第一篇：寬帶碼分多址在高鐵中的網絡建設與展望

寬帶碼分多址在高鐵中的網絡建設與展望

高速鐵路與聯通3G處于同一歷史發展階段

目前我國高速鐵路進入快速發展階段，到2012年，我國將建成客運專線42條，總里程1.3萬km，其中時速250km的線路有5000km，時速350km的線路有8000km。近年來部分路段高速鐵路已正式運營，有越來越多的人選擇乘坐高鐵出行。

2009年1月7日，工業和信息化部為中國聯通、中國移動和中國電信發放3張3G牌照，中國進入3G時代。經過1年多的建設，中國聯通已建設成覆蓋全國所有地市及縣城的WCDMA網絡，全網開通HSPA功能，在覆蓋區內，擁有強大的3G業務支撐能力。

從某種意義上來看，聯通3G和高鐵處于共同的歷史發展階段，都處于發展的初期，并面臨重大的發展機遇。

如何根據高鐵建設與運營的發展歷程，以科學發展觀為指導，建設聯通3G針對高鐵的通信網絡，是現階段聯通3G網絡規劃的重要任務之一。

高速鐵路覆蓋的特點是速度高、穿透損耗大、切換頻繁，這也對移動通信網絡提出了更高的要求。

WCDMA網業務發展分析

3G網絡的網絡需求與不同業務發展狀況息息相關。

目前3G網絡上的業務種類及發展情況

● 純語音業務

純語音業務是目前的基本業務，可以預見長期內依然是主流業務，也是運營商的主要收入及利潤來

源。

● 可視電話業務

在3G網絡建設前，業界普遍預測可視電話為新的殺手業務，但從實際業務發展情況看，可視電話并未得到3G用戶的廣泛使用。結合國外3G運營商的實際情況，可視電話業務的低迷預計會持續一段時間。

● 數據業務

在3G網絡建設前，2G網絡已培養了一大批低速數據業務用戶，已成為新的利潤增長點。3G網絡可延續發展數據業務，并依靠網絡優勢逐步提高數據用戶的感知度。

● 高速數據業務

從全球WCDMA網絡運營情況看，HSPA高速數據業務已成為發展最為迅速的增值業務。從長期來看，流媒體、手機網絡游戲、在線音樂、大容量下載等高速數據業務是3G業務的發展趨勢。

高速鐵路的WCDMA用戶需求分析與網絡承載能力要求

規劃期內高鐵建設階段，高鐵沿線的用戶構成主要為高鐵施工人員。高鐵施工人員經濟收入和文化水平不高，通信需求強烈。基于此階段的用戶構成，規劃期內高鐵建設階段的業務需求主要為語音業務和低速數據業務。鐵路施工期間，將對網絡的語音承載能力有一定的要求。

WCDMA業務發展前期的特征為高鐵乘客中WCDMA用戶逐步滲透，業務需求以WCDMA語音業務和數據業務為主。此時WCDMA用戶數還不多，語音及數據業務對網絡的承載能力要求不高，也就是說，網絡將

會處于低負荷的運行狀態。

在WCDMA業務發展中期，為吸引用戶，推廣高速數據業務勢在必行。這一時期高鐵乘客中WCDMA用戶的滲透率達到一定水平，WCDMA業務需求豐富多樣，語音業務、數據業務之外，可視電話業務和高速數據業務需求也會比較強烈。此階段，語音及數據業務量將對網絡提出一定的承載能力要求。列車運行經

過路段，網絡將會運行于正常的負荷水平。

高速鐵路基站覆蓋規劃與設計

時速350km高鐵WCDMA網絡建設目標

覆蓋目標：全線95%以上的路段，WCDMA網RSCP大于-95dBm；全線達到語音業務和可視電話業務（CS64kbps）連續覆蓋，并能提供高速率的分組數據業務。

質量目標：全線接通率大于98%，掉話率小于1%，切換成功率大于98%。工程目標：在保證網絡服務的同時，做到建設成本最低，建設周期最短。

高鐵覆蓋基本參數取定

列車穿透損耗WCDMA系統均取25dB；小區切換時間設計采用值為3s；多普勒頻移，WCDMA制式標準允許的中心頻率偏差為±800Hz，因此在列車時速為350km時，不會影響網絡的正常運行。

覆蓋半徑的計算

不同業務在不同場景下，根據上行鏈路預算結果計算出的部分覆蓋半徑如表1所示。

表1 不同業務在不同場景下的覆蓋半徑

由以上計算結果看出，相同天面配置下，CS12.2kbps業務相對CS64kbps業務，其覆蓋距離增加

40%~60%左右。

不同3G業務對網絡覆蓋的要求

從鏈路預算結果看，不同業務所允許的最大路徑損耗有所差異，CS12.2kbps和CS64kbps業務連續覆蓋所允許的路徑損耗相差約5dB。通過傳播模型計算出的小區覆蓋半徑也有所差異。

考慮到切換所需重疊覆蓋區域（T），以及不同環境下的網絡組網方式，可以計算出滿足不同業務

需求應設置的最小站距。

在城區環境下采用65°天線蜂窩組網，站距D=1.5（R-T/2）；郊區環境下，兼顧鄉鎮的覆蓋，采用90°天線蜂窩組網，扇區夾角120°情況下，站距D=1.73（R-T/2），此時基站距鐵路垂直距離建議為500~900m。如果基站距離鐵路較近，300~500m，建議采用65°天線，扇區夾角150°左右，站距D=1.93（R-T/2）；如果是純高鐵覆蓋，且不考慮兼顧鄉鎮的覆蓋，可采用33°天線，基站距鐵路垂直距離建議

150~300m，此時可以認為D≈2（R-T/2）。

在典型參數情況下，郊區基站兼顧鄉鎮覆蓋，要保證可視電話業務連續，掛高40~50m情況下，平均站距為2.5~2.8km；如果是純道路覆蓋，采用高增益窄波束天線，站距為3.4~3.9km。如果只保證語音業務連續，郊區基站考慮兼顧鄉鎮覆蓋，掛高40~50m情況下，平均站距為3.9~4.5km；純道路覆蓋，采用高

增益窄波束天線，站距為5.6~6.0km。

基站建設策略比較

以京滬高鐵安徽段為例，其全長266km，設計時速350km，有兩種基站建設策略：策略一，一步到位按滿足CS64kbps業務連續覆蓋，并可提供高速數據業務，基站平均站距2.7km；策略二，分階段建設，先滿足純語音業務連續覆蓋，基站平均站距4.2km，隨著WCDMA用戶增長和業務的發展，逐步增加基站，滿足CS64kbps連續和全線提供高速數據業務。

不同的建設策略在新增基站規模、投資規模以及建設周期上，有較大差異。從覆蓋里程所需基站數（加10%余量）、可利舊的基站配套數量（約30%基站可與現網共站建設）以及投資額度等方面對兩種策

略進行比較，如表2所示。

表2 兩種建設策略的比較

從表2可以看出，如果采用一步到位的建設策略，一次性配套建設規模較大，比分步實施的策略高出一倍的建設規模，投資規模也高一倍，但可滿足可視電話業務的連續覆蓋。分步實施的建設策略只能先提供語音業務的連續覆蓋，在未來幾年逐步增加覆蓋站點，極端情況下，按每2個基站之間增加1個基

