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隨著計算機技術的高速發展,傳統的制造業開始了根本性變革,各工業發達國家投入巨資,對現代制造技術進行研究開發,提出了全新的制造模式。在現代制造系統中,數控技術是關鍵技術,它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前,數控技術正在發生根本性變革,由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上,數控系統實現了超薄型、超小型化;在智能化基礎上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術,數控系統實現了高速、高精、高效控制,加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數,實現了在線診斷和智能化故障處理。
長期以來,我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構,CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節,整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數,無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整,更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量,因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見,傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構,限制了CNC向多變量智能化控制發展,己不適應日益復雜的制造過程,因此,大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為我們國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
2.數控技術的發展趨勢
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化,使制造業成為工業化的象征,而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大,他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。從目前世界上數控技術發展的趨勢來看,主要有如下幾個方面:
2.1高精度、高速度的發展趨勢
盡管十多年前就出現高精度高速度的趨勢,但是科學技術的發展是沒有止境的,高精度、高速度的內涵也在不斷變化,目前正在向著精度和速度的極限發展。
效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產品的質量和檔次,縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一,國際生產工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業領域,年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
2.25軸聯動加工和復合加工機床快速發展
采用5軸聯動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認為,1臺5軸聯動機床的效率可以等于2臺3軸聯動機床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時,5軸聯動加工可比3軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因,其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍,加之編程技術難度較大,制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現,使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發展。
2.3智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢
21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統,智能化的內容包括在數控系統中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化,如加工過程的自適應控制,工藝參數自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。
目前許多國家對開放式數控系統進行研究,數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結構對象(數控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中,快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統,形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求,也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機,反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。
3.結束語
隨著人們對數控技術重視,它的發展越發迅速。文中簡要陳述當前的發展趨勢,另外數控技術的正不斷走向集成化,并行化,仍有廣闊的發展空間。
【論文關鍵詞】:數控技術;趨勢;智能
【論文摘要】:隨著計算機業的快速發展,數控技術也發生了根本性的變革,是近年來應用領域中發展十分迅速的一項綜合性的高新技術,文章結合國內外情況,分析了數控技術的發展趨勢。
參考文獻
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近10年來,由于海洋在沿海國家可持續發展中的戰略地位日益突出,以及人類對海洋環境特殊性和海洋生物多樣性特征的認識不斷深入,海洋生物資源多層面的開發利用極大地促進了海洋生物技術研究與應用的迅速發展。1989年首屆國際海洋生物技術大會(以下簡稱MPS大會)在日本召開時僅有幾十人參加,而1997年第四屆IMBC大會在意大利召開時參加入數達1000多人。現在IMBC會議已成為全球海洋生物技術發展的重要標志,出現了火紅的局面。《IMBC2000》在澳大利亞剛剛開過,《IMBC2003》的籌備工作在日本已經開始,以色列為了舉辦們《IMBC2006》早早作了宣傳,并爭到了舉辦權。每3年一屆的IMBC不僅吸引了眾多高水平的專家學者前往展示與交流研究成果,探討新的研究發展方向,同時也極大地推動了區域海洋生物技術研究的發展進程。在各大洲,先后成立了區域性學術交流組織,如亞太海洋生物技術學會、歐洲海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會等。各國還組建了一批研究中心,其中比較著名的為美國馬里蘭大學海洋生物技術中心、加州大學圣地亞哥分校海洋生物技術和環境中心,康州大學海洋生物技術中心,挪威貝爾根大學海洋分子生物學國際研究中心和日本海洋生物技術研究所等。這些學術組織或研究中心不斷舉辦各種專題研討會或工作組會議研究討論富有區域特色的海洋生物技術問題。1998年在歐洲海洋生物技術學會、日本海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會的支持下,原《海洋生物技術雜志》與《分子海洋生物學和生物技術》合刊為《海洋生物技術》學報(以下簡稱MBT),現在它已成為一份具有權威性的國際刊物。海洋生物技術作為一個新的學科領域已明確被定義為“海洋生命的分子生物學如細胞生物學及其它的技術應用”。
