基于SONET的ITS通信系統(tǒng)

如何改善一個地區(qū)的交通狀況，通常有兩種方法：一種是增加對交通設(shè)施基本建設(shè)的投入，如增加道路的數(shù)量和質(zhì)量等以增加交通網(wǎng)絡(luò)的容量；另一種方法是在現(xiàn)有的道路容納能力上，通過加強(qiáng)管理來提高道路的利用率從而提高道路的實(shí)際容量。實(shí)踐證明單純依靠增加道路的基礎(chǔ)建設(shè)并不能收到很好的效果，尤其是對于一些大城市來說，城市的容納能力限制了道路的拓寬。計算機(jī)、通信以及自動控制等技術(shù)的發(fā)展成熟為通過宏觀調(diào)控提高交通網(wǎng)絡(luò)的利用率和安全性提供了可能。目前，在許多發(fā)達(dá)國家，以利用計算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)為主，融合自動控制和測量技術(shù)等為一體的智能交通系統(tǒng)（ITS）已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。本文首先介紹ITS的基本概念，ITS在國外的發(fā)展?fàn)顩r，最后，利用SONET網(wǎng)絡(luò)，提出了一個ITS通信系統(tǒng)的解決方案。

１ ITS系統(tǒng)簡介

1.1 ITS的主要功能

智能交通系統(tǒng)ITS(Intellingnt Transportation System)是一個集通信、監(jiān)測和控制為一體的綜合系統(tǒng)。它主要實(shí)現(xiàn)以下幾個方面的功能：監(jiān)測道路網(wǎng)絡(luò)的交通狀況，控制交通信號系統(tǒng)的運(yùn)行，保證交通網(wǎng)絡(luò)的可靠、高效、有序運(yùn)作；收集和處理有關(guān)交通（如不同路段的交通量、路面質(zhì)量、定位信息等）或其它方面的信息（如天氣情況等），為用戶提供實(shí)時的信息服務(wù)；實(shí)現(xiàn)智能的交通管理，如：自動計費(fèi)系統(tǒng)，自動車輛識別系統(tǒng)，運(yùn)行中車輛重量自動測試等等；同其它系統(tǒng)（如Internet，公眾電話網(wǎng)等）或機(jī)構(gòu)（如急救中心、消防中心、警察局等）互連，為用戶提供更多的信息服務(wù)，同時提高交通系統(tǒng)應(yīng)付和解決緊急問題的能力。

1.2 目前全球ITS的發(fā)展?fàn)顩r

ITS是近年來提出的一個嶄新的技術(shù)，它是計算機(jī)、通信、控制和測試技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。同時由于它是一個全新的領(lǐng)域，不存在對舊有技術(shù)改造等問題，這使它能夠采用許多最新的技術(shù)，這也是它得以迅速發(fā)展的原因。目前，美國、歐洲的許多國家及亞洲的一些經(jīng)濟(jì)和科技較發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)都投入了大量的人力和財力對這一領(lǐng)域進(jìn)行研究和建設(shè)。

美國是目前對這一領(lǐng)域研究投入最大，成果也最豐的國家。美國的許多州的DOT(Departmentof Toansportation)都根據(jù)自己的實(shí)際情況制定了相應(yīng)的ITS發(fā)展方案。Massachusetts州的CrossCountry Global ITS Services計劃結(jié)合蜂窩技術(shù)和精確GPS定位技術(shù)，為用戶提供定位和交通信息；California州和Pennsylvania州分別重組了其TMC(TransportationManagement Center)以推動ITS 的發(fā)展；Arizona 州AZTechTM 提出 “Valley of the Sun”ITS計劃，以提高該州的交通條件和居民生活質(zhì)量；Virginia州的OncallTechnical Support Services Project等等。

歐洲在ITS領(lǐng)域的研究也取得了較大的成果。法國已經(jīng)將“Mediamobile`sVisionaute″成功地推向市場，該系統(tǒng)為用戶提供實(shí)時的交通擁塞告警服務(wù)；英國的UTMC(UrbanTraffic Management and Control system)也取得了較大的成功；跨歐洲的EFFECT(EnviromentalForecasting For the Effective Control of Traffic)計劃也于1999年1月開始實(shí)施，該計劃打算建立一個集空氣質(zhì)量監(jiān)測和交通需求管理為一體的綜合系統(tǒng)。

