【安防知識網(wǎng)】東海大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)工程旨在提供一套完整，并具有現(xiàn)代化監(jiān)控和管理水平的交通監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)急指揮的子平臺。本工程由以下三個部分所組成：

　　·監(jiān)控系統(tǒng)，由動態(tài)全線攝像系統(tǒng)、交通流檢測系統(tǒng)、可變信息板系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、氣象檢測系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)等組成;

　　·收費系統(tǒng)，由半自動化收費設(shè)施系統(tǒng)、攝像監(jiān)視系統(tǒng)、車道系統(tǒng)、對講系統(tǒng)等組成;

　　·通信系統(tǒng)，由緊急電話系統(tǒng)、集群無線通信系統(tǒng)、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。

　　工程目標(biāo)

　　本系統(tǒng)工程的目標(biāo)是提供一套質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)先進、操作方便實用、運行穩(wěn)定可靠的大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)，為提高大橋日常交通管理、大橋的交通組織水平以及保障大橋車輛、大橋運行安全發(fā)揮作用。

　　系統(tǒng)的核心任務(wù)是建立大橋交通監(jiān)控模式，充分結(jié)合交通監(jiān)視信息、交通檢測信息和交通控制信息，建立大橋交通日常管理模式和突發(fā)事件交通管理模式，充分考慮大橋的各種交通狀態(tài)，在確保安全的前提下，進一步提高大橋的通車能力。

　　另外，值得關(guān)注的是，東海大橋是上海連接洋山深水港唯一通道，而且，橋梁處于海關(guān)檢查口外，因此，對大橋的視頻監(jiān)控要求是全覆蓋、所有監(jiān)控信息均與區(qū)域內(nèi)的海關(guān)、邊檢、公安、檢驗檢疫、港口等管理部門共享。

　　方案概述

　　東海大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)包括了大橋通信骨干網(wǎng)絡(luò)、電視監(jiān)視與交通信息采集、交通信息處理與信息發(fā)布、大橋收費系統(tǒng)等建設(shè)工程，同時與諸多系統(tǒng)，如主體工程、房建、供配電、照明工程、電力及照明監(jiān)控、電信、航道監(jiān)測VTS、大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、深水港區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)等組成有機的整體，與海關(guān)、邊防、公安、深水港區(qū)、上海市高速公路管理中心等單位進行相關(guān)信息交換。因此無論是大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)本身，還是與其它系統(tǒng)的聯(lián)系，均體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性和信息交換的多樣性。

　　本工程主要技術(shù)特點是采用基于IP的千兆冗余光環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，為監(jiān)控中心及外場各設(shè)備提供了高速、統(tǒng)一、可靠的信息傳輸界面。與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有先進性和高可靠性的優(yōu)勢。

　　方案特點

　　傳統(tǒng)的交通監(jiān)控系統(tǒng)一般采用各分系統(tǒng)獨立傳輸?shù)姆绞?，在整個監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)多種傳輸方式并存，包括低速串行數(shù)據(jù)電纜調(diào)制解調(diào)方式、光載波方式;高速數(shù)據(jù)的光載波方式、IP交換方式;低速模擬信號的電路交換方式;高速模擬信號的電纜基帶傳輸方式等多種傳輸方式。

　　多種傳輸方式的并存導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增加。首先，從施工角度來講，系統(tǒng)的布線數(shù)量眾多，路由復(fù)雜，增加了施工量和施工難度。其次，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度來講，各分系統(tǒng)互相獨立，傳輸界面多樣，電氣接口眾多直接增大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。再次，從系統(tǒng)運行角度來講，過多的傳輸節(jié)點意味著系統(tǒng)的故障可能性增大，維護工作量也相應(yīng)增加，一旦發(fā)生故障，則故障難于定位，難于檢修。另外，從工程投資角度來說，大量經(jīng)費用于不同系統(tǒng)的通信傳輸設(shè)備與線纜，而傳輸系統(tǒng)僅作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道，并不能為整個系統(tǒng)增加功能;并且，多種傳輸系統(tǒng)的獨立性也不利于系統(tǒng)日后的擴容，可能造成工程后續(xù)投資增加。

　　由于本工程主體是長達34.2公里的長線大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)，工程范圍廣，設(shè)備分散，傳統(tǒng)傳輸方式的不足尤其突出，因此，打破傳統(tǒng)，建立一個高速、大容量、界面統(tǒng)一、穩(wěn)定可靠的傳輸系統(tǒng)成為工程的重中之重。