為了適應這種快速發展的形勢,美國、日本、澳大利亞等發達國家先后制定了國家發展計劃,把海洋生物技術研究確定為21世紀優先發展領域。1996年,中國也不失時機地將海洋生物技術納入國家高技術研究發展計劃(863計劃),為今后的發展打下了基礎。不言而喻,迄今海洋生物技術不僅成為海洋科學與生物技術交叉發展起來的全新研究領域,同時,也是21世紀世界各國科學技術發展的重要內容并將顯示出強勁的發展勢頭和巨大應用潛力。
1.發展特點
表1和表2列出的資料大體反映了當前海洋生物技術研究發展的主要特點。
1.1加強基礎生物學研究是促進海洋生物技術研究發展的重要基石
海洋生物技術涉及到海洋生物的分子生物學、細胞生物學、發育生物學、生殖生物學、遺傳學、生物化學、微生物學,乃至生物多樣性和海洋生態學等廣泛內容,為了使其發展有一個堅實的基礎,研究者非常重視相關的基礎研究。在《IMBC2000》會議期間,當本文作者詢問一位資深的與會者:本次會議的主要進步是什么?他毫不猶豫的回答:分子生物學水平的研究成果增多了。事實確實如此。近期的研究成果統計表明,海洋生物技術的基礎研究更側重于分子水平的研究,如基因表達、分子克隆、基因組學、分子標記、海洋生物分子、物質活性及其化合物等。這些具有導向性的基礎研究,對今后的發展將有重要影。
1.2推動傳統產業是海洋生物技術應用的主要方面
目前,應用海洋生物技術推動海洋產業發展主要聚焦在水產養殖和海洋天然產物開發兩個方面,這也是海洋生物技術研究發展勢頭強勁。充滿活力的原因所在。在水產養殖方面,提高重要養殖種類的繁殖、發育、生長和健康狀況,特別是在培育品種的優良性狀、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的進步,如轉生長激素基因魚的培育、貝類多倍體育苗、魚類和甲殼類性別控制、疾病檢測與防治、DNA疫苗和營養增強等;在海洋天然產物開發方面,利用生物技術的最新原理和方法開發分離海洋生物的活性物質、測定分子組成和結構及生物合成方式、檢驗生物活性等,已明顯地促進了海洋新藥、酶、高分子材料、診斷試劑等新一代生物制品和化學品的產業化開發。
表1近期IMBC大會研討的主要內容
表2近期IMBC大會和《MarineBiotechnology》學報論文統計表
1.3保證海洋環境可持續利用是海洋生物技術研究應用的另一個重要方面
利用生物技術保護海洋環境、治理污染,使海洋生態系統生物生產過程更加有效是一個相對比較新的應用發展領域,因此,無論是從技術開發,還是產業發展的角度看,它都有巨大的潛力有待挖掘出來。目前已涉及到的研究主要包括生物修復(如生物降解和富集、固定有毒物質技術等)、防生物附著、生態毒理、環境適應和共生等。有關國家把“生物修復”作為海洋生態環境保護及其產業可持續發展的重要生物工程手段,美國和加拿大聯合制定了海洋環境生物修復計劃,推動該技術的應用與發展。
1.4與海洋生物技術發展有關的海洋政策始終是公眾關注的問題
其中海洋生物技術的發展策略、海洋生物技術的專利保護、海洋生物技術對水產養殖發展的重要性、轉基因種類的安全性及控制問題、海洋生物技術與生物多樣性關系以及海洋環境保護等方面的政策、法規的制定與實施倍受關注。
2.重點發展領域
當前,國際海洋生物技術的重點研究發展領域主要包括如下幾個方面:
2.1發育與生殖生物學基礎
弄清海洋生物胚胎發育、變態、成熟及繁殖各個環節的生理過程及其分子調控機理,不僅對于闡明海洋生物生長、發育與生殖的分子調控規律具有重要科學意義,而且對于應用生物技術手段,促進某種生物的生長發育及調控其生殖活動,提高水產養殖的質量和產量具有重要應用價值。因此,這方面的研究是近年來海洋生物技術領域的研究重點之一。主要包括:生長激素、生長因子、甲狀腺激素受體、促性腺激素、促性腺激素釋放激素、生長一催乳激素、滲透壓調節激素、生殖抑制因子、卵母細胞最后成熟誘導因子、性別決定因子和性別特異基因等激素和調節因子的基因鑒定、克隆及表達分析,以及魚類胚胎于細胞培養及定向分化等。
2.2基因組學與基因轉移
隨著全球性基因組計劃尤其是人類基因組計劃的實施,各種生物的結構基因組和功能基因組研究成為生命科學的重點研究內容,海洋生物的基因組研究,特別是功能基因組學研究自然成為海洋生物學工作者研究的新熱點。目前的研究重點是對有代表性的海洋生物(包括魚、蝦、貝及病原微生物和病毒)基因組進行全序列測定,同時進行特定功能基因,如藥物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐鹽基因等的克隆和功能分析。在此基礎上,基因轉移作為海洋生物遺傳改良、培育快速生長和抗逆優良品種的有效技術手段,已成為該領域應用技術研究發展的重點。近幾年研究重點集中在目標基因篩選,如抗病基因、胰島素樣生長因子基因及綠色熒光蛋白基因等作為目標基因;大批量、高效轉基因方法也是基因轉移研究的重點方面,除傳統的顯微注射法、基因槍法和攜帶法外,目前已發展了逆轉錄病毒介導法,電穿孔法,轉座子介導法及胚胎細胞介導法等。
2.3病原生物學與免疫
隨著海洋環境逐漸惡化和海水養殖的規模化發展,病害問題已成為制約世界海水養殖業發展的瓶頸因子之一。開展病原生物(如細菌、病毒等)致病機理、傳播途徑及其與宿主之間相互作用的研究,是研制有效防治技術的基礎;同時,開展海水養殖生物分子免疫學和免疫遺傳學的研究,弄清海水魚、蝦、貝類的免疫機制對于培育抗病養殖品種、有效防治養殖病害的發生具有重要意義。因此,病原生物學與免疫已成為當前海洋生物技術的重點研究領域之一,重點是病原微生物致病相關基因、海洋生物抗病相關基因的篩選、克隆,海洋無脊椎動物細胞系的建立、海洋生物免疫機制的探討、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其產物
海洋生物活性物質的分離與利用是當今海洋生物技術的又一研究熱點。現人研究表明,各種海洋生物中都廣泛存在獨特的化合物,用來保護自己生存于海洋中。來自不同海洋生物的活性物質在生物醫學及疾病防治上顯示出巨大的應用潛力,如海綿是分離天然藥物的重要資源。另外,有一些海洋微生物具有耐高溫或低溫、耐高壓、耐高鹽和財低營養的功能,研究開發利用這些具特殊功能的海洋極端生物可能獲得陸地上無法得到的新的天然產物,因而,對極端生物研究也成為近年來海洋生物技術研究的重點方面。這一領域的研究重點包括抗腫瘤藥物、工業酶及其它特殊用途酶類、極端微生物定功能基因的篩選、抗微生物活性物質、抗生殖藥物、免疫增強物質、抗氧化劑及產業化生產等。
2.5海洋環境生物技術
該領域的研究重點是海洋生物修復技術的開發與應用。生物修復技術是比生物降解含義更為廣泛,又以生物降解為重點的海洋環境生物技術。其方法包括利用活有機體、或其制作產品降解污染物,減少毒性或轉化為無毒產品,富集和固定有毒物質(包括重金屬等),大尺度的生物修復還包括生態系統中的生態調控等。應用領域包括水產規模化養殖和工廠化養殖、石油污染、重金屬污染、城市排污以及海洋其他廢物(水)處理等。目前,微生物對環境反應的動力學機制、降解過程的生化機理、生物傳感器、海洋微生物之間以及與其它生物之間的共生關系和互利機制,抗附著物質的分離純化等是該領域的重要研究內容。
3.前沿領域的最新研究進展
3.1發育與生殖調控
應用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素調控甲殼類動物成熟和繁殖的技術[1],研究了甲狀腺激素在金紹生長和發育中的調控作用,發現甲狀腺激素受體mRNA水平在大腦中最高,在肌肉中最低,而在肝、腎和鰓中表達水平中等,表明甲狀腺素受體在成體金銀腦中起著重要作用[1],對海鞘的同源框(Homeobox)基因進行了鑒定,分離到30個同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干細胞系并通過細胞移植獲得了嵌合體青鳉[1],建立了虹鱒原始生殖細胞培養物并分離出Vasa基因[2],進行斑節對蝦生殖抑制激素的分離與鑒定[2],應用受體介導法篩選GnRH類似物,用于魚類繁殖[2],建立了海綿細胞培養技術,用于進行藥物篩選[2],建立了將海膽胚胎作為研究基因表達的模式系統[2],通過基因轉移開展了海膽胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖轉移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鱒胚胎中的表達[3],建立了通過細胞周期蛋白依賴的激酶活性測定海水魚苗細胞增殖速率的方法[3],研究了幾丁質酶基因在斑節對蝦蛻皮過程中的表達[4],從海參分離出同源框基因,并進行了序列的測定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝臟和