东海大桥交通监控系统是一个集计算机技术、通信技术、图像技术、光纤网络等高新技术于一体的综合系统工程，对于保障大桥正常的运行管理，保障进出深水港的交通安全畅通，有着重要意义。

文 /上海交技发展股份有限公司 李宁、陈建飞

        东海大桥交通监控系统工程旨在提供一套完整，并具有现代化监控和管理水平的交通监控系统及应急指挥的子平台。本工程由以下三个部分所组成：
·监控系统，由动态全线摄像系统、交通流检测系统、可变信息板系统、广播系统、气象检测系统、中央控制系统等组成；
·收费系统，由半自动化收费设施系统、摄像监视系统、车道系统、对讲系统等组成；
·通信系统，由紧急电话系统、集群无线通信系统、光纤传输网络系统等组成。

工程目标

       本系统工程的目标是提供一套质量优良、技术先进、操作方便实用、运行稳定可靠的大桥交通监控系统，为提高大桥日常交通管理、大桥的交通组织水平以及保障大桥车辆、大桥运行安全发挥作用。

       系统的核心任务是建立大桥交通监控模式，充分结合交通监视信息、交通检测信息和交通控制信息，建立大桥交通日常管理模式和突发事件交通管理模式，充分考虑大桥的各种交通状态，在确保安全的前提下，进一步提高大桥的通车能力。
     

        另外，值得关注的是，东海大桥是上海连接洋山深水港唯一通道，而且，桥梁处于海关检查口外，因此，对大桥的视频监控要求是全覆盖、所有监控信息均与区域内的海关、边检、公安、检验检疫、港口等管理部门共享。

方案概述

       东海大桥交通监控系统包括了大桥通信骨干网络、电视监视与交通信息采集、交通信息处理与信息发布、大桥收费系统等建设工程，同时与诸多系统，如主体工程、房建、供配电、照明工程、电力及照明监控、电信、航道监测VTS、大桥结构健康监测、深水港区监控系统等组成有机的整体，与海关、边防、公安、深水港区、上海市高速公路管理中心等单位进行相关信息交换。因此无论是大桥交通监控系统本身，还是与其它系统的联系，均体现了监控系统的复杂性和信息交换的多样性。
 

        本工程主要技术特点是采用基于IP的千兆冗余光环网传输系统，为监控中心及外场各设备提供了高速、统一、可靠的信息传输界面。与传统监控系统相比，本系统具有先进性和高可靠性的优势。

方案特点

        传统的交通监控系统一般采用各分系统独立传输的方式，在整个监控系统内多种传输方式并存，包括低速串行数据电缆调制解调方式、光载波方式；高速数据的光载波方式、IP交换方式；低速模拟信号的电路交换方式；高速模拟信号的电缆基带传输方式等多种传输方式。

        多种传输方式的并存导致系统复杂性增加。首先，从施工角度来讲，系统的布线数量众多，路由复杂，增加了施工量和施工难度。其次，从系统结构角度来讲，各分系统互相独立，传输界面多样，电气接口众多直接增大了系统的复杂程度。再次，从系统运行角度来讲，过多的传输节点意味着系统的故障可能性增大，维护工作量也相应增加，一旦发生故障，则故障难于定位，难于检修。另外，从工程投资角度来说，
大量经费用于不同系统的通信传输设备与线缆，而传输系统仅作为整个系统的数据通道，并不能为整个系统增加功能；并且，多种传输系统的独立性也不利于系统日后的扩容，可能造成工程后续投资增加。

         由于本工程主体是长达34.2公里的长线大桥交通监控系统，工程范围广，设备分散，传统传输方式的不足尤其突出，因此，打破传统，建立一个高速、大容量、界面统一、稳定可靠的传输系统成为工程的重中之重。

        为此，考虑到上海高速公路交通通信网的现状和系统的兼容性，结合目前国际上相近技术的发展趋势，本系统采用基于IP交换技术的千兆光纤冗余传输系统。传输网络设备采用光纤路由交换机和光缆，骨干网为千兆以太网，用于各主干节点通信，区域路由交换机为百兆以太网，用于区域通信局域网的组织，整个系统实现数据、图像、语音的综合传输三网合一（考虑到电话系统的外部兼容，系统仍使用了电话交换机），将交通监控系统所需的接入端口标准化。

       本综合传输系统主干达到千兆容量，通信链路冗余配置，主干链路仅使用四芯光纤，具有结构简单，稳定可靠、高速度高容量的特点，并统一了多种系统的传输方式，简化了系统结构。