站計算，最終平均站距達到約2km。

分步實施的建設策略的優點主要是：一次性投入較小，建設工程量小，投資小。未來的投資規模

可根據業務發展逐步投資，投資效益比可控。

京滬高速鐵路覆蓋策略及未來網絡需求可能

根據以上的業務需求分析和覆蓋策略比較，安徽聯通制定了分階段進行京滬高速鐵路無線網絡覆

蓋的建設策略。高速鐵路建設階段

此階段根據施工開工情況，有選擇地完成GSMWCDMA基站的建設，為施工人員提供語音和低速數據等移動通信業務。此階段的基站建設需參考全線基站規劃，在高鐵施工完畢后，只需做簡單調整即可作為

高鐵線覆蓋基站，以保護前期投資不浪費。

WCDMA業務發展前期

在WCDMA業務發展前期（2010—2012年），京滬高鐵覆蓋只滿足WCDMA語音業務連續覆蓋的需求，同時全線提供WCDMA低速數據業務接入能力。

未來幾年高鐵覆蓋策略

在WCDMA業務發展中期，要根據業務實際發展的情況，有針對性地完善京滬高鐵的覆蓋：

● 情景一：可視電話和數據業務快速發展

可視電話業務對WCDMA網絡覆蓋有較高要求，為滿足可視電話連續覆蓋的需求，需在WCDMA業務發展前期的規劃基站基礎上新增WCDMA基站，將平均站距減小至2km。在前期網絡規劃時，需一并考慮未來新增基站的站址選擇，做好前期建設的基站和后續新增基站備選點的整體規劃，實現“一次規劃，分步

實施”的建設策略。

新增基站后，除滿足可視電話業務連續覆蓋外，同時全線提供高速數據業務接入的能力。

● 情景二：可視電話業務發展緩慢，高速數據業務快速發展

數據業務對連續覆蓋要求不高，但高速數據業務對下行覆蓋鏈路有較高要求。此種情況可采用增強基站發射功率改善下行鏈路，開通WCDMA第二載波作為數據業務專用頻道等手段解決高速數據業務需求，而無需新增基站。

京滬高鐵安徽段規劃結果

根據現場勘查情況，京滬高鐵郊區路段平均站距為4.2km，在城區或兼顧鄉鎮覆蓋路段，適當增加站點，減小站間距。京滬高速鐵路實際基站規劃設置比理論計算略多，具體基站設置情況如表3所示。

表3 京滬鐵路WCDMA基站設置

我國高速鐵路建設進入了蓬勃發展的新時期，制定一次規劃、分步建設的高速鐵路覆蓋方案，在目前投資壓力較大，以及3G不同業務存在不同發展可能的情況下，不失為一種較經濟實用的組網方案。

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第二篇：鎂合金在高鐵上的應用及展望

鎂合金在高鐵上的應用及展望

近年來我國軌道交通裝備行業發展迅速，軌道客車速度快、能耗低、舒適性設計、環境友好、以人為本的設計特點，具有其他交通方式無法比擬的優勢。輕量化設計可以實現軌道客車多方面的優化，是軌道客車關鍵技術之一。鎂合金是目前工程應用中密度最小、比強度最高的結構金屬材料，在軌道客車輕量化應用中具有非常好的前景。

鎂合金的開發和應用

現在廣泛應用的鎂合金主要可以分為兩種，一種是鑄造鎂合金，另一種是變形鎂合金。目前壓鑄鎂合金在工業已經得到廣泛應用，鎂合金經過變形之后，可以得到更加優秀的綜合力學性能，從而滿足不同的場合需求，所以發展變形鎂合金非常有前景。

鎂合金的特點可滿足航空航天等高科技領域對輕質材料降噪、減振、防輻射的要求，同時可大大改善飛行器的氣體動力學性能和明顯減輕結構重量。目前鎂合金在航空工業上應用很廣泛，其中包括AZ91、AZ31、ZE41、QE22、WE43等。

節能與環保的新要求使汽車公司都設法減輕汽車的重量，從而達到降低汽油消耗和溫室氣體排放量的新標準，鎂合金的減重效果可以最大限度滿足日益嚴格的節能的溫室氣體排放的要求。鎂合金具有良好的阻尼系數，減振性能好于鋁合金和鑄鐵。在座椅、方向盤、輪轂上應用可以減少振動，在車門等殼體上應用可以降低噪聲，提高汽車的安全性和舒適性。目前，汽車儀表、座椅架、方向操縱系統部件、引擎蓋、變速箱、進氣歧管、輪轂、發動機和安全部件上都有壓鑄和變形鎂合金產品的應用。

軌道客車的輕量化設計

軌道客車輕量化設計主要是通過優化結構、采用新材料來實現，它主要包括列車車體、車內設備、車外吊掛安裝設備的輕量化。在考慮減輕列車重量的時候，必須在確保車體強度、剛度、動力學和動應力等滿足要求的前提下，盡量實現列車的輕量化。

按照添加合金元素的不同，目前常用的鎂合金可以大致分為Mg-Al系合金、Mg-Mn系合金、Mg-Zn系合金；按成型方法可以大致分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，其中應用鑄造鎂合金中絕大部分是壓鑄鎂合金。工業常用的鎂合金包括AZ31B、AZ61A、AZ91D、AM60B等。

常用變形鎂合金和壓鑄鎂合金與鋁合金的力學性能相近，非常有潛力在軌道客車替代鋁合金，實現輕量化減重的目的。

現代軌道客車設計必須考慮的幾個頂層指標分別是安全性設計、節能環保設計和舒適性設計。鎂合金有良好的吸收能量性質，應用在列車座椅上可以在列車出現碰撞事故時使座椅吸收更多的能量，從而保護乘客的安全。比如AM60合金具有突出的吸能性，同時兼有良好的強度和韌性，已經在國外直升飛機座椅上得到應用。鎂合金在列車減重節約能源方面優勢明顯，而同時鎂合金具有優良的模壓加工性能，可以壓鑄成為復雜的外形，從而滿足座椅的人體工程學和外觀美學設計。使用鎂合金制作列車座椅上可以把美學、人體工程學、輕量化和成型性這幾種設計很好地結合在一起。

國外軌道客車上已經有許多鎂合金應用的報道。法國TGV高速列車已經在TGVDuplex雙層高速列車座椅上應用了鎂合金件，采用鎂合金件的座椅總數量超過了45000個，應用鎂合金的部件包括座椅小桌面板、座椅扶手、腳踏板、座椅側面面板。采用鎂合金的座椅重量明顯減輕，和原先的鋁合金座椅相比每個雙人座椅由36kg減輕到30kg。鎂合金件所需成本不高，減重之后節約了列車運行成本。TGV列車鎂合金在座椅上的應用實現了減重、節約成本和應用功能的良好結合。韓國KTX特快列車在座椅基座上使用了鎂合金板材零件，鎂合金比之前采用鋁合金和玻璃鋼每個座椅減重5kg，并且可以節省8%～10%的成本。

日本新干線列車在輕量化減重技術方面一直處于領先地位。目前日本新干線N700系列高速列車座椅骨架已經采用鎂合金，包括座椅扶手、中央支撐架、底墊、底座、扶手座、背靠等。使用效果良好，實現了整車減重目的，提升了動車組的動力性能并減少了能耗。

