浅谈无线技术在高速公路的业务应用.docx

浅谈无线技术在高速公路的业务应用 【摘要】本文介绍了高速公路的各种业务，总结了无线技术在这些业务系统上的运营特征。并提出了如何利用当前越来越广泛应用的无线技术对这些业务进行改进和提高，以无线技术为依托，对高速公路的运营业务进行扩展。【关键字】高速公路 无线技术 无线监控 3G1. 引言近几年，我国高速公路蓬勃发展，每年以几千公里的速度递增。现在高速公路建设已成为拉动内需，促进国民经济快速发展的重要因素之一，受到各级政府的高度重视。高速公路的不断延伸，也为道路交通运输的迅速发展创造了有利条件。下图是我国近年高速公路建设的发展图： 同时，近十年车辆更新换代步伐也在加快，高档客车和大吨位货车日益增多，运输效率、服务水平和道路运输在国民经济中的地位空前提高。从高速公路上流过的不仅仅是人流物流，而且是商业流、金融流、信息流、文化流。据测算，我国每亿元高速公路的建设投资，能直接带动社会总产出近3亿元。如我国京津塘高速公路天津段已形成9个上档次的高新技术产业园区，京沈高速公路靠路兴起近千个市场。大量新兴产业群体以高速公路为依托，以外向型经济为主体，成为改造我国传统产业、调整产业结构、带动传统企业发展的新的经济增长点。为了保证高速公路的正常动作，为老百姓带更多的效益，全国的各地的高速公路管理部门也在探索如何利用各种新兴的技术对公路业务进行扩展和改良，以提高工作效率。总括来看，高速公路的业务主要包括有以下几类：Ø 高速公路收费业务Ø 高速公路机电管理业务Ø 高速公路监控业务Ø 高速公路路政管理业务Ø 高速公路维护业务上述业务中有部分是传统业务，如机电建设、公路维护及监控系统等，对于这些传统的业务，我们可以利用当前日益强大的计算机处理能力，将先进的数据通信技术、电子控制技术等有效地综合运用于整个高速公路管理。对传统的业务进行信息化、数字化，以求最终形成一个“数字化高速公路”。而在其中的高速公路收费业务，收费方式也已从传统手工收费逐渐发展到手工收费计算机管理、联网收费等形式，并在有条件的逐步向不停车电子收费过渡。收费系统在计算机系统的提升下，发展迅速。而从收费系统开始，无线技术正在悄悄的进入到高速公路业务运营的方方面面。2. 无线技术简介所谓“无线技术”是指利用非物理线路来进行数据交换的数据传输链路。利用无线技术来组建网络，最大的特点及好处是可以摆脱光纤及有线网络的困绕，可以在很短的施工周期内建设好数据网络，同时维护简单、扩展性好。当前，常用的无线技术主要包含有以下几种：UWB-超宽带（Ultra WideBand）WLANWiMax- Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access蓝牙3G上面几种无线组网技术中，UWB是一种“特立独行”的无线通信技术，它能为无线局域网LAN和个人局域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。UWB解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。但是同时其传输距离短，无法进行中长距离的数据传输，就高速公路的业务应用而言，UWB技术只能是作为高速公路服务区、管理中心的小型网络建设技术。此外，3G 技术高高在上，参与我国3G牌照竞争的共有三种标准，分别是CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA。据了解，3G技术试验第二阶段外场测试结果表明，目前3G技术已经基本成熟，3G终端种类也相对丰富。但尽管有关3G在我国各种传言闹得沸沸扬扬，但始终没有一个明确的官方说法，而3G技术在普罗大众面前也依然没有低下其高昂的头颅。只是由于其技术的先进性，人们对它仍然存在无限的期盼。另外，WiMAX是IEEE的802.16标准，全称为全球微波接入互操作系统。它能够实现50公里的覆盖距离，并支持高达70 Mbps的峰值速率。正是由于其大范围覆盖和超高速性能，WiMAX曾一度被部分媒体称之为3G的终结者。利用这种技术来实现高速的大范围面积覆盖有其先天优势。而WLAN 技术则是用来实现园区内和室内覆盖。针对上述各种无线技术，我们用一个表格来总结一下：序号技术内容速率距离应用备注1UWB几十Mb/s到几百Mb/s约5米室内通信2蓝牙1Mb/s短距离小型终端3WLAN254Mb/s中长距离手机、掌上电脑4WiMax70Mb/s50公里范围内笔记本电脑和PDA53G高速移动144kb/s，步行慢速384kb/s，静止2Mb/s。无距离限制无线公网3. 无线技术在高速公路的业务应用不同的无线技术具备有不同的技术优势及使用成本，而这里将会针对使用什么样的技术提升高速公路的业务运营及扩展进行简单的阐述。高速公路目前正在使用的无线技术包括有：DSRC、WLAN及CDMA/GPRS无线公网等几种。最早在收费系统中，使用的是DSRC无线技术来进行收费车道的改造，率先在收费运营系统上完成了无线技术的应用，改造的结果即是今天我们所见到的ETC车道，ETC车道的投入使用，大大方便业主管理，全系统由计算机或者是嵌入式系统完成，减少了人员成本，同时也提高工作效率。