　　為此，考慮到上海高速公路交通通信網(wǎng)的現(xiàn)狀和系統(tǒng)的兼容性，結(jié)合目前國際上相近技術(shù)的發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)采用基于IP交換技術(shù)的千兆光纖冗余傳輸系統(tǒng)。傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用光纖路由交換機和光纜，骨干網(wǎng)為千兆以太網(wǎng)，用于各主干節(jié)點通信，區(qū)域路由交換機為百兆以太網(wǎng)，用于區(qū)域通信局域網(wǎng)的組織，整個系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、語音的綜合傳輸三網(wǎng)合一(考慮到電話系統(tǒng)的外部兼容，系統(tǒng)仍使用了電話交換機)，將交通監(jiān)控系統(tǒng)所需的接入端口標(biāo)準(zhǔn)化。

　　本綜合傳輸系統(tǒng)主干達到千兆容量，通信鏈路冗余配置，主干鏈路僅使用四芯光纖，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠、高速度高容量的特點，并統(tǒng)一了多種系統(tǒng)的傳輸方式，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。[nextpage]

　　高速度、大容量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　本工程骨干網(wǎng)使用千兆交換式以太網(wǎng)，在全雙工模式下骨干網(wǎng)上可以提供兩千兆的帶寬。這不僅可以滿足目前數(shù)據(jù)的帶寬需求，而且可以滿足未來網(wǎng)絡(luò)擴容的需求。整個網(wǎng)絡(luò)可劃分為網(wǎng)絡(luò)核心部分和網(wǎng)絡(luò)邊緣部分。

　　網(wǎng)絡(luò)核心——將網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備和服務(wù)器組群進行匯聚，起到網(wǎng)絡(luò)的中央傳輸和控制作用。具有提供高密度的高帶寬接口和高性能的多層交換能力，同時根據(jù)用戶需求的不同實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余、控制和服務(wù)功能。

　　網(wǎng)絡(luò)邊緣——連接外場設(shè)備、音頻、圖像等終端設(shè)備，提供較高密度的100M接入接口，并可通過高帶寬接口連接入網(wǎng)絡(luò)的骨干。

　　網(wǎng)絡(luò)核心由千兆核心交換設(shè)備組成，可以提供高密度的(一般在24個千兆端口以上)、支持各種傳輸媒介接口的千兆以太網(wǎng)絡(luò)交換機，同時支持多協(xié)議多層交換、流量控制、質(zhì)量服務(wù)、安全控制等網(wǎng)絡(luò)核心所需的控制和服務(wù)功能。交換機則多采用模塊化機箱，以提供靈活度、可擴展能力以及設(shè)備本身的冗余配置設(shè)計，并提供電源和風(fēng)扇冗余以提高系統(tǒng)本身的可靠性。

　　兼收并蓄的三網(wǎng)合一技術(shù)

　　高速、高容量的網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)、語音、圖像的傳輸系統(tǒng)三網(wǎng)合一成為可能，然而單純的帶寬增加并不能使以太網(wǎng)這種基于載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)的介質(zhì)訪問機制的網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上保證傳輸?shù)膶崟r性。在多媒體數(shù)據(jù)量較大的請況下，如何避免網(wǎng)絡(luò)的沖突增加是一個難題，本系統(tǒng)采用的設(shè)備具有領(lǐng)先的QoS技術(shù)和802.1Q技術(shù)，使得在交換以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上能夠有效地傳送實時多媒體信息。本系統(tǒng)還可以通過將對應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的端口劃分為一個虛擬網(wǎng)絡(luò)，將多媒體數(shù)據(jù)包限定在相應(yīng)范圍內(nèi)，不但避免了網(wǎng)絡(luò)競爭，而且提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　虛擬網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)是基于具有交換能力的模板能夠支持802.1Q標(biāo)準(zhǔn)的VLAN以及基于端口、MAC地址的VLAN，其三層能力包括對協(xié)議級、網(wǎng)絡(luò)級VLAN的支持。模板支持所有端口同時到線速(第二層和第三層)，還具有相當(dāng)強的交通管理功能，如Cos/QoS，以及網(wǎng)絡(luò)控制能力。

　　VLAN通過觀察其進入端口接收報文中出現(xiàn)的源MAC(Medium Access Control，媒體訪問控制)，一個交換機能了解站點的位置。MAC地址-端口號的關(guān)聯(lián)(Association)可以登錄在其篩選數(shù)據(jù)庫內(nèi)。然后，所有指定存儲在交換機篩選數(shù)據(jù)庫中的某一個MAC地址的發(fā)送，只能導(dǎo)向到與該MAC地址關(guān)聯(lián)的端口。如果接收到一個沒有關(guān)聯(lián)的MAC地址，則發(fā)送將涌向所有端口(除該接收的端口外)，也就是說，這時交換機的功能如同一個中繼式集線器。以上對組播或廣播報文均適用。由于交換機限制單播報文只能到有關(guān)的站，因此，其性能比中繼式集線器有明顯的改進。

