它涉及 7个服务领域 2 9个用户服务功能 。序号基本系统目标子系统1交通管理系统通过提供一系列的信息服务 ,帮助出行者正确选择行驶路线 ;帮助交通管理部门对车辆进行有效的实时疏导、控制和处理事故·在途驾驶员信息子系统·旅行服务信息子系统·路线指导子系统·事故处理子系统·交通控制子系统·排放检测与控制子系统2出行需求管理系统提高人们的出行能力和安全系数 ,合理选择出行方式和路线 ,从而使路网上的交通流获得平衡分配·预先旅行信息子系统·搭乘匹配管理子系统·出行

5、需求管理子系统3公共交通营运系统提高公共交通的可靠性、安全性及其生产效率 ,使公共交通对潜在的用户更具吸引力·在途交通信息子系统·公共交通管理子系统·满足个人需求的公共交通子系统·公共交通安全子系统4营运车辆运行系统使营运车辆的安全性和生产效率得到提高 ,使公路系统的所有用户都能获益于更为安全可靠的公路环境·营运车辆进出电子管理子系统·自动化路边安全检查子系统·营运车辆管理子系统·车辆安全监视子系统·营运车队管理子系统·危险物品事故反应子系统5电子收费系统使所有地面交通收费系统实现自动化 ,以减

6、少用现金收费所产生的交通延误·电子收费子系统6应急管理系统提高对突发交通事件的报告和反应能力 ,改善应急反应的资源配置·应急车辆管理子系统·突发事件通报和人员安全子系统7先进的车辆控制和安全系统为驾驶员提供各种形式的避撞和安全保障措施 ,以改善驾驶员对行车环境的感应和控制能力·纵向碰撞预防子系统·横向碰撞预防子系统·交叉路口碰撞预防子系统·改善视野防撞子系统·安全预警子系统·预先抑制事故子系统·自动化公路子系统从上表可以看出，ITS是一个综合信息处理系统工程，ITS实际上就是交通的信息化。一般，

7、所谓信息化通常是指信息技术产业化和信息资源开发利用产业化所组成的整个信息革命的发展过程 ,它反映着一个国家或地区利用信息技术和信息资源的总体水平。一个国家或地区的信息化 ,是指在统一的规划和组织下 ,利用信息技术把各方面的信息资源 ,进行深入开发和广泛应用 ,加速实现国家和地区现代化的过程。它包括 6个要素 ,即 :信息资源 ;信息传输网络 ;信息技术应用 ;信息技术和产业 ;信息化人才 ;信息化政策、法规和标准。因此 ,可以得出，交通信息化的基本含义是指 ,运用各种现代化的高新技术 ,将各类交通信息从采集、处理到提供服务加以系统化 ,共享其资源 ,为最佳营运与管理交通、发展智能交通系统和新产

8、业 ,发展经济 ,推动城市进步奠定基础。下图为智能交通系统的概念图。 图（一） 智能交通系统与信息化离不开信息的传输一样，智能交通同样是围绕信息的传输与处理进行的。智能交通系统是以信息高速公路为平台 ,交通信息 (借助各种装置 ,动态采集、处理和提供服务 )系统为基础 ,因此 ,真正意义上促成了交通出行者、交通工具、交通设施以及交通环境所构成的交通系统各大要素间的有机联系 ,将从根本上提高交通系统的安全性、交通效率、最佳地利用交通系统的时间和空间资源、降低交通系统的环境污染 ,从而为解决交通难题提供可能。从上面分析可看出，现代信息传输技术，即现代通信技术，在ITS中扮演了一个十分重要的角色，可

9、以说，离开现代通信技术，ITS便无从谈起。三、数字光纤通信技术在ITS中的应用 光纤通信技术、移动通信技术和卫星通信技术构成了现代通信技术的主流，而其中光纤通信则占据了世界通信总量的80以上。ITS的建设，离不开光纤通信网络的支持，这已是不争的事实。只是，光纤通信方式和网络结构选择得不同，可能会造成ITS系统效率和投资的不同，有时甚至会是巨大的不同。本文重点就是要论述如何来选择最佳的光纤网络系统方案，从而使系统设计最合理，性价比最高。下面以美国OT Systems光通信公司的数字光端机产品在城市智能交通监控和高速公路综合通信上的应用来论述这个问题。1、OT Systems数字光端机在城市智能交

10、通监控中的应用城市智能交通是ITS的重要组成部分，它们一般由信号灯控制系统、视频监控系统、电子警察系统、视频检测和可变情报板等系统组成，如图（二）所示，其主要完成如下功能： （1）、能实时监视和存储路口画面。（2）、红绿灯信号能进行点、线、面控制、相位控制、自适应控制。（3）、能进行车流量、交通状况的检测。（4）、交通指挥中心能对每个路口周期及绿信比实时调节。（5）、可根据需要 ,在某些路口设置电子警察 ,并与其它系统联网。（6）、设置可变情报板 ,并与其它系统联网。（7）可设置报警系统并与其它系统协调图（二）城市智能交通监控系统从图（二）可以看出，要完成上述功能，路口所有的信息都要通过光端机

11、传到交警支队指挥中心，而指挥中心的各种控制命令则要传到路口的各种设备上。这些信息主要有：（1） 监控摄像机的视频信号（2） 控制摄像机的控制信号（3） 信号机联网的数据信号（4） 电子警察联网的数据信号（5） 视频检测系统联网的数据信号（6） 可变情报板的联网数据信号这些信号除视频是模拟信号外，其余都是数据信号。这些数据信号也是各种各样的，有可能是低速的串行数据，也有可能是高速的以太网数据。为了传输这些信号，传统的解决方案是用模拟视频光端机传输视频信号和低速控制信号，用数据光端机或电话线、ISDN、DDN等另外的通信信道传输信号机、电子警察、视频检测等系统的数据，如果路口还有计算机等设备，则还