脾臟mRNA的表達序列標志,從深海一種耐壓細菌中分離到壓力調節的操縱子,從大西洋鮭分離到雌激素受體和甲狀腺素受體基因,從挪威對蝦中分離到性腺抑制激素基因[1];將DNA微陣列技術在海綿細胞培養上進行了應用,構建了班節對蝦遺傳連鎖圖譜,建立了海洋紅藻EST,從海星卵母細胞中分離出成熟蛋白酶體的催化亞基,初步表明硬骨頭魚類IGF-I原E一肽具有抗腫瘤作用[2];構建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的質粒載體,從鯉魚血清中分離純化出蛋白酶抑制劑,從蘭蟹血細胞中分離到一種抗菌肽樣物質,從紅鮑分離到一種肌動蛋白啟動子,發現依賴于細胞周期的激酶活性可用作海洋魚類苗種細胞增殖的標記,克隆和定序了鰻魚細胞色素P4501AcD-NA,通過基因轉移方法分析了鰻細胞色素P450IAI基因的啟動子區域,分離和克隆了鰻細胞色素P450IAI基因,建立了適宜于溝紹遺傳作圖的多態性EST標記,構建了黃蓋鰈EST數據庫并鑒定出了一些新基因,建立了班節對蝦一些組織特異的EST標志,從經HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴細胞EST中分離出596個cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一種自體受精雌雄同體魚類的ß一肌動蛋白基因,從金鯛cDNA文庫中分離出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鱒基因組中發現了TC1樣轉座子元件[4];鑒定和克隆出的基因包括:南美白對蝦抗菌肽基因、牡蠣變應原(allergen)基因、大西洋鰻和大西洋鮭抗體基因、虹鱒Vasa基因、青鳉P53基因組基因、雙鞭毛藻類真核啟始因子5A基因、條紋鱸GtH(促性腺激素)受體cDNA、鮑肌動蛋白基因、藍細菌丙酮酸激酶基因、鯉魚視紫紅質基因調節系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因轉移
分離克隆了大馬哈魚IGF基因及其啟動子,并構建了大馬哈魚IGF(胰島素樣生長因子)基因表達載體[1]。通過核定位信號因子提高了外源基因轉移到斑馬魚卵的整合率[1],建立了快速生長的轉基因羅非魚品系并進行了安全性評價;對轉基因羅非魚進行了三倍體誘導,發現三倍體轉基因羅非魚盡管生長不如轉基因二倍體快,但優于未轉基因的二倍體魚,同時,轉基因三倍體雌魚是完全不育的,因而具有推廣價值[2];研究了超聲處理促進外源DNA與金鯛結合的技術方法,將GFP作為細胞和生物中轉基因表達的指示劑;表明轉基因溝鯰比對照組生長快33%,且轉基因魚逃避敵害的能力較差,因而可以釋放到自然界中,而不會對生態環境造成大的危害[3];應用GFP作為遺傳標記研究了斑馬魚轉基因的條件優化和表達效率[3];在抗病基因工程育種方面,構建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表達載體并進行了基因轉移實驗[2];在轉基因研究的種類上,目前已從經濟養殖魚類逐步擴展到養殖蝦、貝類及某些觀賞魚類[2.3]。通過基因槍法將外源基因轉到虹鱒肌肉中獲得了穩定表達[4]。
3.4分子標記技術與遺傳多樣性
研究了將魚類基因內含子作為遺傳多樣性評價指標的可行性,應用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海幾種海洋生物的遺傳多樣性[1]。研究了南美白對蝦消化酶基因的多態性[1];利用寄生性原生動物和有毒甲藻基因組DNA的間隔區序列作標記檢測環境水體中這些病原生物的污染程度,應用18S和5.8S核糖體RNA基因之間的第一個內部間隔區(ITC—1)序列作標記進行甲殼類生物種間和種內遺傳多樣性研究[2];研究了斑節對蝦三個種群的線粒體DNA多態性,用PCR技術鑒定了夏威夷Gobioid苗的種類特異性。通過測定內含子序列揭示了南美白對蝦的種內遺傳多樣性,采用同功酶、微衛星DNA及RAPD標記對褐鱒不同種群的遺傳變異進行了評價,在平魚鑒定并分離出12種微衛星DNA,在美國加州魷魚上發現了高度可變的微衛星DNA[3];弄清了一種深水魚類(Gonostomagracile)線粒體基因組的結構,并發現了硬骨魚類tRNA基因重組的首個實例,測定了具有重要商業價值的海水輪蟲的衛星DNA序列,用RAPD技術在大鯪鲆和鰨魚篩選到微衛星重復片段,從多毛環節動物上分離出高度多態性的微衛星DNA,用RAPD技術研究了泰國東部泥蟹的遺傳多樣性[3];用AFLP方法分析了母性遺傳物質在雌核發育條紋鱸基因組中的貢獻[4]。
3.5DNA疫苗及疾病防治
構建了抗魚類壞死病毒的DNA疫苗[1];開展了虹鱒IHNVDNA疫苗構建及防病的研究,表明用編碼IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鱒,誘導了非特異性免疫保護反應,證明DNA免疫途徑在魚類上的可行性,從虹鱒細胞系中鑒定出經干擾素可誘導的蛋白激酶[2];建立了養殖對蝦病毒病原檢測的ELISA試劑盒,用PCR等分子生物學技術鑒定了蝦類的病毒性病原,將魚類的非特異性免疫指標用于海洋環境監控,研究了抗病基因轉移提高鯛科魚類抗病力的可行性,研究了蛤類唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一種海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了測定牡蠣病原的PCR—ELISA方法[3];研究了LatrunculinB毒素在紅海綿體內的免疫定位[4]。
3.6生物活性物質
從海藻中分離出新的抗氧化劑[1],建立了大量生產生物活性化合物的海藻細胞和組織培養技術,建立了通過海綿細胞體外培養制備抗腫瘤化合物的方法[1];從不同生物(如對蝦和細菌)中鑒定分離出抗微生物肽及其基因,從魚類水解產物中分離出可用作微生物生長底物的活性物質,海洋生物中存在的抗附著活性物質,用血管生成抑制劑作為抗受孕劑,從蟹和蝦體內提取免疫激活劑,從海洋藻類和藍細菌中純化光細菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表現出批精細胞形成的作用,從海洋植物Zosteramarina分離出一種無毒的抗附著活性化合物,從海綿和海鞘抽提物分離出抗腫瘤化合物,開發了珊瑚變態天然誘導劑,從海膽中分離出一種抗氧化的新藥,在海洋雙鞭毛藻類植物中鑒定出長碳鏈高度不飽和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分離抗微生物肽等生物活性化合物的理想來源[2];發現海洋假單胞桿菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,從硬殼蛤分離出谷光甘肽一S一轉移酶,從鯉血清中分離出絲氨酸蛋白酶抑制劑,從海綿中分離出氨激脯氨酸二肽酶,從一種珊瑚分離出具DNA酶樣活性的物質,建立了開放式海綿養殖系統,為生物活性物質的大量制備提供了充足的海綿原料[3];從蝦肌水解產物中分離到抗氧化肽物質[4];從一?趾Q笙婦蟹擲氪炕鯪一乙酸葡糖胺一6一磷酸脫乙酸酶[4]。
3.7生物修復、極端微生物及防附著
研究了轉重金屬硫蛋白基因藻類對海水環境中重金屬的吸附能力,表明明顯大于野生藻類[1],研究了石油降解微生物在修復被石油污染的海水環境上的可療性及應用潛力[1];研究了海洋磁細菌在去除和回收海水環境中重金屬上的應用潛力[1];用Bacillus清除養魚場污水中的氮,用分子技術篩選作為海水養殖餌料的微藻,開發了六價鉻在生物修復上的應用潛力,分離出耐冷的癸烷降解細菌,研究了海洋環境中多芳香化烴的微生物降解技術[2];從噬鹽細菌分離出滲透壓調節基因,并生產了重組Ectoine(滲透壓調節因子),從2650米的深海分離到一種耐高溫的細菌,這種細菌可用來分離耐高溫和熱穩定的酶,在耐高溫的archaea發現了D型氨基酸和無氧氨酸消旋酶,測定了3種海洋火球菌的基因組DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析進行了特定功能基因的篩選,從海底沉積物、海水和北冰洋收集了1000多種噬冷細菌,并從這些細菌中分離到多種冷適應的酶[2];建立了一種測定藤壺附著誘導物質的簡單方法,研究了Chlorophyta和共生細菌之間附著所必需的形態上相互作用,研究了珊瑚抗附著物質(dterpene)類似物的抗附著和麻醉作用[3];分析了海岸環境中污著的起始過程,并對沉積物和附著物的影響進行了檢測[4]。
