高速公路车道基于TCP/ IP协议组网模式的探讨

□苏 炜，吴晓光

（1. 山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006；2. 山西广播电视大学，山西 太原 030027 ）

高速公路车道基于TCP/ IP协议组网模式的探讨

□苏 炜1，吴晓光2

（1. 山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006；2. 山西广播电视大学，山西 太原 030027 ）

在通过对传统收费车道机电设备模拟传输、串口传输等多种协议控制的组网模式改为标准化程度更高的TCP/IP协议模式，对新的组网模式下收费车道设备接口、收费软件架构进行研究，实现收费车道设备统一协议下的数字化、标准化管理控制。通过此项目的研究及应用将可以从空间布局、设备安装、软件研发及施工维护方面都有极大地改进，体现了基于TCP/IP协议车道收费设备组网模式的优势，在系统集成化高速发展的今天，为将来高速公路机电系统发展提供新的技术思路。

车道收费设备；TCP/IP；组网模式

随着我省高速公路里程的逐步增多，收费车道及设备也同时增加，投资相应增加。如何确保收费车道快速、高效放行？如何确保高速公路机电设施的健康、稳定运行？如何确保高速公路机电设施投资减少？确保收费车道设备简约化，将为高速公路的管理及服务水平提出了更高的要求。

目前，高速公路收费车道设备传输方式不一致，如图像采用模拟传输，秤台、天线、费显等采用RS232传输，信号灯、雨棚灯等采用开关量控制，工控机上需要有多种相关转换设备，这样一方面造成了工控机体积较大，不仅占用收费亭有限的空间，而且因转换设备较多，维护难度加大。因此建设一个统一、稳定、可靠的高速公路收费车道数字化网络，成为高速公路机电运营管理及维护的当务之急。

随着计算机网络设备及编解码技术的逐步发展，促使TCP/IP技术以以往通信和信息技术从未有过的高速发展，而基于TCP/IP网络的实时通信系统迅速发展，给收费车道设备的远程监控、管理和维护系统提供了一个重要发展方向。

一、研究现状

自20世纪90年代末，美国提出了“数字地球”的概念，此后随着信息化过程形成了“数字政府”、“数字城市”等概念，展示了21世纪将是一个信息技术高度发展的数字时代。广义的数字公路可以理解为对公路及其与之相关内容统一数字化重现和认识。通俗来讲，就是将整个公路以及公路上相关的各种信息用数字化的方法输入计算机，实现在网络上传输和处理，并使之最大限度地为公路的发展服务。其核心思想是利用数字化的手段来处理整个公路诸多方面的问题，最大限度地利用资源，最为便捷地获取信息。

最近几十年中，收费制式推动高速公路建设已国际化，其特点表现为网络化和现代化程度明显提高。在经济发达的国家，高速公路已基本联网而且向不停车收费方向发展，如北美按北美自由贸易协定形成北美高速公路网络，欧洲经济委员会20多个国家签订国际干线公路网协定。还有因国外一般将高速公路通行费含在燃油费中，以开放式收费为主，所以不设收费站进行收费，国外没有可借鉴的经验。

我国从一开始就采取收费政策，该政策对中国高速公路的高速发展起了重要作用。中国的高速公路收费系统有开放式、封闭式及“一卡通”收费制式，在高速公路发展初期，主要采取开放式，发展到现在转变为以封闭式为主。所有高速公路均设收费站，一般为入口收费站发卡，出口收费站交费，收费车道设计一般有ETC车道及MTC车道两种，两种车道设备组网模式大多相同，都是在收费岗亭内安装有车道工控机及车道控制器放置在收费员操作台下端的车道控制柜内，车道工控机机箱内配有多串口卡用于连接字符叠加器、IC卡读写器、计重设备、费额显示器；图像采集卡用于连接车道摄像机、抓拍摄像机等；还有I/O卡主要是连接车道通行灯、拦杆机、雨棚信号灯等开关量设备。对收费岛内的设备进行管理控制。

二、目前现有车道设备组网方式

目前现有收费车道设备包括收费员终端（显示器、收费专用键盘），工控机、车道控制器、车道摄像机、栏杆机、字符叠加器、票据打印机、通行灯、雨棚信号灯、费额显示器、计重设备等，它们或者安装在一起，或者分开设置。

现在设计一般是车道工控机放置在收费员操作台下端的车道控制柜内，车道工控机机箱内配有多串口卡用于连接字符叠加器、IC卡读写器、计重设备、费额显示器；配有图像采集卡用于连接车道摄像机、抓拍摄像机等；还配有I/O卡主要是连接车道通行灯、栏杆机、雨棚信号灯等开关量设备。如图1所示：