12、需用以太网光纤收发器把它们与支队的计算机网络进行联接。如图（三）所示。此种解决方案，我们看到，监控视频网与数据网是分开的，不但增加了系统的设备投资和系统的复杂性，而且可能还需要更多的光纤数或电信通信信道。这就造成如下缺点：（1）、系统投资成本高（2）、系统维护复杂、困难（3）、系统运行费用高造成此种缺点的根本原因是由于传统的模拟视频光端机几乎都采用调频方式，因此很难同时在一芯光纤中传输多路视频/音频和多路高速/低速数据信号，或者即使可以实现，也由于其实现成本很高，投资难以降低。而OT Systems光通信的数字视频/音频/数据光端机的应用，则使这些问题迎刃而解。图（四）是采用OT System

13、s数字光端机实现智能交通监控系统的构成图。从图中可看出，实现所有信号的联网，仅仅采用了一芯光纤。这就大大简化了通信系统的组成，不但降低了系统的投资成本和维护成本，而且由于租用光纤数的减少，使得系统运行的通信费用也大幅度降低。这一切都得益于我们采用了全数字的光纤通信技术，使得系统的综合通信能力得到大大的较强。OT Systems数字光端机通过一芯光纤可以同时传输如下信号：（1） 1N路视频（2） 1N路单向/双向音频（3） 1N双向串行数据（4） 1N路开关量信号（5） 1路全双工100M计算机网络数据（6） 1N路电话这使得OT Systems数字光端机非常适合在智能交通监控系统中进行联网应用

14、。图（三）城市智能交通监控传统解决方案图（四）采用OT Systems数字光端机城市智能交通监控系统解决方案下表列出了OT Systems数字光端机与传统模拟光端机的比较： 光端机类型指标OT Systems数字光端机普通模拟光端机通信方式数字光纤通信技术调幅、调频、脉宽调制等通信技术实现技术大规模集成电路模拟电路中小规模集成电路复用方式数字时分复用频分复用复用/解复用灵活性非常灵活不灵活复用/解复用实现难度容易实现难单纤信道数可以很多少抗干扰性很强差信道间干扰原则上不会容易产生交调、互调等非线性干扰温度特性不会产生温漂载波宜产生温漂受环境影响少容易受环境影响稳定性非常稳定容易受环境影响，引起

15、工作不稳定2、 OT Systems光通信的VSDH在高速公路综合通信上的应用通信是高速公路工程的重要组成部分，它为高速公路营运管理与收费，监控系统的话音、传真、数据、图像等信息的传递提供专用通道；它是保障高速公路安全、高速、畅通、舒适、高效运营及实现现代化交通管理必不可少的手段；它在高速公路管理系统中起着中枢神经系统的作用；并为以后高速公路的联网收费、联网管理提供技术支持。显然，高速公路通信网应该是一个符合高速公路业务特点的多媒体专用通信网。一个理想的现代专用多媒体信息传输平台应该具备如下特点 :（1）、支持多媒体、多协议 ;（2）、在平台之外需要最少的外部接口设备 ;（3）、能根据具体的信

16、息传输容量动态分配带宽 ,以最有效地利用专用网的有限带宽资源 ;（4）、只需单一的网络管理系统 ;（5）、易于升级 ;（6）、具备开放式结构 ,可与公用网互联等等。传统技术要在专用网上提供多媒体信息传输 ,有二种解决方案。一种是每种信息单独组网 ,即分别形成数据网、电话网和视频网 ,三网相对独立 ,各自进行管理；另一种是提供宽带传输平台 ,给信息分配固定的带宽 ,通过外接大量的接口辅助设备来完成多媒体信息传输 ,如图（五）所示 ,由SDH网组成一个多媒体传输平台 ,平台支持电话、计算机网络、视频及低速数据等 ,但是每种业务均需外接辅助设备。电话需外接复接设备 ,视频需外接切换器、编解码器等 ,

17、计算机网络需外接网桥 ,而且每种业务需有自己独立的网络管理系统。这二种方案显然不能满足专用通信网上内容日益丰富、功能日趋复杂的多媒体信息传输的要求。OT Systems光通信公司的VSDH则完全针对专用通信网多媒体信息传输而设计 ,它提供了一个完备的多媒体信息传输平台 ,VSDH具备如下特点：（1）、支持多媒体 ,多协议 ;（2）、模块化设计 ,平台之外无需辅助设备，或最少辅助设备 ;（3）、带宽动态调整设计 ,使带宽资源得到最充分利用 ;（4）、单一网络管理系统 ,提供对网络全面管理和维护 ;（5）、采用SDH协议，与我国的公用SDH传输网相符，并可直接与之互联图（六）是其传输连接图，与图（五）比较，可以看出其明显的优越性，它省去了大量的如下辅助设备：（1）、视频编/解码设备（2）、PCM复接设备（3）、网桥设备（4）、调制解调器（5）、视频矩阵设备（6）、这使整个网络变得简洁、明了，宜于管理，而且，也使系统投资大大降低。VSDH主要应用于需要进行大量的视频、音频、各种相差悬殊的高/低速数据、计算机网络数据、电话等综合多媒体数信息传输的场合。高速公路则是其最佳的应用场合。其实，该系统正是为ITS的高速公路智能通信而设计的。图（七）是VSDH