輕量化材料中的優勢使鎂合金在我國軌道客車應用潛力巨大，我國某些研究機構和主機廠也對鎂合金在列車上的應用做了許多研究和試驗。比如使用AZ91D鎂合金替代動車組PA塑料制作小桌支臂減輕列車重量。動車組原始PA塑料小桌支臂強度較低，現車使用中有斷裂損壞的風險，使用鎂合金制作小桌支臂，不僅強度完全滿足使用需求，并且可以明顯提升承載能力、斷裂伸長率和沖擊韌性等性能。首先，經過測試鎂合金小桌支臂的抗拉強度和彈性模量完全優于PA塑料小桌支臂，對兩種材料的小桌支臂做20kg載荷變形量試驗，結果顯示鎂合金支臂變形量明顯小于PA塑料支臂。PA塑料支臂為實心結構，而鎂合金支臂結構設計得更薄更合理，所以每個AZ91D鎂合金支臂可以比原來實心PA塑料支臂減輕約35%的重量。疲勞強度試驗結果顯示鎂合金小桌支臂完全符合疲勞耐久設計。盡管重量有所減輕，但由于材料性能出眾，使用鎂合金材料的小桌支臂最大承載能力比以前有明顯的提升。綜合評價得出，鎂合金小桌支臂可以完全滿足國內動車組使用需求，使用AZ91D鎂合金替代PA塑料制作小桌支臂可以滿足動車組的輕量化設計。

現階段軌道客車鎂合金應用的主要研究目標是在大部分非承載零部件上使用鎂合金材料替代鋁合金，在使用成熟后再發展到承載零部件的應用。根據鎂合金的性能和特點，目前鎂合金可以在列車以下結構上進行使用：

列車內裝型材、車窗內框架、小桌板及支臂；

行李架邊框、座椅骨架、臥鋪框架、內部儀表盤框架；

車下裙板、車內間壁面板、車下設備艙底板。

國內有研究機構已經試制出了鎂合金臥鋪框架樣品和鎂合金間壁面板樣品，有相關廠家批量生產了在行李架、座椅骨架、小桌板支臂等部位應用的鎂合金零件，另有廠家正在試制蜂窩模塊并設計過度車鉤等。

有研究數據表明，運用鎂相關材料來制造有軌列車車體及內裝部件，將大大降低其重量。以京滬高鐵的客運專線為例，如果將其車身用鎂合金來制造整個車身，整體將減重約13 % 以上，節能平均幅度則是8%。以京滬高鐵目前全線運營每天1000多班次的動車組來計算，全部應用鎂合金車體，一天僅直達列車即可節約用電126萬度、折合減少二氧化碳排放1146噸。由此可見，運用鎂合金及復合材料對列車進行減重以后，對于節能減排意義重大。

隨著鎂合金開發和應用研究的發展，鎂合金的性能會得到不斷提升，未來趨勢是進一步拓展應用領域，從高速列車上的非承載零部件逐漸發展應用到承載零部件，使鎂合金成為高速列車輕量化關鍵材料。

第三篇：傳感器在高鐵中的應用

1、轉向架

轉向架是支承車體并沿著軌道走行的裝置。轉向架是車輛最重要的組成部件之一，它的結構是否合理直接影響車輛的運行品質、動力性能和行車安全。

CHR1動車組轉向架上安裝有用于多個系統用的速度傳感器。

速度傳感器

(1)光電式車速傳感器--由帶孔的轉盤兩個光導體纖維，一個發光二極管，一個作為光傳感器的光電三極管組成。發光二極管透過轉盤上的孔照到光電二極管上實現光的傳遞與接收。

(2)磁電式車速傳感器--模擬交流信號發生器，產生交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。磁組輪上的逐個齒輪將產生一一對應的系列脈沖，其形狀是一樣的。輸出信號的振幅與磁組輪的轉速成正比(車速)，信號的頻率大小表現于磁組輪的轉速大小。

(3)霍爾式車速傳感器--它們主要應用在曲軸轉角和凸輪軸位置上，用于開關點火和燃油噴射電路觸發，它還應用在其它需要控制轉動部件的位置和速度控制電腦電路中。由一個幾乎完全閉合的包含永久磁鐵和磁極部分的磁路組成，一個軟磁鐵葉片轉子穿過磁鐵和磁極間的氣隙，在葉片轉子上的窗口允許磁場不受影響的穿過并到達霍爾效應傳感器，而沒有窗口的部分則中斷磁場。

紅外軸溫探測傳感器

列車在運行中，車軸與軸承相互摩擦產生熱能。當車軸與軸承間出現故障時，摩擦力增大，產生的熱能就隨之增加,軸箱的溫度也隨之升高。因此,測定軸箱的溫度變化，可以確定軸箱的工作狀態是否正常。鐵路行車早期，采用手摸軸箱的辦法來判斷溫度的變化情況，并以手的感覺來確定車輛與軸承間的工作狀態。采用這種方法，檢測人員勞動強度大，效率低，而且人的手感有差異，沒有標準。

紅外線軸溫探測設備由探頭、軸溫信息處理裝置、傳輸線路、信號報警裝置等部分組成。探頭由光敏器件和光電轉換器件組成。

軌道清障器

CHR1動車組兩個端部轉向架上各裝有一個軌道清障器，用來防止軌道有異物導致出現脫軌現象。

2、弓網系統

電弓是電力牽引機車從接觸網取得電能的電氣設備，安裝在機受車或動車車頂上。受電弓與接觸電網直接接觸，為電力機車提供電力。（包括高壓牽引電機電力以及車廂照明等低壓電力）受電弓可分單臂弓和雙臂弓兩種，菱形受電弓，也稱鉆石受電弓，以前非常普遍，后由于維護成本較高以及容易在故障時拉斷接觸網而逐漸被淘汰，近年來多采用單臂弓（圖）。

弓網電弧是指由于接觸導線的不平順、接觸網的振動、受電弓弓頭的振動、軌道的不平順等多種因素的影響，受電弓與接觸導線在相對高速滑動中分離而產生的氣體放電現象。弓網電弧的危害有：侵蝕和磨損接觸導線和受電弓滑板；產生過電壓；產生高頻噪聲；使電力機車的供電質量下降等 針對以上問題，人們提出許多應對方案，如最初的人工觀察記錄的方法，到后來的檢測車，再到現在的視頻監測等。而隨著光開關，即光電傳感器技術的快速發展，這一技術也被用到了弓網離線電弧的檢測方面。由于受電弓離線時，受電弓上的電流為零，所以可通過檢測此時受電弓的電流狀態來測定離線。而這一檢測可通過光電傳感器來完成。

激光位移傳感器對接觸線（車頂）位置和高度的準確測量對接觸網的監控和安裝非常重要。恰當的無接觸的接觸線測量系統已經為韓國高速鐵路公司（KHRC）和英國OLE聯盟所采用。激光三角掃描儀在運行中在線測量接觸線的高度和側面位置，另外5個激光傳感器安裝于車箱上，用于測量車箱的傾斜度、側面位移和軌道間距，所有的這些數據都可以圖形顯示，這套測量系統幾乎可在任何環境下操作（下雨、高溫或結霜天氣）。