4.展望與建議
引言
隨著我國城市化進程的加速和城鄉人民生活水平的提高,在城市特別是大中城市配電網絡中電纜應用的比例越來越高。從而帶動了電纜附件產品的強大需求,也促進了其產品研發改進的速度。
一、電纜附件的作用
在電纜終端和接頭處,由于電纜金屬護套和屏蔽層斷開,使得電場分布比電纜本體復雜得多,在電纜終端電場存在軸向應力,因此需要使用電纜附件來實現電纜的連續和駁接,即一個能滿足一定絕緣與密封要求的連接裝置。
電纜有導體、絕緣、屏蔽和護層等四個主要結構層,電纜附件中作為電纜線路組成部分的電纜終端頭、中間接頭,必須使電纜的四個結構層分別得到延續,并且實現導體連接良好,絕緣可靠,密封良好和足夠的機械強度,確保電纜終端和電纜接頭的質量,才能保證整個電纜配電網絡的供電可靠性。
二、35kV及以下中壓電纜附件的分類
目前,按照主絕緣成型工藝,常用35kV及以下電纜終端和中間接頭主要可分為繞包式、熱縮式、冷縮式和預制式等四種常用產品型式。此外還有應用于特定產品范圍的澆鑄式和可分離式電纜附件產品。
2.1繞包式電纜附件繞包式電纜附件是指絕緣和屏蔽均使用帶材繞包而成的電纜附件,其應力的控制方式采用應力錐或采用高介電常數的應力控制帶,對施工人員工藝水平要求較高,施工工藝較為復雜,已逐漸被現場淘汰。
2.2熱縮式電纜附件利用高分子聚合物具有的“彈性記憶”效應的原理,開發出各種熱縮管材、分支套、雨裙等熱收縮預制件,按程序套裝在經過處理的電纜末端或接頭處,對其加熱,可使其收縮緊箍在所需位置。
熱縮電纜附件工藝簡便,價格低廉,便于維護。但也存在由于環境溫度變化其不可避免存在的“呼吸作用”而引起的使用壽命縮短等問題,從而影響供電可靠性。
2.3冷縮式電纜附件目前工程應用的冷收縮管和其他冷收縮預制件,是以硅橡膠或三元乙丙橡膠為主要原料,經特殊配方合成后,預擴張在螺旋支撐芯線上而成,安裝使用時,無須任何外部熱源,只要拉開支撐芯線就會收縮,并緊箍在所需位置上。冷縮式電纜附件要求一定要在規定的使用期限內使用,并且價格較高。
2.4預制式電纜附件利用橡膠材料,將電纜附件內的增強絕緣和半導電屏蔽層在工廠內模制成一個整體或若干部件,現場套裝在經過處理的電纜末端或中間接頭處而形成的電纜附件叫預制式電纜附件。
預制式電纜附件可以在工廠進行相應的出廠例行試驗,進一步提高了電纜終端的運行可靠性,同時也大大降低了現場安裝工作量。
從結構上而言,冷縮電纜附件和預制式電纜附件基本一致,僅僅是材料性能和處理上有些差異。
2.5澆鑄式電纜附件利用熱固性樹脂材料,現場澆鑄在經過處理后的電纜末端或接頭處的模子或盒體內,固化后而形成的電纜附件。特別適用于塑料擠包絕緣電纜和浸紙絕緣電纜的互連。
2.6可分離連接器允許電纜和其他設備和電纜連接或斷開的全絕緣電纜附件,如終端、接頭和分支接頭等。可分離連接器主要的使用對象是全密封開關柜、充氣環網單元、電纜分支箱等設備,可以看作是一種新型的電纜終端。并且更多的使用了預制式終端的結構。
從上述電纜附件產品分類中不難看出,可簡化現場安裝要求的預制及冷縮技術已經在電纜附件發展中占有重要的地位。
三、電纜附件產品新技術的應用
3.1導體連接對導體連接的基本技術要求是∶導體連接良好:對于終端,電纜導電線芯與出線桿、接線端之間要連接良好;對于中間接頭,電纜導體與連接管之間要連接良好。即要求連接點的接觸電阻小而且穩定。與同長度同截面導線的電阻比較,新裝比值應不大于1。
目前現場多采用壓接技術,需要一定的專業設備。而采用螺栓連接技術,現場施工時僅需要一支力矩扳手,就能達到導體連接基本技術的要求。從而簡化了對安裝設備的專業要求。而且對于需要去除不導電氧化層的鋁電纜連接,事先也不需要進行專門的去氧化層處理。
3.2絕緣材料三元乙丙橡膠和硅橡膠材料在預制式電纜附件中都得到了廣泛應用,在高壓電纜附件領域,比較而言,可以分為以硅橡膠為基材的歐式結構和以三元乙丙橡膠為基材的日式結構。而在中壓領域,經過改進的三元乙丙橡膠電纜附件比硅橡膠同類產品擁有更好的機械強度和抗撕裂性能。
2網絡業務數據化、分組化
2.1無線數據——生機無限當前移動數據通信發展迅速,被認為是移動通信發展的一個主要方向。近年來出現的移動數據通信主要有兩種,一種是電路交換型的移動數據業務,如TACS、AMPS和GSM中的承載數據業務以及GSM系統的HSCSD;另外一種是分組交換型的移動數據業務,如摩托羅拉的DataTAC、愛立信的Mobitex和GSM系統的GPRS。
目前,無線數據業務只占GSM網絡全部業務量中的很小一部分,但是在未來的兩年中這種狀況將開始扭轉,并大大改變。1999年以后,隨著HSCSD、GPRS等新的高速數據解決方案顯露崢嶸,并成為數據應用的新焦點,無線數據將成為運營商經營計劃中越來越重要的部分,它預示著未來大量的商業機遇。
(1)應用驅動市場
無線數據業務的主要驅動力在于用戶的應用。話音是單一的、易于被大眾所接受的業務,然而無線數據則不同,無線數據最初的應用重點放在運輸管理這樣的專業市場。近期無線數據業務的目標市場是銷售人員或現場工程師這樣的用戶群。從這些先發目標的應用中積累無線數據的經驗,并從中受益。
在過去的十年里,傳統的生活方式已經在迅速改變,人們更經常性地移動,職業和個人生活之間的分界變得模糊,人們需要不分時間、地點訪問很重要的信息。發生在用戶身上的這種生活方式的改變將成為驅動無線數據業務發展的重要因素。
(2)因特網的影響
和通信的其他領域一樣,無線數據業務的一個最重要的驅動力來自Internet。根據最近的研究,未來兩年歐洲的因特網用戶數量將翻一番。在我國,因特網用戶的年增長率將高達300%,顯然用戶在運動中接入因特網的需求將會增長。
為了滿足接入因特網的需求,一個全球性的開放協議——無線應用協議(WAP)應運而生。WAP為將Internet的信息內容以及增值業務傳送到移動終端提供了一種開放的通用標準,實現了IP與GSM網絡的橋接,是一個為廠商提供加速市場增長、避免網絡割接、保護運營商投資的標準,WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
(3)數據速率的發展
GSM承載業務所提供的GSM數據速率最高只能達到9.6kbit/s。國際上1998年引入的高速電路交換數據(HSCSD)技術將實現57kbit/s的數據速率,對要求連續比特率和傳輸時延小的應用是理想的,如會議電視、電子郵件、遠程接入企業的局域網和無線圖像。1999年商用化的GPRS是第一個GSM分組數據應用,將實現超過100kbit/s的數據速率。對較短的“突發”類型業務是理想的,如信用卡認證、遠程測量和遠程事務處理。EDGE(增強數據速率GSM改進模式)使用修改過的GSM調制方式來實現超過300kbit/s的數據速率。EDGE會讓GSM運營商特別受益,他們不但可以贏得第三代移動通信的經營執照,還可以提供有競爭力的寬帶數據業務。
2.2個人多媒體通信——網絡演進的方向
對隨時隨地話音通信的追求使早期移動通信走向成功。移動通信的商業價值和用戶市場得到了證明,全球移動市場以超凡的速度增長。移動通信演進的下一階段是向無線數據乃至個人移動多媒體轉移,這一進展已經開始,并將成為未來重要的增長點。個人移動多媒體將根據地點為人們提供無法想像的、完善的個人業務和無線信息,將對人們工作和生活的各個方面產生影響。在個人多媒體世界里,話音郵件和電子郵件被傳送到移動多媒體信箱中;短信將成為帶有照片和視頻內容的電子明信片;話音呼叫將與實時圖像相結合,產生大量的可視移動電話,還將實現移動因特網和萬維網瀏覽。像無線會議電視這樣的應用將隨處可見,電子商務將蓬勃開展。對于運動中的用戶還有隨時隨地的各種信箱和娛樂服務。
3網絡技術的寬帶化
在電信業歷史上,移動通信可能是技術和市場發展最快的領域。業務、技術、市場三者之間是一種互動的關系,伴隨著用戶對數據、多媒體業務需求的增加,網絡業務向數據化、分組化發展,移動網絡必然走向寬帶化。
通過使用電話交換技術和蜂窩無線電技術,70年代末誕生了第一代模擬移動電話。AMPS(北美蜂窩系統)、NMT(北歐移動電話)和TACS(全向通信系統)是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無線網絡技術的一大成就就是去掉了將電話連接到網絡的用戶線。用戶第一次能夠在他們所在的任何地方無線接收和撥打電話。
第二代系統引入了數字無線電技術,它提供更高的網絡容量,改善了話音質量和保密性,并為用戶引入了無縫的國際漫游。今天世界市場的第二代數字無線標準,包括GSM、MMPS、PDC(日本數字蜂窩系統)和IS95CDMA等,均仍為窄帶系統。