在亞洲，日本、新加坡、以色列等國家以及我國的臺灣省也在一定的范圍內(nèi)著手建立自己的ITS系統(tǒng)。此外，加拿大、巴西、澳大利亞等國家的ITS系統(tǒng)的研究和建設(shè)都取得了一定的成果。我國的廈門等城市也已對ITS進(jìn)行初步的嘗試，但由于各方面的原因，到目前為止尚沒有較完整的ITS系統(tǒng)。

國內(nèi)外的ITS實(shí)踐的結(jié)果表明ITS系統(tǒng)在提高道路的利用率以及交通安全方面已經(jīng)取得了顯著的效果，美國交通部（USDOT）提供的數(shù)據(jù)表明：安裝了ITS系統(tǒng)后，旅行時間平均降低48%，平均交通速度提高62%，道路的容納能力提高25%，同時交通事故的發(fā)生率出現(xiàn)明顯的下降，在有些地區(qū)下降到50%(USDOT:"Buildingthe ITI:Putting the National ITS Architecture into Action"1997數(shù)據(jù)）。不僅如此，ITS在提高人們生活，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展等方面起到了巨大的作用，研究和建設(shè)ITS系統(tǒng)具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1.3 ITS系統(tǒng)的組成及各部分主要功能

ITS是一個綜合系統(tǒng)，圖１為一個典型的ITS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖。從系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)的功能來看，整個系統(tǒng)大致可以分為四部分：中央處理系統(tǒng)、職能分系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)和終端設(shè)備。

中央處理系統(tǒng)是ITS的核心，它主要包括中央處理設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，顯示設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)和其它系統(tǒng)互連的通信控制設(shè)備等等。它的主要功能包括：控制和協(xié)調(diào)各個分系統(tǒng)，保證整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行；分析和處理來自各分系統(tǒng)的信息；提供ITS系統(tǒng)和其它系統(tǒng)之間的接口。

職能分系統(tǒng)包括交通管理系統(tǒng)，交通信號管理系統(tǒng)，高速公路控制系統(tǒng)等等。它們根據(jù)分工的不同分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，如交通管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)各路段或關(guān)口等的自動計費(fèi)，車輛自動識別等；交通信號管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)交通信號的控制；高速公路控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對高速公路的管理和維護(hù)。

信息傳輸系統(tǒng)是ITS賴以存在的基礎(chǔ)，它一方面負(fù)責(zé)將用戶所需的各類信息如圖象、聲音、視頻或數(shù)據(jù)等快速可靠地傳遞給用戶，并將用戶的信息反饋到監(jiān)控中心。另一方面，監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備如傳感器、攝像機(jī)等獲取的數(shù)據(jù)必須通過它傳給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心發(fā)出的各種指令也必須通過它來傳送。不僅如此，用戶通過它還可以實(shí)現(xiàn)同外界的通信。

終端設(shè)備包括監(jiān)測設(shè)備（如攝像機(jī)、各種傳感器等），信號設(shè)備（如LED）以及用戶設(shè)備等。

２ 基于光纖分布式網(wǎng)絡(luò)的ITS系統(tǒng)

ITS是一個復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，它涉及到數(shù)據(jù)、話音、視頻、圖象等信號的傳輸和處理等問題。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê芏?，包括雙絞線（屏蔽和無屏蔽）、同軸電纜、光纖和各種模擬或數(shù)字的無線技術(shù)等。ITS系統(tǒng)不同部分的應(yīng)用需要不同的信號傳輸方案。光纖介質(zhì)具有高容量、高抗干擾能力和低誤碼率等特點(diǎn)，這使光纖傳輸方案被廣為利用。同其它的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET-SynchronousOptical Network)具有很多的優(yōu)越性：網(wǎng)絡(luò)具有自愈能力，具有增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)操縱、管理和維護(hù)能力，靈活的帶寬分配和使用能力，傳輸各種數(shù)據(jù)和高帶寬的能力以及服務(wù)質(zhì)量（QOS）保證等等。因此本文利用SONET給出一個有效的ITS通信網(wǎng)絡(luò)解決方案。