3、制動系統

閘瓦制動，又稱踏面制動，是自有鐵路以來使用最廣泛的一種制動方式。它用鑄鐵或其他材料制成的瓦狀制動塊（閘瓦）緊壓滾動著的車輪踏面，通過閘瓦與車輪踏面的機械摩擦將列車的動能轉變為熱能，消散于大氣，并產生制動力。其他制動方式除閘瓦制動外，鐵路機車車輛還有一些其他制動方式。

（一）盤形制動盤形制動（摩擦式圓盤制動）是在車軸上或在車輪輻板側面裝上制動盤，一般為鑄鐵圓盤，用制動夾鉗使合成材料制成的兩個閘片緊壓制動盤側面，通過摩擦產生制動力，把列車動能轉變成熱能，消散于大氣。與閘瓦制動相比，盤形制動有下列主要優點：（1）可以大大減輕車輪踏面的熱負荷和機械磨耗。（2）可按制動要求選擇最佳“摩擦副”（采用閘瓦制動時，作為“摩擦副”一方的車輪的構造和材質不能根據制動的要求來選擇），盤形制動的制動盤可以設計成帶散熱筋的，旋轉時它具有半強迫通風的作用，以改善散熱性能，為采用摩擦性能較好的合成材料閘片創造了有利的條件，適宜于高速列車。（3）制動平穩，幾乎沒有噪聲。但是，盤形制動也有它不足之處：（1）車輪踏面沒有閘瓦的磨刮，輪軌粘著將惡化，所以，還要考慮加裝踏面清掃器（或稱清掃閘瓦），或采用以盤形為主、盤形加閘瓦的混合制動方式，否則，即使有防滑器，制動距離也比閘瓦制動要長。（2）制動盤使簧下重量及其引起的沖擊振動增大，運行中還要消耗牽引功率。盤形制動的制動力

（二）磁軌制動磁軌制動（摩擦式軌道電磁制動）是在轉向架的兩個側架下面，在同側的兩個車輪之間，各安置一個制動用的電磁鐵（或稱電磁靴），制動時將它放下并利用電磁吸力緊壓鋼軌，通過電磁鐵上的磨耗板與鋼軌之間的滑動摩擦產生制動力，并把列車動能變為熱能，消散于大氣。參看圖4—1－5。磁軌制動的制動力式中K——每個電磁鐵的電磁吸力；φ一一電磁鐵與鋼軌間的滑動摩擦系數。與閘瓦和盤形制動相比，磁軌制動的優點是，它的制動力不是通過輪軌粘著產生的，自然也不受該粘著的限制。高速列車加上它，就可以在粘著力以外再獲得一份制動力，使制動距離不致于太長。磁軌制動的不足之處是，它是靠滑動摩擦來產生制動力的，電磁鐵要磨耗，鋼軌的磨耗也要增大，而且，滑動摩擦力無論如何也沒有粘著力大。所以，磁軌制動只能作為緊急制動時的一種輔助的制動方式，用于粘著力不能滿足緊急制動距離要求的高速列車上，在施行緊急制動時與閘瓦（或盤形）制動一起發揮作用。

（三）軌道渦流制動軌道渦流制動又稱線性渦流制動或渦流式軌道電磁制動。它與上述磁軌制動（摩擦式軌道電磁制動）很相似，也是把電磁鐵懸掛在轉向架側架下面同側的兩個車輪之間。不同的是，軌道渦流制動的電磁鐵在制動時只放下到離軌面幾毫米處而不與鋼軌接觸。它是利用電磁鐵和鋼軌的相對運動使鋼軌感應出渦流，產生電磁吸力作為制動力，并把列車動能變為熱能消散于大氣。軌道渦流制動既不通過輪軌粘著（不受其限制），也沒有磨耗問題。但是，它消耗電能太多，約為磁軌制動的10倍，電磁鐵發熱也很厲害，所以，它也只是作為高速列車緊急制動時的一種輔助制動方式。

（四）旋轉渦流制動旋轉渦流制動（渦流式圓盤制動）是在牽引電動機軸上裝金屬盤，制動時金屬盤在電磁鐵形成的磁場中旋轉，盤的表面被感應出渦流，產生電磁吸力，并發熱消散于大氣，從而產生制動作用。與盤形制動（摩擦式圓盤制動）相比，旋轉渦流制動（渦流式圓盤制動）的圓盤雖然沒有裝在輪對上，但同樣要通過輪軌粘著才能產生制動力，也要受粘著限制。而且，與軌道渦流制動相似，旋轉渦流制動消耗的電能也太多。

（五）電阻制動電阻制動廣泛用于電力機車、電動車組和電傳動內燃機車。它是在制動時將原來驅動輪對的自勵的牽引電動機改變為他勵發電機，由輪對帶動它發電，并將電流通往專門設置的電阻器，采用強迫通風，使電阻發生的熱量消散于大氣，從而產生制動作用。

（六）再生制動與電阻制動相似，再生制動也是將牽引電動機變為發電機。不同的是，它將電能反饋回電網，使本來由電能或位能變成的列車動能獲得再生，而不是變成熱能消散掉。顯然，再生制動比電阻制動在經濟上合算，但是技術上比較復雜，而且它只能用于由電網供電的電力機車和電動車組，反饋回電網的電能要馬上由正在牽引運行的電力機車或電動車組接收和利用。上述各種制動方式中，除磁軌制動和軌道渦流制動外，都要通過輪軌粘著來產生制動力并受粘著限制，所以習慣上統稱為“粘著制動”，并把不通過粘著者統稱為“非粘（著）制動”。制動機種類按制動原動力和操縱控制方法的不同，機車車輛制動機可分類為：手制動機、空氣制動機、真空制動機、電空制動機和電（磁）制動機。

? 動車組采用復合制動方式，即動車使用電制動＋空氣制動、拖車使用空氣制動的復合制動方式。

? M車、T車的基礎制動裝置都是采用進行空油變換的增壓缸和油壓盤式裝置。4M4T的編組構成下，T車為全機械制動。? 再生制動與空氣制動的切換，通過電－空協調控制，由制動控制裝置判斷制動力，當再生制動力不足時由空氣制動補充。

4、列車控制系統

列車運行控制系統是對列車速度進行自動控制的各種裝置的統稱, 主要由列車自動防護系統(A TP)和列車自動運行系統(A TO)組成。列車定位系統的基本功能: 能夠在任何時刻、任何地方按要求確定列車的位置, 包括列車行車安全的相關間隔、速度;對軌旁設備和車載設備等資源進行分配和故障診斷;在局部出現故障時, 能夠在滿足一定精度要求的前提下, 降級運行。

高速鐵路已在發達國家取得了很大發展, 所采用的列車定位技術是多種多樣的。如法國AS2TREE 系統采用多普勒雷達進行測速定位;北美ARES、PTC、PTS 系統采用GPS(全球定位系統)進行定位;歐洲ETCS、日本CARA T 系統采用查詢/ 應答器和速度傳感器進行定位;德國L ZB系統采用軌間電纜進行列車定位;美國AA TC 系統采用無線測距進行定位。