第三代移動系統,即IMT-2000,是一種真正的寬帶多媒體系統,它能夠提供高質量寬帶綜合業務并實現全球無縫覆蓋。2000年以后,窄帶移動電話業務需求將依然很大,但隨著Internet等高速數據通信及多媒體通信需求的驅動,寬帶多媒體綜合業務將逐步增長,而且就未來信息高速公路建設的無縫覆蓋而言,寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要。
第三代系統預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統的變化并不像從第一代模擬網絡到第二代數字網絡那樣存在重大的技術變遷。從目前的技術發展現狀和趨勢來講,第二代系統將逐步子滑過渡到第三代系統,在此演進過程中,移動網絡所能實現的數據速率逐步升級:GSM承載業務所能提供的數據速率為9.6kbit/s,1998年商用的HSCSD技術實現了57kbit/s的數據速率,1999年引入的GPRS將實現超過100kbit/s的數據速率,將在2000年引入的EDGE技術可實現超過300kbit/s的數據速率。2001年后投入商用的第三代系統將能夠在廣域網上實現384kbit/s的數據速率,在辦公室和家中還可以達到2Mbit/s。
4網絡技術的智能化
移動通信需求的不斷增長以及新技術在移動通信中的廣泛應用,促使移動網絡得到了迅速發展。移動網絡由單純地傳遞和交換信息,逐步向存儲和處理信息的智能化發展,移動智能網由此而生。移動智能網是在移動網絡中引人智能網功能實體,以完成對移動呼叫的智能控制的一種網絡,是一種開放性的智能平臺,它使電信業務經營者能夠方便、快速、經濟、有效地提供客戶所需的各類電信新業務,使客戶對網絡有更強的控制功能,能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動智能網通過把交換與業務分離,建立集中的業務控制點和數據庫,進而進一步建立集中的業務管理系統和業務生成環境來達到上述目標。通過智能網,運營公司可以最優地利用其網絡,加快新業務的生成;可以根據客戶的需要來設計業務,向其他業務提供者開放網絡,增加收益。
關于移動智能網的研究,早在1995年就已開始,剛開始并沒有具體的標準協議出現,各廠商各自制定了自己的標準,并且據此進行了不少的研究工作,如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產品。這些工作為最終移動智能網標準的形成積累了經驗。
1997年末,美國蜂窩電信工業協會(CTIA)制定了移動智能網的第一個標準協議——IS-41D協議。1998年1月,歐洲電信標準研究所(ETSI)在GSMphase2+階段引入了CAMEL協議(移動通信高級邏輯的客戶化應用程序),當時的版本是Phase1。1998年4月,ITU-T在新推出的智能網能力集一2標準中描述了移動接入的功能實體,稱為CAMELphase2標準。
伴隨著移動網絡向第三代系統的演進,網絡的智能化程度也在不斷地提升。智能網及其智能業務是構成未來個人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動電話,到第二代的數字移動網絡,再到將來的第三代移動通信系統,網絡使用的無線頻段遵循一種由低到高的發展趨勢。1981年誕生的第一個具有國際漫游功能的模擬系統NMT的使用頻段為450MHz,1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統的使用頻段也為900MHz。在第二代網絡中,GSM系統的開始使用頻段為900MHz,IS-95CDMA系統為800MHz。為了從根本上提高GSM系統的容量,1997年出現了1800MHz系統,GSM900/1800雙頻網絡迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無線電頻率是一種寶貴資源。隨著移動通信的飛速發展,頻譜資源有限和移動用戶急劇增加的矛盾越來越尖銳,出現了“頻率嚴重短缺”的現象。解決頻率擁擠問題的出路是采用各種頻率有效利用技術和開發新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動通信系統采用頻分多址方式,主要通過多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術實現頻率的有效利用。隨著業務的發展,模擬系統已遠不能滿足用戶發展的需求。數字移動通信比模擬移動通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術,數字系統要求的載干比較小,因而頻率復用距離可以小一些,系統的容量可以大一些。而且,數字移動通信還可采用時分多址或碼分多址技術,它比模擬的頻分多址制在系統容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數字移動通信系統,其發展歷程就是一部頻率有效利用技術的演進史。GSM采用時分多址制式,其對頻率的有效利用主要是通過頻率復用技術的不斷升級實現的。從傳統的4×3方式,到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術,頻率復用的密集度逐步提升,頻譜效率快速提高,GSM系統的容量得到逐步釋放。1995年開始投入商用的IS-95CDMA(窄帶)系統,以無線技術的先進性和大容量等特點著稱。它以擴頻技術為基礎,不同用戶的信號靠不同的編碼序列來區分,如果從頻域或時域來觀察,多個CDMA信號是相互重疊的,故理論上CDMA系統的頻譜利用率比GSM系統更高,網絡容量更大。同時CDMA系統具有一定的過載能力,即系統具備軟容量。作為未來第三代移動通信系統主流無線接入技術的WCDMA(寬帶碼分多址)能夠更高效地利用無線電頻率。它利用分層小區結構、自適應天線陣和相干解調(雙向)等技術,網絡容量可得到大幅提高,可以更好地滿足未來移動通信的發展要求。
7網絡趨于融合,走向統一
7.1第三代移動通信系統的結構
第三代系統的主要目標是將包括衛星在內的所有網絡融合為可以替代眾多網絡功能的統一系統,它能夠提供寬帶業務并實現全球無縫覆蓋。為了保護運營公司在現有網絡設施上的投資,第二代系統向第三代系統的演進遵循平滑過渡的原則,現有的GSM、D-AMPSIS-136等第二代系統均將演變成為第三代系統的核心網絡,從而形成一個核心網家族,核心網家族的不同成員之間通過NNI接口聯結起來,成為一個整體,從而實現全球漫游。在核心網絡家族的,形成一個龐大的無線接入家族,現有的幾乎所有的無線接入技術以及WCDMA等第三代無線接入技術均將成為其成員。
筆者認為,光纖通信技術尚有很大的發展空間,今后會有很大的需求和市場。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發展。在此主要討論光纖通信的發展趨勢和市場。
光纖通信的發展趨勢
1、光纖到家庭(FTTH)的發展
FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現信息社會有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2~3倍。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業務和寬帶內容等原因,使FTTH還未能提到日程上來,只有少量的試驗。近來,由于光電子器件的進步,光收發模塊和光纖的價格大大降低;加上寬帶內容有所緩解,都加速了FTTH的實用化進程。
發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國AT&T認為FTTH市場較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年后才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內采用FTTH改造網絡。日本NTT發展FTTH最早,現在已經有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。
FTTH[遇到的挑戰:現在廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務尚有一定優勢。與FTTH相比:①價格便宜②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。