2.1網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2為網(wǎng)絡(luò)的主要部分的拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)，從圖中可以看到網(wǎng)絡(luò)主要由主干網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)單元兩部分組成。

2.1.1主干網(wǎng)

主干網(wǎng)為一個廣域網(wǎng)，提供1.6～44Mbps的視頻通道用來傳輸視頻信號。WAN上的任意節(jié)點(diǎn)可訪問該WAN，視頻源（如攝像機(jī)、VCR、DVD等等）采用可由用戶配置參數(shù)的壓縮算法進(jìn)行數(shù)字化，根據(jù)不同的配置改變比特率，以改變帶寬，方便帶寬管理。系統(tǒng)采用動態(tài)智能帶寬分配技術(shù)，支持以下幾種視頻信號的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

· 廣播質(zhì)量：700×800,30幀/s的NTSC彩色信號；

· INTERNET質(zhì)量：350×240,15幀/s的彩色信號；

· 高質(zhì)量的圖象電話：350×340,10幀/s的彩色信號；

· 高分辨率700×480彩色圖象，2幀／秒，每個攝像機(jī)約用400kbps。

2.1.2 節(jié)點(diǎn)單元

圖３為一個典型的節(jié)點(diǎn)單元（本地本地操縱中心），節(jié)點(diǎn)利用SONET接口卡提供不同的接口以滿足不同信號（如交通監(jiān)視視頻信號、交通信號控制信號及其它的可變消息信號等）的傳輸要求。這些接口單元能夠提供不同的連接標(biāo)準(zhǔn)，例如：RS232、Ethernet等。通過它為不同的信號（話音、數(shù)據(jù)、Ethernet信號、視頻信號）在同一通信媒介上傳播提供一個有效的途徑，多個網(wǎng)絡(luò)可以通過節(jié)點(diǎn)單元接入骨干網(wǎng)中，以形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

對于視頻信號SONET接口卡提供兩種單元：VMapper單元和視頻I/O單元。VMapper單元有兩種選擇：基于OC-3（表１）的44Mbps和基于OC-1或OC-3的1.6～11Mbps，每個VMapper單元含4個端口以連接I/O單元。視頻I/O單元為一個監(jiān)視器或多達(dá)３個攝像機(jī)同VMapper單元間提供接口。

2.2 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選擇

選擇windows NT作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，利用windows可以方便地將網(wǎng)絡(luò)管理、帶寬管理、視頻監(jiān)視、攝像機(jī)控制結(jié)合在統(tǒng)一的圖形用戶界面（GUI）上以方便管理。利用多個監(jiān)視器，可以同時對不同的地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視。windows還提供plus-and-play和drag-drop功能，可方便地增減設(shè)備或在不同的管理功能之間進(jìn)行切換。

2.3系統(tǒng)的特點(diǎn)

該系統(tǒng)采用客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)，支持RS232、Ethernet、ATM、語音和視頻等數(shù)據(jù)格式。在網(wǎng)絡(luò)的任何點(diǎn)可以增減通信信道（該特點(diǎn)允許在多點(diǎn)監(jiān)視或控制交通管理系統(tǒng)），基于SONETWAN的NT客戶／服務(wù)器環(huán)境允許在多點(diǎn)運(yùn)行應(yīng)用軟件。帶寬可動態(tài)分配，可通過動態(tài)調(diào)整視頻信號的質(zhì)量來調(diào)整帶寬，這允許大量的攝像機(jī)接入到系統(tǒng)而不需為所有的攝像機(jī)預(yù)留帶寬，同時也允許在任何節(jié)點(diǎn)加減視頻信號或在不同的物理位置上同時連入多個攝像機(jī)監(jiān)視站。

總而言之，ITS智能交通系統(tǒng)是近年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，具有極大的發(fā)展前景。本文介紹了ITS的基本概念、ITS系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能、ITS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。在此基礎(chǔ)上介紹了ITS系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)和各部分的主要功能，最后根據(jù)ITS系統(tǒng)的通信要求和光纖通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了一個基于SONETＷＡＮ的ITS通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，對我國ITS系統(tǒng)的建設(shè)具有一定的啟發(fā)意義。