（1）輪軸速度傳感器。目前采用的測速裝置, 大多是光電式的。當車輪旋轉一周, 產生脈沖的個 數是固定的, 通過對脈沖的計數, 得到車輪的旋轉 周數, 通過已知的輪徑, 即可得到運行距離, 再除 以計數時間就可得到運行速度。但是當輪徑由于磨 損改變時, 會帶來誤差。此外在運行過程中, 車輪 出現的滑行和空轉也會帶來誤差。目前采用鋪設用 于位置校核的查詢/ 應答器來修正運行距離, 可以 將誤差限制在要求的范圍內。

（2）全球衛星定位系統(GPS)。GPS 由位于地 球上空24 顆衛星和監視管理這群衛星的5 個地面 站組成。這些衛星用原子鐘作為標準時間, 24h 連 續向地球播發精確的時間及位置信息。配有GPS 接收機的用戶, 可在地球上任何地方、任何時刻收 到衛星播發的信息, 通過測量衛星信號發射和接收 的時間間隔, 計算出用戶至衛星的距離, 然后根據 4 顆衛星的數據, 即可實時地確定用戶所在地理位 置。GPS 定位的優點是設備簡單, 成本低, 易于維 護, 但在某些受地形、建筑或樹木遮蔽的地區, 由 于可捕獲衛星的數目少于4 顆, 將導致定位精度顯 著下降, 甚至無法應用。

（3）慣性導航系統。慣性導航系統是通過加速 度計和陀螺等慣性傳感器來測量角速度和加速度的 數值, 進而通過積分獲得速度和位置信息。它的優 點是自主性強, 但由于其位置需要對加速度進行2 次積分得到, 所以定位誤差會隨著時間的平方增 長。光纖陀螺慣性系統能夠準確獲取高速列車實時 運行中的狀態參數, 特別是能夠分辨列車過道岔的 信息, 從而可以準確判斷列車是在上行線還是在下 行線行駛。

加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力是物體在加速過程中作用在物體上的力，可以是常量或變量。一般加速度傳感器根據壓電效應原理工作，加速度傳感器利用其內部由于加速度造成的晶體變形產生電壓，只要計算出產生的電壓和所施加的加速度之間的關系，就可將加速度轉化成電壓輸出。還有很多其他方法制作加速度傳感器，如電容效應、熱氣泡效應、光效應，但其最基本的原理都是由于加速度使某種介質產生變形，通過測量變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。

（4）查詢/ 應答器。查詢/ 應答器是鋪設在軌道 中央, 能夠給列車提供位置、路況等信息的裝置, 分為有源和無源2 種。它可以用作連續式列車速度 自動控制系統的列車精確定位設備, 也可以用作點 式列車速度自動控制系統的列車檢測、定位輔助設

備。顯然采用這種方法, 想要準確定位就必須在軌道上設置大量的應答器。

（5）多普勒雷達。多普勒雷達通過多普勒頻移 效應, 直接測量列車相對于雷達波反射面的速度, 從而避免了車輪滑行、空轉和由于磨損導致輪徑改 變而帶來的誤差。但是, 反射面的表面特性會對雷

達的性能產生影響, 列車加速和制動導致的雷達波 與反射面的夾角的改變也會影響定位的精度, 此外 列車的振動也會帶來誤差。(6)交叉感應回線定位

在整個軌道線路沿線鋪設電纜環線，電纜環線位于軌道中間，每隔一定的距離交叉一次。列車經過每個電纜交叉點時通過車載設備檢測環線內信號的相位變化（相位變化原理見圖6。并對相位變化的次數進行計數，從而確定列車運行的距離，達到對列車定位的目的。

（7）無線擴頻定位。在地面設置測距基站和中 心控制站, 在列車二端安裝無線擴頻通信發射機, 發射機向地面測距基站發射定位信息, 測距基站收 到定位信息后計算出偽距, 送至中心控制站進行信 息處理, 其結果顯示在電子地圖上, 并以無線方式 傳遞到機車上。采用這種方式定位比較精確, 但價 格較高。

（8）其他定位方法。在電力牽引區段, 為了測 試并確定接觸網故障點的位置, 發展了一種車載的 應用光電技術記錄線路沿途電桿數的定位方法, 但這種方法在非電力牽引的環境中無法應用。

5、其他傳感器的應用

內端墻拉門為電動式自動門，由天花板內置的光線開關的探測信號，來控制內端墻拉門的自動開閉。

洗臉盆的光電傳感器感應到使用者伸出的手，會分別自動進行噴出乳液、出水、吹出暖風的動作。

高鐵中的煙霧傳感器 1.離子式煙霧傳感器

該煙霧報警器內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統中，性能遠優于氣敏電阻類的火災報警器。它在內外電離室里面有放射源镅241，電離產生的正、負離子，在電場的作用下各自向正負電極移動。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運動，電流，電壓就會有所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，于是無線發射器發出無線報警信號，通知遠方的接收主機，將報警信息傳遞出去。

2.光電式煙霧傳感器

光電煙霧報警器內有一個光學迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發射管發出的紅外光，當煙塵進入光學迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發出警報。光電感煙探測器可分為減光式和散射光式，分述如下：(1)減光式光電煙霧探測器 該探測器的檢測室內裝有發光器件及受光器件。在正常情況下，受光器件接收到發光器件發出的一定光量；而在有煙霧時，發光器件的發射光到受到煙霧的遮擋，使受光器件接收的光量減少，光電流降低，探測器發出報警信號。(2)散射光式光電煙霧探測器

該探測器的檢測室內也裝有發光器件和受光器件。在正常情況下，受光器件是接收不到發光器件發出的光的，因而不產生光電流。在發生火災時，當煙霧進入檢測室時，由于煙粒子的作用，使發光器件發射的光產生漫射，這種漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗發生變化，產生光電流，從而實現了煙霧信號轉變為電信號的功能，探測器收到信號然后判斷是否需要發出報警信號。

4、CRH1動車組真空集便器（液面傳感器、壓力傳感器）CRH1、CRH5動車組采用真空集便器。

CRH1集便器工作原理： ①按下廁所的沖水按鈕（當有來自TCMS控制信號，廁所可用狀態下），沖水燈亮。真空發生器開始工作，開始在集污管內形成真空；

②Y1電磁閥得電導通，水增壓器開始工作，使沖水噴嘴對便池進行沖水，此時集污管內很很快達到-35KPa的真空度；

③Y5電磁閥得電，使滑動閥門在水閥和水增壓器關閉前瞬間打開，便池內的污物被抽到集污箱內；

④滑動閥門關閉，稍后真空發生器停止工作，Y1電磁閥失電斷開壓縮空氣后，進水電磁閥Y6開啟，使水流入水增壓器處，當水放滿后進水閥關閉，集便系統處于待令狀態。

第四篇：涂聚脲防水在高鐵中的應用

摘 要：隨著我國交通技術的日益更新，各項交通工具也不斷完善，我國的和諧號快速列車就是鮮明的例子。和諧號是我國自主研發的高速列車，它的一系列輔助設施也由我國的科技人員研制，在高速，重載的情況下，列車的穩定性就需要更高的技術要求，隨著科技人員的不斷探索，終于找到了一種可以適應高鐵的新材料——噴涂聚脲材料。