對于不久的將來要發展的寬帶業務,如:網上教育,網上辦公,會議電視,網上游戲,遠程診療等雙向業務和HDTV高清數字電視,上下行傳輸不對稱的業務,AD8L就難以滿足。尤其是HDTV,經過壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術開發,可壓縮到5~6Mbps。通常認為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業務到來時,非FTTH不可。
FTTH的解決方案:通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。
F2P方案一一優點:各用戶獨立傳輸,互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:為了減少用戶直接到局的光纖和管道,需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點。
PON方案——優點:無源網絡維護簡單;原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點:需要采用昂貴的高速光電子模塊;需要采用區分用戶距離不同的電子模塊,以避免各用戶上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時,不單是要網絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。(按照目前市場價格,PEP比PON經濟)。
PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網絡。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網技術的PON,0EPON是千兆畢以太網的PON。(5)WDM-PON:采用波分復用來區分用戶的PON,由于用戶與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少采用。
發達國家發展FTTH的計劃和技術方案,根據各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON,因為ATM交換在美國應用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計劃,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術。SCM-PON:是采用副載波調制作為多信道復用的PON。
中國ATM使用遠比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優缺點前面已經說過,目前比較經濟,使用靈活,傳輸距離遠等;宜采用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技術網絡效率高;可以有電話,適合SDH網絡,與IP結合沒有EPON好,但目前GPON技術不很成熟。EPON:與IP結合好,可用戶電話,如用電話需要借助lAD技術。目前,中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術方案的采用,還需要根據用戶的具體情況不同而不同。
近來,無線接入技術發展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協議,傳輸帶寬可達54Mbps,覆蓋范圍達100米以上,目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數據傳輸,包括:上下行數據和點播電視VOD的上行數據,對于一般用戶其上行不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸,當然在需要時也可包含一些下行數據。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網絡。這種家庭網絡,如果采用PON,就特別簡單,因為此PON無上行信號,就不需要測距的電子模塊,成本大大降低,維護簡單。如果,所屬PON的用戶群體,被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那么可不必建設專用的WLAN。接入網采用無線是趨勢,但無線接入網仍需要密布于用戶臨近的光纖網來支撐,與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。
2、光交換的發展什么是通信?
實際上可表示為:通信輸+交換。
光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網都是由金屬線纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是采用電子交換機。現在,通信網除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該采用光交換。但目前,由于目前光開關器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發大容量的光開關,以實現光交換網絡,特別是所謂ASON-自動交換光網絡。
通常在光網里傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開關不能勝任。一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速XGbDs的交換。當然,也不是說,一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號的交換,應采用成熟的電子交換,沒有必要采用不成熟的
大容量的光交換。當前,在數據網中,信號以“包”的形式出現,采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小,可采用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總后,數量很大時,就應該采用容量大的光交換。目前,少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8—16個。
電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。
光空分交換:一般采用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖。空分的光開關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,采用集成技術,開發出MEM微電機光開關,其體積小到mm。已開發出1296x1296MEM光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。
光波長交換:是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,發送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640x640半導體光開關+AWG的空分與波長的相結合的交叉連接試驗系統(corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現場試驗,半徑5公里,共有43個終端節,(試用5個節點),速率為2.5Gbps。
自動交換的光網,稱為ASON,是進一步發展的方向。
3、集成光電子器件的發展
如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但會有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC-平面光波導線路,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成為一個光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。