图1 目前现有车道设备组网连接图

三、IP数字化后的组网模式

主要通过对车道设备组网模式的改变，车道硬件设备接口IP数字化，将目前由串口传输、I/O传输、模拟图像传输的方式尽可能转换为由IP数字化传输的组网模式，如图2所示：

图2 基于TCP/IP的车道设备组网图

因此，由图2车道设备组网结构图可以看出，数字化后的硬件设备主要有：

1.根据新的组网模式，简化掉多种板卡；

2.定制出适合新组网模式具有集成交换功能的控制器；

3.对车道设备的接口尽可能规范成统一的IP接口。

通过以上组网模式的改变，不仅优化了网络结构，更重要的是减少了中间的许多转换设备及带来的故障点，而且收费车道所使用的工控机由原来较大的工业控制机变为小型化、简约化的微型工控机，减掉了车道控制柜的安装，节约了很大的空间，减少了维护工作量。

四、基于 TCP/IP的传输组网模式的优势

通过现代计算机和互联网技术实现收费车道数字化管理，将减少车道设备的投资成本，降低维护人员的工作量，同时节约维护成本。采用TCP/IP协议组网模式，为提高信息化管理水平、提升公共服务能力、收费车道的通行能力提供了有力的技术支持，并产生了很大的经济社会效益。

相比收费车道传统的传输模式，基于 TCP/IP的传输组网模式具有很明显的优势，具体体现在以下几方面：

1.设备简化。通过实现收费车道设备数字化组网方式，简化了多种转接设备，提高传输设备效率；优化了网络结构，增加了数据传输距离。

2.降低维护成本。因组网灵活及设备简化，有些故障可以进行远程维护，相应的维护工作量及成本也会减少。

3.监控方式灵活，即插即用。使用单位可以根据管理及业务的需要，随时可以安装自己所需的网络设备进行传输，减少了设备厂商的制约性。

4.施工难度降低。由于采用基于TCP/IP数字化的组网方式，不像传统的收费系统一样，需要布设大量的视频线、控制线等，车道预留管线相应减少，传输线路布线简单，因此降低了施工难度及成本，投资费用减少，同时也消除了由于集成商参差不齐，施工不规范等原因，给后期信号传输质量带来的隐患。

5.设备兼容性强，功能易于扩展。采用TCP/IP协议组网模式，规范并统一不同厂家同种设备的接口协议，极大地简化了软件结构。因微型工控机及带交换功能的控制器设备集成更多的串口及网口，所以车道外围设备极易扩展。

五、结论

将TCP/IP传输协议引进到高速公路收费站的机电设备组网系统中，为将来高速公路机电系统发展提供了新的技术思路。保证高速公路机电设备的正常运行，提高高速公路运营效益，降低运行和维护成本，在系统集成化高速发展的今天，对提高高速公路机电系统的管理性能具有很大的意义和前景。

[1]张乃斌.高速公路机电工程建设管控[J].中国交通信息化，2014（2）：51～55.

[2]李鑫.新形势下高速公路机电工程设计理念研究[J].黑龙江交通科技，2015（11）：179-181.

[3]杨红进.高速公路机电工程施工质量的控制策略[J].交通世界（工程技术），2015（6）

[4]张超.高速公路机电设备维修工作存在的问题及对策[J].技术与市场，2014（4）：203.

[5]古玲聪. 组网技术在太原东山煤矿中的运用[J].山西广播电视大学学报，2011（4）.

[6]王晓霞. IP通信技术在忻阜高速公路通信系统中的应用[J].山西广播电视大学学报，2011（5）.

本文责编：赵凤媛

Exploration of Network Mode Base on TCP/IP Protocol for the Vehicle Line of Highway

Su Wei1, Wu Xiaoguang2

（1. Shanxi Transportation Information Communication Company, Taiyuan, Shanxi, 030006; 2. Shanxi TV University，Taiyuan，Shanxi，030027）

By analyzing the transformation from traditional network mode for the electromechanical equipment of toll lanes which is controlled by analog transmission protocol, serial transmission protocol and other multiple protocols to a new network mode which is controlled by TCP/IP protocol with higher standardization, this paper is going to explore the device interface and tolling software framework for toll lanes under the new network mode, aiming to achieve the digital and standardized management control of the equipment of toll lanes under the unified protocol. Applying this project can greatly improve the spatial arrangement, equipment installation, software development, and construction maintenance, which explicitly represents the superiority of the network mode based on TCP/IP protocol and will definitely provide innovative technical ideas for the development of highway electromechanical system.

vehicle line toll control facility; TCP/IP; networking pattern

2017—03—10

苏 炜（1968—），男，河北保定人，山西省交通信息通信公司，高级工程师； 吴晓光（1972—），男，山西岢岚人，山西广播电视大学，副教授，硕士。

U12

B

1008—8350（2017）02—0051—03