關鍵詞：噴涂聚脲防水，高鐵，應用

引言： 噴涂聚脲技術是國外最新研制的材料技術，近十年來，國外的科學人員相繼研制出高固體份涂料，水性涂料，輻射固化涂料，粉末涂料等一系列低污染甚至無污染的噴涂技術，而噴涂聚脲材料作為最新的防水材料，具有一系列的優勢，比如無溶劑，無污染，純綠色等等。本文將通過對噴涂聚脲材料的使用特點做詳細的分析，并通過講述其在高鐵中的應用從而分析它的使用方法。噴涂聚脲材料的優點

噴涂聚脲材料最大的優點就是具有良好的彈性。正因為這點，非常適合于作為地材混凝土的防護材料。眾所周知，混凝土的材料非常容易斷裂，在極度的溫度下耐久性很差，而在嚴寒或者酷暑的考驗下，很容易發生斷裂等情況，而聚脲材料正好彌補了混凝土的這一缺點，它具有非常良好的裂縫延伸性。在很多情況下，混凝土容易受到壓力而發生斷裂，而保護在外面的聚脲材料卻不會發生任何的斷裂情況，反而會將混凝土的碎片牢牢的聚在一起，正是由于聚脲材料的柔韌性和高度的力學強度，可以防止混凝土在遇到任何的惡劣天氣都不會發生斷裂，起到了很好的防水和保護作用。

其次就是聚脲材料優異的物理性能，比如它的抗拉強度，防撕裂強度，延伸率，耐磨性等等，在這些特點中，高的抗拉強度可以使聚脲材料抵御了溫度的驟然變化帶來的熱脹冷縮危害，而良好的伸長率則會使其具備較強的裂縫彌合能力，如果在一些特殊情況下，混凝土發生斷裂或者開裂，聚脲材料會自動彌合裂縫，防止因為裂縫出現一些意外事故。

再者就是比較細致的特點。比如說不含催化劑，可以快速固化，不需要外界的條件就可以在曲面，鞋面以及垂直面噴涂成型，噴涂成型之后也不會產生流掛的現象，同時還可以解決前的涂料遇到的凸凹，拐角，邊角等角落無法噴涂的問題；聚脲材料還具有很強的防腐蝕性能，可以抵抗酸堿鹽，海水等一系列腐蝕介質的侵蝕；可以輕松的進行噴涂或者澆注，每次的施工厚度可以從幾百微米到幾厘米不等，提高了施工速度，大大的降低了施工時間。

最后就是聚脲材料對水氣，濕氣不敏感，可以承受住陰雨天氣以及各種潮濕環境，在施工中也不需要顧慮到施工環境的溫度，濕度等影響，著實提高了工作效率。聚脲材料在高鐵中的具體應用

第一就是要對高鐵橋面做基面處理。在高鐵橋面進行噴涂聚脲防水技術處理之前，需要對噴涂的表面做拋丸技術處理，而拋丸技術處理后的混凝土基面也是有一定規格要求的，一般要求基面的有效創面需要大于百分之九十五，而粗糙度達到sp3等級。為了達到此項要求，一般的施工單位都會將配置一個高質量的拋丸機作為施工的一項重要條件。而對于拋丸機，施工單位普遍認為柏瑞泰克無論從操作性能方面還是從處理問題能力方面都是比較高端的。為了達到預期效果，一般需要對拋丸機器做以下的參數處理，第一就是鋼丸的規格，第二就是鋼丸的流量，也就是電機的負載電流，第三就是拋丸機的行進速度。在施工的過程當中，要盡量保證拋丸機能夠直線行駛，從而可以使相鄰的行進道上邊緣恰好可以相切，如若不然，就會出現部分地段出現漏拋或者需要補拋基面的情況。同時還應特別注意的是，在拋丸機行駛的過程中，要注意對駕駛者人身安全的保護，因為在拋丸機行駛的過程當中，極易造成鋼丸的飛濺，鋼丸不僅具有一定的質量和硬度，同時具備很高的速度，飛濺的鋼丸打到人的身上，極易造成安全事故，因此要特別注意對駕駛人員的安全措施保護。聚脲噴涂的施工過程

以往的噴涂技術一般都是由施工人員手動完成，而在噴涂的過程當中則需要一定的噴涂技巧，這就需要施工人員具備相當高的經驗和技巧，難度可想而知。而目前在城際高速鐵路中一般都采用噴涂車的方式進行噴涂，不僅省去了大量的人力物力，而且也提高了工作質量，降低了工作難度。在目前我國使用的自動噴涂技術中，一般需要控制噴涂車的兩項工作指標，行走速度與噴槍的往復速度。在噴涂施工之前，需要對這兩項指標進行調整，從而控制噴涂聚脲土層的質量以及厚度，而這兩項指標也會因為噴涂車的型號不同而不同，需要人員通過大量的實際工作中得出具備參照性的數據。在掌握這兩項數據的過程中，首先要確定噴槍的往返速度，然后再控制噴涂車的行走速度，如果行走速度過大，噴涂的土層表面就會出現很多不規則的搭接痕跡，反之如果行走速度過慢，則會造成厚度過大，浪費大量的材料，無意中提高了噴涂成本。

第五篇：基因工程在廢水處理中的應用與展望

基因工程在廢水處理中的應用狀況及展望

摘要：本文對現代基因工程技術在污水生物處理系統中的應用進行了概述, 利用基因工程技術提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術。筆者就基因工程技術的原理、研究內容和在污水處理領域中的應用進行了闡述了，并對其研究方向作了展望。

關鍵字：基因工程，污水處理，應用

The application status of gene engineering technique to wastewater

treatment and its prospects

Abstract: The application of gene engineering technique in wastewater treatment process had been discussed in this paper, and gene engineering technique was the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The author formulated the principle, main research content of gene engineering technique, and the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering, wastewater treatment, application

生物法處理生活污水如今已被廣泛的應用，但揭示污水中復雜微生態系統方面存在很大的局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然進化的微生物難于降解，基因工程的引進開辟了培育高降解能力的新品菌種方法，利用基因工程技術檢測微生物性狀、提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術。基因工程的定義

基因工程（genetic engineering）是指重組DNA技術的產業化設計與應用，包括上游技術和下游技術兩大組成部分。上游技術指的是基因重組、克隆和表達的設計與構建（即重組DNA技術）；而下游技術則涉及到基因工程菌或細胞或基因工程生物體的大規模培養以及基因產物的分離純化過程?；蚬こ淌抢弥亟M技術，在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對各種生物的核酸（基因）進行改造和重新組合，然后導入微生物或真核細胞內，使重組基因在細胞內表達，產生出人類需要的基因產物，或者改造、創造新特性的生物類型。

一個完整的、用于生產目的的基因工程技術程序包括的基本內容有：（1）外源目標基因的分離、克隆以及目標基因的結構與功能研究。這一部分的工作是整個基因工程的基礎，因此又稱為基因工程的上游部分。（2）適合轉移、表達載體的構建或目標基因的表達調控結構重組。（3）外源基因的導入。（4）外源基因在宿主基因組上的整合、表達及檢測與轉基因生物的篩選。（5）外源基因表達產物的生理功能的核實。（6）轉基因新品系的選育和建立，以及轉基因新品系的效益分析。（7）生態與進化安全保障機制的建立。（8）消費安全評價?；蚬こ碳夹g在廢水處理中的應用