　　另外，系統(tǒng)使用端口VLAN，通過配置交換機來完成。例如，在一個有16個端口的交換機中，我們需要建立編號為1到3的3個分隔的VLAN。在配置時，我們將交換機上的每個端口關(guān)聯(lián)到與之相應(yīng)的VLAN。然后，每一個VLAN分配(Assignment)，即分隔的VLAN中的通信業(yè)務(wù)則被限制于那些關(guān)聯(lián)到此VLAN分配的端口。以該3個VLAN的交換機為例，我們建立和VLAN1關(guān)聯(lián)的端口為1、2、3和4，一個在端口1的廣播或組播報文只能發(fā)送到端口2、3和4而不能發(fā)送到其它端口。其它2個VLAN的運作方式與此類似，一個單播報文允許轉(zhuǎn)發(fā)，這和任何其它類型的交換機相同，存在一個MAC地址一端口號的關(guān)聯(lián)表，但是對端口VLAN添加到這個關(guān)聯(lián)表的是VLAN的約束條件。因此，對一個目標(biāo)地址，如存儲器中沒有與之對應(yīng)的MAC地址-端口關(guān)聯(lián)，則過濾(flooding)只限于該VLAN的端口組。

　　全面支持IEEE802.1QVLAN(虛擬局域網(wǎng))技術(shù)，允許管理員把數(shù)據(jù)限制在本地流動，保證數(shù)據(jù)流安全，隔離廣播域，提高網(wǎng)絡(luò)性能。VLAN的劃分大大提高了網(wǎng)絡(luò)的控制能力與性能，虛網(wǎng)之間的通信通過核心交換機的第三層功能進行，同時通過在第三層對網(wǎng)絡(luò)分段管理，提供第三層各網(wǎng)段間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩刂?，同時支持基于數(shù)據(jù)包中的MAC地址、IP地址、端口號等信息設(shè)置包過濾器，完成對數(shù)據(jù)流的安全管理和控制。

　　綜上所述，本系統(tǒng)通過高帶寬的網(wǎng)絡(luò)和有效的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)保證了語音、圖像、計算機數(shù)據(jù)傳輸三網(wǎng)合一，統(tǒng)一了傳輸系統(tǒng)的界面。[nextpage]

　　穩(wěn)定可靠的冗余環(huán)網(wǎng)技術(shù)

　　本系統(tǒng)采用環(huán)形冗余方案，骨干網(wǎng)采用千兆冗余環(huán)網(wǎng)，作為系統(tǒng)的核心交換層，匯聚層采用與骨干環(huán)網(wǎng)相切的百兆冗余環(huán)網(wǎng)，從多個層面保證了系統(tǒng)的可靠性。

　　隨著以太網(wǎng)和交換技術(shù)的發(fā)展使得建立冗余環(huán)網(wǎng)成為可能，在同樣冗余度的情況下，冗余環(huán)比雙總線方式減小了風(fēng)險的集中和降低了實現(xiàn)成本。如果系統(tǒng)中大環(huán)或小環(huán)的光纖發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于500ms時間內(nèi)切換成具有全部傳輸能力的總線結(jié)構(gòu)。在大環(huán)和小環(huán)之間有兩條雙絞線通道，一條作為主線，一條作為備用線，實現(xiàn)冗余連接。當(dāng)主線發(fā)生故障時，備用線在500ms內(nèi)自動啟用，從而確保了環(huán)與環(huán)之間的可靠通信。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　東海大橋交通監(jiān)控通信系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)交換機構(gòu)成，通信的主干IP環(huán)傳輸系統(tǒng)覆蓋整個跨海橋。在主干傳輸系統(tǒng)上設(shè)置一個中心交換機和5個外場區(qū)域交換機。五個覆蓋全橋監(jiān)控設(shè)備的外場IP相切環(huán)與各自所轄范圍內(nèi)的監(jiān)控外場設(shè)備相連，通過相切環(huán)將外場監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳中心。視頻信號通過視頻光端機匯集到外場區(qū)域交換機，再通過編解碼器轉(zhuǎn)換成IP包上傳中心。

　　干線IP通信網(wǎng)絡(luò)使用4芯光纖，組成自愈環(huán)保護結(jié)構(gòu)。通信線路簡單，具有高度的可靠性，接入層工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)型結(jié)構(gòu)，站點布設(shè)和區(qū)域接入的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參見圖1。

圖1  通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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　　傳輸部分——采用基于光纖的IP傳輸技術(shù)