日本NTT采用PLO技術研制出16x16熱光開關;1x128熱光開關陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起;8波長每波速串為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT采用以上集成器件構成32通路的OADM。其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。
中國的集成光電子器件也有一定進展。集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破。但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落后的被動局面。
光纖通信的市場
眾所周知,2000年IT行業泡沫,使光纖通信產業生產規模爆炸性地發展,產品生產過剩。無論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時期價格為羊1200,現在價格Y100左右1公里,比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復?
根據RHK的對北美通信產業投入的統計和預測,如圖2.在2002年是最低谷,相當于倒退4年。現在有所回升,但還不能恢復。按此推測,在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬帶數字電視所帶動的。
關鍵詞:供熱技術;問題;發展
1概述
隨著我國經濟的發展,我國的城市供熱事業獲得了長足的發展,全國集中供熱面積已達86540萬平米。在規模擴張的同時,供熱新技術、新材料、新設備、新工藝不斷得到推廣應用。展望未來,要加快科技成果的轉化和應用,使供熱系統工藝、設備、設計、施工和管理的技術水平有較大提高,縮小與供熱發達國家的差距,為我國的環境保護和經濟可持續發展作出貢獻。
要實現供熱技術的進步,關鍵在于抓好二個方面的工作:
一是建立完善的技術開發體系;
二是推廣供熱節能新技術。
2城市供熱技術發展存在的問題
2.1集中供熱目前正受到其他采暖(制冷)能源和供應方式的有力競爭
以煤炭為燃料的熱電聯產和集中鍋爐房供熱受到嚴峻挑戰:
一是如何降低初投資(包括熱源、熱網、熱力站的投資);
二是如何完善供熱系統,加強企業管理,降低供熱成本。
2.2二氧化硫污染的問題
我國的供熱鍋爐主要以中小燃煤鍋爐為主,量大面廣。由于中小鍋爐煙氣排放高度低,對城市環境空氣的污染相對較大。控制中小燃煤鍋爐造成的低空污染是改善城市環境空氣質量的關鍵之一。因而應積極尋求脫硫效率高、運行費用低、一次投資少的好技術項目。
3城市供熱技術未來發展展望
預計今后十年,集中供熱企業將實現由粗放型經營到質量、效益型的轉變,集中供熱效率的提高有賴于技術發展的創新與推廣,具體表現在以下幾個方面:
3.1供熱自動化控制水平提高
鍋爐自動控制、換熱站自動控制、無人值守自動供熱機組等將得到廣泛應用、自動化控制水平的提高,不僅保證了供熱的可靠性,而且提高了供熱效率。
3.2大型供熱機組比重增加
一些城市未滿足熱負荷的急劇增加,正建設單機容量100兆瓦以上的大型供熱機組,代替小型供熱機組,200兆瓦以上的供熱機組也在太原、北京、沈陽等城市投入運行,大型供熱機組比重將日益增加。
3.3城市熱、電、冷聯產快速發展
隨著城市建設的發展,既需供熱又供冷的公用建筑大量增加,一些城市以熱電廠為熱源,實行熱、電、冷聯供。夏季熱負荷的增加,使熱電廠的綜合效益明顯提高。
3.4分戶計量開始實施
隨著《中華人民共和國節約能源法》的頒布實施和人們節能意識的提高,以促進供熱系統和節能為目的的采暖分戶計量工作開始實施,溫控閥、熱量表、自力式壓差控制器、自力時流量調節閥、變頻循環水泵、蓄熱器等在供熱系統中推廣應用。
3.5大力推廣鍋爐節能技術
利用鍋爐自動控制,分層給煤燃燒,水泵、風機的變頻調速等技術,高效省煤器等降低鍋爐房能耗指標。
3.6開始使用潔凈燃料
隨著人們生活水平的提高和環境意識的加強,以油、氣、水煤漿等潔凈的燃料代替煤炭而作為都市使用的主要一次能源已成為必然趨勢。部分城市開始發展燃氣——蒸汽聯合循環發電熱電廠,已達到高效、節能、減少污染、提高電網調峰能力的目的。
3.7供熱新能源開發方興未艾
地熱能、核能、熱泵、垃圾焚燒、生物質能等新能源的開發利用日益得到重視,促進了供熱能源結構的調整,環保效益和經濟效益十分明顯。
(1)地熱能。地球是一座天然的巨大能源庫,它內部蘊藏著大量熱能。地熱能為地球上存儲的全部煤燃燒時放出的熱量的一億七千萬倍。地熱能取自“天然的地下鍋爐”,不需要燃燒任何燃料,更省去了復雜龐大的燃料運輸和燃燒系統,避免熱因燃燒而產生的污染,因此是一種清潔、廉價的能源。我國的華北、山東半島、遼東半島等地區蘊藏有地熱資源,合理開發利用,將對改善供熱能源結構、減少污染起巨大作用。
(2)垃圾燃燒等新熱源。垃圾焚燒可實現垃圾的無害化、降量化及資源化,將垃圾焚燒產生的熱能用于供熱或發電,使城市垃圾成為新能源變為可能,這既有利于環境保護,又可獲得較好的經濟效益。丹麥首都哥本哈根安裝有近十座垃圾焚燒爐,生產的熱水用于集中供熱。而我國南方深圳等城市也已經有垃圾焚燒的成功的經驗,利用垃圾焚燒技術處理城市垃圾以被越來越多的城市所采納。
總的來講,提高服務質量,在這個基礎上盡量降低成本,在發達國家主要是:
1.首先是進一步提高水質。1991年1月起爆發大規模霍亂,130萬人生病,1萬人死亡,主要因擔心氯仿的危害,削弱了消毒。特別是1993年4月美國密爾沃基發生隱蟲水質事故,全市150萬人感染,40萬人生病,1000人住院,死亡50——100人,這是美國供水以來最大的水質事故,影響很大。
2.節約用水,控制用水單耗
這次國際會議除挪威外(14/Km3,水資源9500m3/年/人,供水僅用其0.2,能力也多余,漏失33),其他國家均介紹這方面經驗。除宣傳外,價格是主要政策。
主要措施是:價格政策(包括水價到位,階梯式水價制,多用水多付稅,增容費),水源開發管理(要論證新增水源的必要性和合理性,包括與節約用水和重復利用的技術經濟比較),推廣節水設備,為居民推廣3—6L,二種水量的抽水馬桶,要求平均水量小于4L。工業用水逐漸下降,日本工業用水高峰在1973年到1989年下降了24,美國在1950年,以后下降36,而同期工業生產增加了3.7倍,瑞典在60年代中到70年代中產值增加一倍多,而工業用水減少一半,這個趨勢值得關注。萬元產值的用水,我國是美國的13倍,日本的25倍,這個空間還很大。
生活用水是趨于穩定或有所下降,日本人均綜合用水單耗20年來穩定在390升左右,丹麥現有居民用水單耗為139升,比十年前降低10;芬蘭1992年為335升,1996年降到255升,1980年居民用水單耗160升,1996年降到145升;哥本哈根居民用水單耗1987年為170升,1990年159升,1993年145升,196年為134升。特別感興趣的是計劃經濟轉市場經濟的東歐國家,用水單耗降得很快,如波蘭供水企業湖泊為國營,后改為市政府管理,為降低虧損,水價上漲的較快,超過物價指數,用水單耗逐年下降,1998年較1989年居民單耗下降10—60,工業用水下降10—75,波蘭11各20萬人口以上城市,如1998年用水總量為1,1990年為0.93,1992年為0.82,1994年為0.76,1996年為0.68。
原東柏林約150萬熱,西柏林約200萬人,1999年合并綜合單耗為255升,生活用水單耗為161升,1991年水價統計,東柏林區水價大幅度上升,單耗大幅度降低,到1996年綜合單耗降到173升,生活用水降到125升,其東柏林地區下降近一半。
羅馬尼亞的國家報告所,羅馬尼亞的居民用水單耗為西歐國家的2—3倍,文中指英國單耗為120升,德國、比利時、荷蘭和挪威為130升,丹麥為140升,美國220升,羅馬尼亞為260升,這個趨勢值得我們注意。
3.加強管網的改造和漏損控制
由于管網水質,腐蝕、漏損、積垢以及優化管網等原因,在管網改造上投入較大資金,正常情況應按管道壽命安排改造更新的比例。
管材問題看來經驗教訓較多,如石棉水泥管市有其一定的優點,但對它的缺點估計不足,七十年代曾討論石棉纖維致癌問題,后基本否定,八十年代繼續使用,在國外使用比較廣泛,現在發現損壞率很高,各國先后停止使用。馬來西亞1988年無收水率(相當于我們產銷差)為43。其中漏失率為34。其重要原因為大規模使用石棉水泥管,1990年石棉水泥管比重為81,1993年73,1995年為59,改造任務相當艱巨。