環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題。尤其是在污水處理方面，生物法逐漸成為廢水處理的主要方法。但是由于廢水的多樣性及其成分的復雜性，自然進化的微生物降解污染物的酶活性往往有限。20世紀90年代后期問世的DNA改組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，就可以定向獲得具有特殊降解性狀的高效菌株，方便有效地應用于水污染處理。因此，構建基因工程菌成為現代廢水處理技術的一個重要研究方向，且日益受到人們的重視。

2.1 基因工程技術在污水檢測中的應用

2.1.1 聚合酶鏈反應(PCR)技術在污水檢測中的應用

聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)是20世紀80年代后期由K.Mullis等建立的一種體外酶促擴增特異DNA片段的技術，PCR是利用針對目的基因所設計的一對特異寡核苷酸引物，以目的基因為模板進行的DNA體外合成反應。由于反應循環可進行一定次數(通常為25~30個循環)，所以在短時間內即可擴增獲得大量目的基因。這種技術具有靈敏度高、特異性強、操作簡便等特點。PCR技術的基礎是只有在微生物特定核酸存在的條件下，重復性酶促DNA合成和擴增才能夠發生。PCR擴增產物可通過瓊脂糖凝膠電泳來檢驗和純化，也可以被用來克隆、轉化和測序.在具體應用中往往采用經過修正的或與其它技術聯合應用的PCR衍生技術，如RT-PCR、競爭PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等。

PCR通過對待測DNA片段的特異性擴增，一方面作為菌株定性鑒定的重要手段，同時也為定性和定量研究微生物的群落特征提供幫助。自PCR技術問世以來，通過其自身的不斷完善以及同其它相關技術的聯用，在污水生物處理微生物的檢測和鑒定方面得到了長足的發展，為該領域的研究提供了一個高效、靈敏、簡便的研究工具。應用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法對環境微生物進行研究可以不經過培養，直接從樣品中提取細菌的DNA，再將編碼有16SrDNA的基因進行擴增。通過這種方法能夠直接了解樣品中微生物分布結構，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。王峰等采用PCR-DGGE技術來分析活性污泥與生物膜中微生物種群的結構，可以不經過常規培養而直接從活性污泥和生物膜樣品中提取DNA；Marsh等利用PCR-DGGE分析并獲得了活性污泥中真核微生物的種群變化情況；Nicolaisen等利用PCR-DGGE技術發現Nitrosomonas-like細菌是上流式好氧流化床顆粒污泥中的主要氨氧化菌。以上的事實均說明，PCR-DGGE結合測序技術是一種完全可行的適于環境樣品微生物研究的快速分析方法。

2.1.2 熒光原位雜交技術(FISH)技術在污水檢測中的應用

熒光原位雜交技術(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)結合了分子生物學的精確性和顯微鏡的可視性，能夠在自然的微生物環境中檢測和鑒定不同的微生物個體，并提供污水處理過程中微生物的數量、空間分布和原位生理學等信息。FISH技術的基本原理是通過熒光標記的探針在細胞內與特異的互補核酸序列雜交，通過激發雜交探針的熒光來檢測信號從而對未知的核酸序列進行檢測。

Nielsen等(2001)對工業廢水處理廠活性污泥的細菌表面疏水性進行了原位檢測，并應用FISH技術結合細胞表面微球體分析研究了絲狀細菌的胞外聚合物。Konuma等(2001)運用FISH法來測定氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria)的數量，結果表明，FISH法對氨氮含量高的活性污泥混合液檢測結果較好，但對氨氮含量低的污水廠出水和河水的檢測效果不佳。表1列舉了FISH技術的一些應用實例。

表1 FISH技術在廢水中微生物檢測的具體應用實例

Table1 The applications of FISHin the microorganism detections in wastewater 應用

檢測活化污泥反應器中的Microthrix parvicella 在EBPR系統中,考察聚磷菌(PAOs)的微

生物特性和生化特性

探明廢水處理濕地生物膜中影響氨氧化的主要功能菌群

揭示UASB反應器中高溫和中溫顆粒污泥的厭氧微生物群落的空間分布和多樣性 鑒定了活性污泥中硝化細菌群落的數量和空間分布

SBR反應器內,不同電子受體條件下,反 硝化除磷菌(DNPAOs)的種群變化

文獻來源（Eberlet al.,1997)(Minoet al.,1998)(Silyn-Robertset al.,2001)(Sekiguchiet al.,2002;Syutsuboet al.,2001)(Coskuneret al.,2002)(Johuanet al.,2002)

2.1.3 DNA重組技術在污水檢測中的應用

DNA重組技術的實質是，將兩個或多個單獨的DNA片段連接起來產生一個能在特定宿主中自主復制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的獲得；選擇載體并進行處理；將目的DNA片段和處理后的載體連接；將連接產物導入合適的宿主細胞內，使重組DNA分子在宿主細胞內復制擴增；將轉化菌落在平板培養基上培養成單個菌落，篩選獲得含有重組DNA的陽性克隆。在廢水的處理過程中僅靠分離和篩選的功能性微生物是不夠的。在混合的微生物群體中篩選特定的微生物菌種時往往得不到預期的結果；特定的微生物可能難以培養，從而無法應用到實際的生物反應器中；人類排放到環境中的污染物越來越復雜且難以處理。因此，有必要通過基因工程技術并根據具體的需要構建有效的基因工程菌或培育出可高效降解復雜多樣的有害污染物的細菌來解決以上的問題。

2.2 利用基因工程菌降解廢水中的有機污染物

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協同代謝或共代謝等復雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產物在不同降解菌間的跨膜轉運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經濟的營養方式；其次,某些污染物的中間代謝產物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

Satoshi Soda等[11]將基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接種到SBR反應器的活性污泥中,用于處理500mg/L的苯酚廢水,在大大提高苯酚去除率的同時改善了污泥沉降性能。南京大學、揚子石油化工有限責任公司、香港大學、國家環?？偩帜暇┉h境科學研究所聯合完成了跨界融合構建基因工程菌處理石化廢水的生物工程技術。在優化調控技術的基礎上,該菌株對二甲苯、苯甲酸、鄰苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和對苯二甲酸的降解率分別高達86%、94%、99%、97%和94%,比原工藝提高了20%～30%,總有機碳去除率達到了94%；污水經過處理后,銅、錳、鋅、硒的濃度符合國家規定排放標準,生物毒性明顯降低。

劉春等以生活污水為共基質,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

呂萍萍等研究發現，克隆有苯降解過程中的關鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應用于固定化細胞反應器中效果突出。在較短的水力停留時間內,可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產物為環己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

2.3 基因工程技術在處理重金屬廢水中的應用

將基因工程技術應用于重金屬廢水的治理，就是通過轉基因技術，將外援基因轉入到微生物細胞中進行表達，使之表現出一些野生菌沒有的優良的遺傳性狀。2.3.1基因工程菌強化生物化學法處理重金屬廢水

生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,重金屬離子和H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO2-4轉化為S2-而使廢水的pH值升高,從而形成重金屬的氫氧化物而沉淀。中國科學院成都生物研究所從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內分離篩選出35株菌株,從中獲得高效凈化Cr(VI)復合功能菌。