而对于高速公路使用人员来说，ETC车道的投入使用，也对他们产生极大的正面影响：不再需要排队缴纳路费，提高了道路通行率，并且减少路费票据，减轻公务车在报销时的工作，节约资源。虽然是小处改进，却帮了大忙。除此之外，高速公路的收费业务未来必然是向不停车收费发展，而不停车收费就是基于在无线数据传输的技术上实现的。随后，部分收费站因为扩建需要，但是由于一些其它原因又不能重新敷设光纤，为此引入了WLAN技术，利用该技术可以很方便地进行无线组网，不再需要敷设光纤，也不受到网线的困绕，只需要通过简单的端口配置，即可以实现局域网组网，实时把收费数据上传到中心。再到后来，利用GPRS/CDMA无线公网作为通讯网络技术控制外场设备，如利用GPRS无线公网对高速公路电子信息牌进行信息发布控制。还有就是在高速公路的一些服务区，因为远离市区，无法连入到INTERNET，甚至根本服务区本身也没有建设局域网，而且服务区又是以“一对”出现，针对这些情况，就可以利用WLAN技术来进行服务区局域网络建设。WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps(802.11b)，最高速率可达54Mbps(802.11a/g) ,传输距离可远至50km。WLAN的通讯距离不再是问题。同时由于其数据传输速率高，因此，还可以在“一对”服务区中完成数字化视频监控系统的整体设计改造。先在单个服务区内完成无线网络的建设，由于服务区内的通讯距离要求不高，完全可以利用无线网卡来完成计算机组网，再通过WLAN，把一对服务区的数据进行集中管理。在高速公路应用WLAN进行服务区的组网改造，实施简单，并且不需要象光纤网络那样破坏公路路面。同时由于服务区随着业务的开展有可能会不断扩建，如果利用线缆介质，如果开始预计不足，在扩展时将会十分麻烦。而WLAN则不会存在这样的缺点，它使用灵活、便于扩展，在实际使用中它灵活性的优势可以得到充分的体现。4. 无线监控系统的应用及前景监控系统是高速公路建设业务的一个重要组成部分，大部分高速公路都建设了很好的监控系统。利用监控系统对高速公路的使用情况、安全营运、收费、事故现场进行监控能极好地提高工作效率。但是，由建设的成本过高，不可能整条高速公路实现无线盲点监控，这样就会导致一些事故现场的情况不能通过监控系统反映到管理中心。而利用无线技术实施监控系统作为现有监控系统的补充，则不会存在类似的问题。现在已经可以利用CDMA/GPRS无线公网进行视频数据传输，从而为视频监控找到一个新的技术应用方向。新粤智能交通研究院目前正在进行利用无线CDMA公网进行视频数据传输的研究。下图是一个利用CDMA无线公网技术建立起来的无线视频监控大系统，系统除了使用CDMA公网以外，在压缩算法方面使用了最新的H264。实际使用中，可以发现无线公网的带宽有限，传输速率低，例如GPRS的标称峰值速率为115.2kbit/s，CDMA 1X系统的标称峰值速率为153.6kbit/s。而在实际应用中即使是CDMA的上传速率在一般的应用中只能达到70kbit/s左右，远无法达到峰值。因此，无线数据传输技术所能输送的数据量不能太大，否则会造成数据丢失而达不到传输的最初目的。为了进一步提升传输速率，研究院无线视频监控项目组利用多通道数据传输技术，通过捆绑多个CDMA的通信通道（目前是捆绑两个通道），同时在传输控制中结合使用多线程处理技术。如下图： 多线程无线通道一多线程带宽合并系统CPU数据无线上传无线通道二目前在单个CDMA数据传输单元可以做到传输速率约为100kbit/s。在这个数据传输速率上，已经可以实现视频图象在CIF格式下每秒1215帧的清晰、流畅传输。根据我们的经验，在双通道的同时传输的情况下，速率将会是单通道的1.8倍左右，那么，双道的传输速率将会是100×1.8180Kbps。按照这个速率来传输视频图像，配合良好的视频压缩算法，无线视频监控完全可以取得很好的效果。无线技术目前正在处在蓬勃的发展阶段，例如尽管3G无线网络在我国还没有开展，3G 牌照发放日期迟迟难以确定，同时缺乏真正“ 高端”级应用等多方因素的制约，3G 的发展之路注定一路坎坷。但对于3G 代表着未来的发展趋势却勿庸置疑。为第三代移动通信系统，3G 可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144 kb/s，步行慢速移动环境中支持384 kb/s，静止状态下支持2 Mb/s。其提供了比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量、更高的频率复用系数、更强的抗多径能力。而研究院的无线视频监控器在当前的无线网络情况下，完全可以让高速公路的管理部门提前感受3G通信的魅力。一旦CDMA或者GPRS的无线公网升级至3G后，现有的设备并不需要作出很大的改动或者是简单的更换无线数据通讯模块就可以工作，系统的连续性好。5. 结语无线技术经历了这么多年的发展，各种不同类型的无线技术已经进入了实用阶段。除了上述的应用之外，未来甚至可以利用无线技术在高速公路实现天气预报、高速公路路况信息采集、报告、各类处理系统的联动处理、办公、VOD或者是其它增值服务等等。