　　東海大橋通信平臺采用基于光纖的IP傳輸技術(shù)。由于干線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間距較大(為7公里左右)，外場設(shè)備向干線節(jié)點機信息匯集時距離過長，設(shè)備匯集的線纜較多，因此本工程在各個干線節(jié)點區(qū)域接入層采用工業(yè)100M以太IP網(wǎng)絡(luò)，采用環(huán)網(wǎng)或鏈狀網(wǎng)等多種形式，工業(yè)以太IP網(wǎng)絡(luò)直接提供10M以太網(wǎng)接口和各種接口的轉(zhuǎn)換，以有利于各個外場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息就近接入，綜合實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_。

　　本IP光纖網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控中心設(shè)置第2/3層線速交換能力≥32Gbps的IP路由交換機，具有1個通信距離≥30km的遠程千兆光纖端口及1個通信距離≥10km的單模千兆光纖端口，用于與本系統(tǒng)內(nèi)其它IP路由交換機環(huán)型相連，端口配置不少于48個10/100BaseTX以太網(wǎng)端口。

　　全線設(shè)置5臺外場IP區(qū)域路由交換機，第2/3層線速交換能力≥10Gbps，端口配置不少于24個10/100BaseTX以太網(wǎng)端口，用于本地各種圖像、數(shù)據(jù)信息的接入。其中4臺配備1對通信距離≥10km的單模千兆光纖端口，用于本網(wǎng)絡(luò)間的環(huán)型連接;1臺配備1個通信距離≥30km的遠程千兆光纖端口及1個通信距離≥10km的單模千兆光纖端口。[nextpage]

　　通信中心配置框架式板卡結(jié)構(gòu)的MACH 3005路由交換機，具有較大的背板交換能力，較強的配置靈活性，便于系統(tǒng)的擴充和功能的重新調(diào)整。具體技術(shù)性能如下：

　　·第2/3層線速交換能力≥32Gbps;

　　·1個遠程千兆光纖端口，通信距離≥30km;

　　·1個單模千兆光纖端口，通信距離≥10km;

　　·不少于48個10/100BaseTX以太網(wǎng)端口。

　　外場交換機采用小型堆棧式MACH 3002路由交換機，結(jié)構(gòu)較為簡單。布設(shè)于中央分隔帶的獨立基礎(chǔ)上，配置獨立外場空調(diào)箱體，具體技術(shù)指標(biāo)如下：

　　·第2/3層線速交換能力≥10Gbps;

　　·其中4臺配備1對單模千兆光纖端口，通信距離≥10km;1臺配備1個通信距離≥30km的遠程千兆光纖端口及1個通信距離≥10km的單模千兆光纖端口;

　　·不少于24個10/100BaseTX以太網(wǎng)端口。

　　終端部分——采用網(wǎng)絡(luò)管理平臺

　　在監(jiān)控通信中心設(shè)置獨立傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)管終端，以管理網(wǎng)絡(luò)的運行和維護。配備專用網(wǎng)管軟件，利用Windows 2003 Server計算機作為網(wǎng)管平臺，方便地安裝和使用網(wǎng)管軟件。

　　該網(wǎng)管軟件使得可以從網(wǎng)管中心集中管理通信中心站和外場通信站設(shè)備，簡化日復(fù)一日的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析等工作，有效和方便地對IP網(wǎng)絡(luò)等信息系統(tǒng)進行全面的設(shè)備管理和功能管理。網(wǎng)絡(luò)管理功能包括：

　　·信息圖形化顯示方式;

　　·多協(xié)議支持;

　　·分布式網(wǎng)絡(luò)管理;

　　·查詢和配置;

　　·性能監(jiān)測(包括端口流量統(tǒng)計、端口性能統(tǒng)計、以太網(wǎng)總線流量統(tǒng)計、以太網(wǎng)總線性能統(tǒng)計、端口多指標(biāo)列表等);

　　·安全性設(shè)定;

　　·高速信元交換總線管理工具(保護管理、總線監(jiān)控、流量矩陣、TopN視圖等)。

　　總結(jié)

　　綜上所述，東海大橋交通監(jiān)控系統(tǒng)綜合體現(xiàn)了目前智能交通及工業(yè)控制領(lǐng)域的成熟理念及先進技術(shù)，其中通信分系統(tǒng)采用的骨干網(wǎng)集中體現(xiàn)了當(dāng)前業(yè)界前沿技術(shù)，在國內(nèi)交通控制系統(tǒng)中屬于最早應(yīng)用的項目之一。系統(tǒng)在千兆工業(yè)級以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上集成了氣象子系統(tǒng)、車輛檢測子系統(tǒng)、廣播子系統(tǒng)、CCTV子系統(tǒng)和海面監(jiān)測字系統(tǒng)、信息發(fā)布子系統(tǒng)等交通監(jiān)控內(nèi)容，因此，東海大橋監(jiān)控系統(tǒng)具有系統(tǒng)完備、技術(shù)先進、信息發(fā)布廣泛的特點。目前，此系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，效果良好。