袁建軍等利用構建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子,發現電解廢水中其他組分的存在可以增大重組菌富集汞離子的作用速率,且該基因工程菌能在很寬的pH范圍內有效地富集汞。但高濃度的重金屬廢水對微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不過,可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株,微生物處理重金屬廢水一定具有十分良好的應用前景。2.3.2 基因工程強化生物絮凝法處理重金屬廢水

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生物大分子，主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核糖等。目前普遍接受的絮凝機理是離子鍵、氫鍵結合學說。前述硅酸鹽細菌處理重金屬廢水可能的機理之一就是生物絮凝作用。目前對于硅酸鹽細菌絮凝法的應用研究已有很多[，有些已取得顯著成果[7]。運用基因工程技術，在菌體中表達金屬結合蛋白分離后，再固定到某些惰性載體表面，可獲得高富集容量絮凝劑。

Mehran Pazirandeh等人將含金屬結合肽(Cys．Gly．Cys—Cys．GIy)的基因與麥芽糖結合蛋白的基因進行融合，并將融合蛋白在E．coli細胞膜處表達，表達該融合蛋白的基因工程菌對人工合成廢水中Cdz+和H +的去除率有很大的提高，Cdz 和H +的富集能力分別達到每毫克濕細胞1．1和1．3nmol，而對照菌株(缺少金屬結合肽)的富集能力低于每毫克濕細胞0．1 nmol Masaaki Terashima 等利用轉基因技術使 E.coli表達麥芽糖結合蛋白（pmal）與人金屬硫蛋白（MT）的融合蛋白pmal-Ml并將純化的 pmal-MT 固定在Chitopeara 樹脂上，研究其對 Ca2+和 Ga2+的吸附特性，該固定了融合蛋白的樹脂具有較強的穩定性，并且其吸附能力較純樹脂提高十倍以上。展望

自2000年，國際上提出基于系統生物學原理的基因工程概念后，基因工程被應用于社會各個領域，并且手段日新月異。在環境領域當中，基因工程正迅速應用到廢水檢測和廢水治理當中，培養出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本。隨著分子生物學技術、環境工程檢測技術的發展并結合我們已經掌握的微生物群落結構和功能方面的知識,我們逐漸了解到污水生物處理系統中微生物群體的多樣性、實際生存狀態、功能特點,并更有效地對其加以開發和利用。此外，基因工程菌的出現，使以往的一些難降解有機廢水、制藥廢水、石油廢水、重金屬污染廢水以及其他有毒有害廢水等都得到了有效地治理，還會實現廢水資源化。當下引入DNA 擴增和其它生物技術的環境監測方法等將是基因工程技術研究的側重方向。

基因工程技術作為一種新興技術以極快的速度發展。以下兩方面的研究將對水資源保護有著重要意義。一是對基因工程菌的深入研究,如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調控條件的優化等方面的研究；二是對環境中微生物的習性及基因工程菌與環境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。參考文獻

[1] 李向東，馮啟言，于洪鋒.基因工程菌在制藥廢水處理中的應用.工業水處理，2008, 28(8)：70-71.[2] 楊 林,聶克艷,楊曉容,高紅衛.基因工程技術在環境保護中的應用.西南農業學報,2007,20(5):11-30.[3] 邢雁霞,劉斌鈺.基因工程技術的研究現狀與應用前景.大同醫學?？茖W校學報,2006年第3期:48.[4] Johwan A, Tomotaka D, Satoshi T, et al.2002.Characterization of denitrifying phosphate-accumulating organisms cultivated under different electron acceptor conditions using polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis assay [J].Wat Res, 36:403—412.[5] Leo E, Renate S, Aldo A, et al.1997.Use of green fluorescent protein as a marker for ecological studies of activated sludge communities[J].Fems Microbiology Letters, 149(1):20:77—83.[6] Marsh TL, Liu WT, Forney LJ.1998.Beginning a molecular analysis of the eukaryal community in activated sludge [J].Wat Sci Tech, 37(4—5):455—460.[7] Metcalf, Eddy, Inc.2003.Wastewater Engineering: Treatment and Reuse(Fourth Edition)[M].Beijing: Tsinghua University Press:129—130.[8] Mette H N, Niels B R.2002.Denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)approaches to study the diversity of ammonia-oxidizing bacteria [J].Journal of Microbiological Methods, 50:189—203.[9] Wang F, Fu Y G.2004.Characteristics of municipal sewage chem-bioflocculation treatment process by using PCR-DGGE technology[J].Environmental Science,25(6):74—80(in Chinese).[10] Wang J, Chicharro M, Rivas G,et al.1996.DNA biosensor for the detection of hydrazines[J].Anal Chem, 68(13): 2251—2254.[11] Zhang D, Zhang D M, Liu Y P,et al.2004.Community analysis of ammonia oxidizer in the oxygen-limited nitritation stage of OLAND system by DGGE of PCR amplified 16S rDNA fragments and FISH [J].Journal of Environmental Sciences, 16(5):838—842.[12] Sellwood J,Litton P A,Mcdermott J,et al.1995.Studies on wild and vaccine strains of poliovirus isolated fromwater and sewage [J].Wat Sci Tech, 31(5—6):317—321.[13] Selvaratnam S, Shoedel B A, Mcfarland B L, et al.1997.Application of the polymerase chain reaction and reverse transcriptase/PCR for determining the fate of phond-degrading Pseudomonas putida ATTCC 11172 in a bio-augmented sequencing bath reactor [J].Appl Environ Microbiol, 47:236—240.[14] SimonT.1999.PCR and the detection of microbial pathogens in water and wastewater[J].Wat Res,33(17):3545—3556.[15] Zhao, X.W., M.H.Zhou, Q.B.Li, et al.Simultaneous mercury bioaccumulation and cell propagation by genetically engineered Escherichia coli[J].Process Biochemistry,2005, 40(5):1 611-1 616.[16] Satoshi, S., I.Michihiko.Effects of inoculation of a genetically engineered bacterium on performance and indigenous bacteria of a sequencing batch activated sludge process treating phenol[J].Journal of Fermentation and Bioengineering,1998,86(1):90-96.[17] 陸杰, 徐高田, 張玲, 等.制藥工業廢水處理技術[J].工業水處理,2001,21(10):1-4.[18] 劉春,黃霞,孫煒,王慧.基因工程菌生物強化MBR工藝處理阿特拉津試驗研究.環境科學,2007年2月,第28卷,第2期:417-421.[19] 袁建軍,盧英華.高選擇性重組基因工程菌治理含汞廢水的研究.泉州師范學院學報(自然科學).2003年11月,第21卷,第6期:71-72.[20] Masaaki Terashima,Noriyuki Oka,Takamasa Sei，et o1．Biotech．no1．Prog．，2002，18：1318—1323．

[21] Caroliaa S，Pave[K,Tomas R，et ．J Bacterio1．，1998，180（9、：2280—2284． [22] 呂萍萍,王慧,施漢昌,等.基因工程菌強化芳香化合物的處理工藝.中國環境科學

2003,23(1)：12-15.[23] Mehran P，Bridget M W，Rebecca L R．App1．Environ．Microbio1．，1998，64(10)：：4068-4072.[24] 徐雪芹，李小明，楊麒，等.固定化微生物技術及其在重金屬廢水處理中的應用 [J].環境污染治理技術與設備，2006，7（7）：99-105.