高速度、大容量的网络技术

       本工程骨干网使用千兆交换式以太网，在全双工模式下骨干网上可以提供两千兆的带宽。这不仅可以满足目前数据的带宽需求，而且可以满足未来网络扩容的需求。整个网络可划分为网络核心部分和网络边缘部分。

       网络核心——将网络的边缘设备和服务器组群进行汇聚，起到网络的中央传输和控制作用。具有提供高密度的高带宽接口和高性能的多层交换能力，同时根据用户需求的不同实现网络的冗余、控制和服务功能。

      网络边缘——连接外场设备、音频、图像等终端设备，提供较高密度的100M接入接口，并可通过高带宽接口连接入网络的骨干。

      网络核心由千兆核心交换设备组成，可以提供高密度的(一般在24个千兆端口以上)、支持各种传输媒介接口的千兆以太网络交换机，同时支持多协议多层交换、流量控制、质量服务、安全控制等网络核心所需的控制和服务功能。交换机则多采用模块化机箱，以提供灵活度、可扩展能力以及设备本身的冗余配置设计，并提供电源和风扇冗余以提高系统本身的可靠性。

兼收并蓄的三网合一技术

       高速、高容量的网络使数据、语音、图像的传输系统三网合一成为可能，然而单纯的带宽增加并不能使以太网这种基于载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的介质访问机制的网络从本质上保证传输的实时性。在多媒体数据量较大的请况下，如何避免网络的冲突增加是一个难题，本系统采用的设备具有领先的QoS技术和802.1Q技术，使得在交换以太网网络上能够有效地传送实时多媒体信息。本系统还可以通过将对应图像数据的端口划分为一个虚拟网络，将多媒体数据包限定在相应范围内，
不但避免了网络竞争，而且提高了网络的可靠性。

       虚拟网络的实现是基于具有交换能力的模板能够支持802.1Q标准的VLAN以及基于端口、MAC地址的VLAN，其三层能力包括对协议级、网络级VLAN的支持。模板支持所有端口同时到线速（第二层和第三层），还具有相当强的交通管理功能，如Cos/QoS，以及网络控制能力。

         VLAN通过观察其进入端口接收报文中出现的源 MAC(Medium AccessControl，媒体访问控制)，一个交换机能了解站点的位置。MAC地址-端口号的关联(Association)可以登录在其筛选数据库内。然后，所有指定存储在交换机筛选数据库中的某一个 MAC地址的发送，只能导向到与该MAC地址关联的端口。如果接收到一个没有关联的MAC地址，则发送将涌向所有端口（除该接收的端口外），也就是说，这时交换机的功能如同一个中继式集线器。以上对组播或广播报文均适用。由于交换
机限制单播报文只能到有关的站，因此，其性能比中继式集线器有明显的改进。

         另外，系统使用端口VLAN，通过配置交换机来完成。例如，在一个有16
个端口的交换机中，我们需要建立编号为1到3的3个分隔的VLAN。在配置时，
我们将交换机上的每个端口关联到与之相应的VLAN。然后，每一个VLAN分配
(Assignment)，即分隔的VLAN中的通信业务则被限制于那些关联到此VLAN
分配的端口。以该3个VLAN的交换机为例，我们建立和VLAN1关联的端口为
1、2、3和4，一个在端口1的广播或组播报文只能发送到端口2、3和4而不能发送到其它端口。其它2个VLAN的运作方式与此类似，一个单播报文允许转发，这和任何其它类型的交换机相同，存在一个MAC地址一端口号的关联表，但是对端口VLAN添加到这个关联表的是VLAN的约束条件。因此，对一个目标地址，如存储器中没有与之对应的MAC地址-端口关联，则过滤(flooding)只限于该VLAN的端口组。

        全面支持IEEE802.1QVLAN（虚拟局域网）技术，允许管理员把数据限制
在本地流动，保证数据流安全，隔离广播域，提高网络性能。VLAN的划分大
大提高了网络的控制能力与性能，虚网之间的通信通过核心交换机的第三层功
能进行，同时通过在第三层对网络分段管理，提供第三层各网段间数据传输
的安全控制，同时支持基于数据包中的MAC地址、IP地址、端口号等信息设置
包过滤器，完成对数据流的安全管理和控制。

        综上所述，本系统通过高带宽的网络和有效的网络控制技术保证了语音、
图像、计算机数据传输三网合一，统一了传输系统的界面。

稳定可靠的冗余环网技术

       本系统采用环形冗余方案，骨干网采用千兆冗余环网，作为系统的核心
交换层，汇聚层采用与骨干环网相切的百兆冗余环网，从多个层面保证了系统
的可靠性。

       随着以太网和交换技术的发展使得建立冗余环网成为可能，在同样冗余度
的情况下，冗余环比双总线方式减小了风险的集中和降低了实现成本。如果系
统中大环或小环的光纤发生故障，环形结构将在小于500ms时间内切换成具
有全部传输能力的总线结构。在大环和小环之间有两条双绞线通道，一条作为
主线，一条作为备用线，实现冗余连接。当主线发生故障时，备用线在500ms内
自动启用，从而确保了环与环之间的可靠通信。

系统架构

        东海大桥交通监控通信系统由工业以太网交换机构成，通信的主干IP环
传输系统覆盖整个跨海桥。在主干传输系统上设置一个中心交换机和5个外场
区域交换机。五个覆盖全桥监控设备的外场IP相切环与各自所辖范围内的监
控外场设备相连，通过相切环将外场监控数据上传中心。视频信号通过视频光
端机汇集到外场区域交换机，再通过编解码器转换成IP包上传中心。

        干线IP通信网络使用4芯光纤，组成自愈环保护结构。通信线路简单，
具有高度的可靠性，接入层工业以太网网络采用环型结构，站点布设和区域接
入的通信系统结构图参见图1。

传输部分——采用基于光纤的IP传输技术

      东海大桥通信平台采用基于光纤的IP传输技术。由于干线通信网络节点间
距较大（为7公里左右），外场设备向干线节点机信息汇集时距离过长，设备汇
集的线缆较多，因此本工程在各个干线节点区域接入层采用工业100M以太IP网络，采用环网或链状网等多种形式，工业以太IP网络直接提供10M以太网接口和各种接口的转换，以有利于各个外场设备的数据信息就近接入，综合实现数据传输的平台。

       本IP光纤网络在监控中心设置第2/3层线速交换能力≥32Gbps的IP路由交换机，具有1个通信距离≥30km的远程千兆光纤端口及1个通信距离≥10km的单模千兆光纤端口，用于与本系统内其它IP路由交换机环型相连，端口配置不少于48个10/100BaseTX以太网端口。

       全线设置5台外场IP区域路由交换机，第2/3层线速交换能力≥10Gbps，
端口配置不少于24个10/100BaseTX以太网端口，用于本地各种图像、数据信
息的接入。其中4台配备1对通信距离≥10km的单模千兆光纤端口，用于本网
络间的环型连接；1台配备1个通信距离≥30km的远程千兆光纤端口及1个通
信距离≥10km的单模千兆光纤端口。

        通信中心配置框架式板卡结构的MACH 3005路由交换机，具有较大的
背板交换能力，较强的配置灵活性，便于系统的扩充和功能的重新调整。具体
技术性能如下：
·第2/3层线速交换能力≥32Gbps；
·1个远程千兆光纤端口，通信距离≥30km；
·1个单模千兆光纤端口，通信距离≥10km；
·不少于48个10/100BaseTX以太网端口。

       外场交换机采用小型堆栈式MACH 3002路由交换机，结构较为简单。布
设于中央分隔带的独立基础上，配置独立外场空调箱体，具体技术指标如下：
·第2/3层线速交换能力≥10Gbps；
·其中4台配备1对单模千兆光纤端口，
通信距离≥10km；1台配备1个通信距
离≥30km的远程千兆光纤端口及1个
通信距离≥10km的单模千兆光纤端口；

·不少于24个10/100BaseTX以太网端口。

终端部分——采用网络管理平台

         在监控通信中心设置独立传输系统的网管终端，以管理网络的运行和维护。配备专用网管软件，利用Windows 2003 Server计算机作为网管平台，方便地安装和使用网管软件。

        该网管软件使得可以从网管中心集中管理通信中心站和外场通信站设备，简化日复一日的状态监控、故障诊断、数据分析等工作，有效和方便地对IP网络等信息系统进行全面的设备管理和功能管理。网络管理功能包括：
·信息图形化显示方式；
·多协议支持；
·分布式网络管理；
·查询和配置；
·性能监测（包括端口流量统计、端口性能统计、以太网总线流量统计、以太
网总线性能统计、端口多指标列表等）；
·安全性设定；
·高速信元交换总线管理工具（保护管理、总线监控、流量矩阵、TopN视图等）。

总结

       综上所述，东海大桥交通监控系统综合体现了目前智能交通及工业控制领
域的成熟理念及先进技术，其中通信分系统采用的骨干网集中体现了当前业界
前沿技术，在国内交通控制系统中属于最早应用的项目之一。系统在千兆工业
级以太网的基础上集成了气象子系统、车辆检测子系统、广播子系统、CCTV
子系统和海面监测字系统、信息发布子系统等交通监控内容，因此，东海大桥
监控系统具有系统完备、技术先进、信息发布广泛的特点。目前，此系统运行
安全、稳定，效果良好。