現在他們使用什么管道呢?提供此信息供參考,沒有近幾年每年排23萬多公里管道,其中47.7為球墨鑄鐵管,38.7為PVC,12.5為水泥管、PCCP管。基本上小口徑以PVC為主,中型以球管為主,大口徑以PCCP為主。
日本新排管道一般用球管,支管主要用PVC,其中東京經改造,球管已占90,80的支管為不銹鋼管。
瑞典新排管道最多為PEH,其次為PVE。
臺北市自來水公司1996年底共3412KM,其中球管為84.82,PVC14.21,PCCP0.86,R.C0.1。
4.改善服務
隨著商品在質量、價格、服務上的競爭,推動用戶對自來水提出更高要求。他們除了統計分析用戶投訴的情況外,更用多種方式現代化手段了解用戶的意見和需要;做好相互溝通和理解;做好服務工作,在用戶中樹立信任感。
發展中國家重要市抓提高供水普及率和提高供水水質,在發展中國家約有一半人口因公式不充分或飲用污染的水而影響健康,每年有1220萬五歲以下兒童因患兒童病而死亡。超過300萬熱死于腹瀉,其中多數市有污染的水引起的,在最貧的國家,每千名五歲以下兒童死亡率為193人,而最健康的國家為12名,1998年1—11月世界上發生霍亂病共23萬人,多數在非洲,所以發展中國家主要關心供水普及率和供水水質。
(1)提高水質最主要的措施是修訂新的更高水質標準及相應規則。
(2)凈水新技術及發展趨勢。
(3)加強技術管理是改善水質的基礎措施。
(4)必要的合理技術改造是改善水質的重要保證。
提高供水水質
一.政府引導提高水質的最主要措施是修訂水質標準和制定有關條例
1.修訂水質標準的情況
修訂水質標準的原因三:(1)從水致疾病統計中發現問題,如上述隱患事故;(2)對污染物有新的認識,致癌物分五類;一為對人致癌;二為很可能致癌;三可能致癌;四不列為致癌物;五對人體無致癌跡象,如砷鉛原來不認為是致癌物質,現在砷列為一類,鉛列為三類和氯仿一樣;(3)經濟條件改善。
1993年世界衛生組織修訂新的水質準則共135項。1993年日本實施新的水質標準,水道法規定的有46項,供水與環境處制定了舒適性指標13項,檢測性指標26項。美國每二、三年修改一些。現行標準為:一級標準(國內必須執行)79項;二級標準(非強制性標準)15項;另外提出7種有機物能使人感覺嗅味的濃度指標。歐共體1998年提出新的準則共48項,要求各國二年內提出各國標準,五年內實施,澳大利亞提出各國標準,五年內實施,澳大利亞1996年修訂水質標準;臺灣1997年修訂了水質標準,總的講,新的標準比以前的要求更多、更嚴,但歐共體的項目有所減少,如濁度、色度、嗅味等要求做到人們可以接受,可能由于東歐國家的參加,有些要求不宜太高。
2.水質標準更強調細菌學指標有毒有害物質指標
水質指標可以分為三類;細菌學指標;有毒有害物質指標和感官性指標。細菌學指標危害性最大,即便在美國,1991~1994年間共發生水質事故64起導致病人數422820人,其中99的病例為腸道病類。1989年美國提出《地面水處理規則》要求賈第氏蟲去除99.9,病毒去除99.99,以后感到這樣要求尚不夠,1994年又提出《加強地面水處理規則》,要把供水所引起的腸道病風險降低到每年十萬之一,即便實現,這個風險內大于有害物質的風險,相當傷腦筋的是隱蟲,它是4~6微米大小的原生動物,人感染1~100各隱蟲就可能發生隱蟲病,一般癥狀為腹瀉、惡心、嘔吐、發燒、頭疼、脫水及胃口不好,感染60天后便從糞便中排出大量隱蟲。通常消毒難以滅活,欲滅活90,需用氯80mg/L,接觸90分鐘,但水加溫到72.4度只要一分鐘以上就能滅活99,發達國家當前主要措施是降低濁度,將來可能用膜法,實際上最簡單有效的做法是喝開水,很抱歉我想補充一下去年5期城鎮供水雜志上沈總和我寫了篇文章,如何評價城市自來水水質,其中第二個問題談到自來水能否生喝,但不提倡生喝。文章的中心是講兩句話,能夠生喝但不提倡生喝。兩句話并重也可說,后面一句話比前句更重要,但由于某些原因第二句話未刊登,我現在補充一下,從上述隱蟲特點就可理解后句話。
其次為有毒有害物質,一般風險掌握在人的一生(70年)十萬分之一,即飲這種水的在700萬人的城市里每年為此增加一個病例。如致癌物質,一般是用動物試驗中不致癌的劑量,以單位體重的攝入量表示,除上四個不確定因素動物與動物之間,動物與人之間,試驗的完善程度及污染物的影響程度,多數用1000倍,然后考慮到水分配多少,一般為10,折算到人的體重喝每天喝2升水,算出標準值。這中間留了很大安全因素。發達國家往往在這個風險基礎上再降低一些,入美國制定了《消毒劑喝消毒副產品規則》為把消毒副產物風險再降低20,依次投資44億美元,每年運行和維護費為4.89億美元。
用戶評價水質主要從感官性指標,因此達到用戶可接受的程度是必不可少,即便這些指標不影響健康,但這類指標提高到什么程度,要注意經濟條件和效果及投入分析。最近挪威進行了一項民意調查,70居民要求進一步提高水質,但提高水質要增加費用,只有30的人愿承擔增加的費用。
3.水質指標是怎樣制定的
修訂水質標準均很認真嚴格,尤為美國的做法更科學合理,美國往往以一個項目或幾個項目一起進行修訂,步驟是立項,調查研究,擬寫報告,廣泛征求意見,討論批準,過一段時間后實施。
先排計劃把那些項目立為修訂內容,第二步進行調查分析。內容非常豐富,以砷為例,調查統計全國水廠出廠水水中的砷的含量。調查把一定的砷降到不同濃度目標值可行的處理方法;調查13種處理方法12種不同規模處理費用,包括投資及經常費,然后計算出全國降到不同砷的目標要求需要的投資和經常費,作出一個完整的曲線或表格,如把砷的指標由50mg/l降到2mg/l需投資380億美元,年運行費16億美元,年成本增加54億美元。再進行效益和投入的分析。如美國加強地面水處理規則,要把微生物風險降到年十萬分之億,這樣每年可減少賈第氏蟲病例40—50萬人次,據調查每個病例住院費及工資損失為1245—1878美元,加上其他費用按3000美元計,則每天經濟效益為12—15億美元,而試驗該規則需投資80億美元,每天運行有待進一步調查,第三步擬寫報告,寫清修訂理由,該指標的風險性,達到指標能獲得效益和需要投入,有的要明確檢測水樣的采樣點檢測方法,檢測頻率,合格率要求,什么情況下超標即要上報。第四步廣泛征求各界意見,然后政府組織有關部門和專家討論并批準。批準后留相當時間讓供水企業采取必要的措施然后實施。
.實施標準采取的措施
標準宣布實施后就必須執行。為實施標準政府在資金上創造優惠條件,如美國于1996年8月6日國會通過《飲用水周轉基金》,1994年—2000年共提供96億美元無息貸款,20年歸還。
其次,美國制定《信息收集規則》規定供水廠要上報那些水質要求。又規定了那些指標超標即需上報,如瞬時濁度超過5NTU,或12小時連續超過0.5NTU,就要立即上報,上級權衡后確定是否要立即通告居民和開水或瓶裝水。
第三對不符合水質標準的可予以處罰,每日每次事故為1000—25000美元,各洲不同。象上述隱蟲事故因當時沒有規定這個指標,故不能用《安全用水法》對其罰款,但美國有保護公共利益法規,居民按此用民事訴狀方式要賠償共達幾十億美元,雖然訴狀當時未解決,但已確定投資900萬美元用于改善供水設施,其中100萬美元用于法律費用。
第四組織人到水廠進行檢查并幫助其采取措施提高水質。70年代末80年代初美國賽洲發生賈第氏蟲水質事故,州政府決定對州內水廠施行《評估計劃》,組織二個專業人員對凈水各工序進行詳細檢查,如沉淀池出水濁度是否小于2NTU,原水濁度變動時也不超過5NTU。如過濾水濁度是否始終小于0.1NTU。濾池初濾水是否超過0.2NTU。濾后水0.18的顆粒數每ml是否小于10等。他們對290個水廠檢查了506個廠次,經過檢查幫助合格率大幅度提高。
二.凈水新技術和發展趨勢
新的更高的水質要求為應用新技術提供了動力,技術進步為應用新技術提供了可能。
1.因水、因地、因要求制定確定凈水工藝
凈水工藝的任務氏以最經濟合理的方法把原水中所含的污染物和出廠水所允許的污染之間的差額除掉,因為出廠水水質的要求有所不同,尤其是原水中的污染物品種和濃度相差很大,因此凈水的任務差別很大,不宜機械套用其他城市的成功經驗。
歐美一般設計水廠前先做模型試驗,做幾種工藝比較,選擇直接過濾工藝,濾速為32m/h,這個濾速是我們當前設計的3—4倍。如果未經試驗比較,不可能選用這樣優化工藝。
又如法國利安公司為推廣V型濾池,首先在澳門采用,該公司在珠海的坦州鎮經營了一個供水區,水廠內的濾池用了雙濾池。最近澳門又建了一個水廠叫大水塘水廠,共12萬m3/日,第一期為6萬m3/日。他們采用煤砂雙層濾池直接過過濾,濾速為10.8m/h,我感到他們是從實際出發,因地制宜選擇工藝設備。
2.膜法和顆粒計數器的應用可能有較大發展
從技術講,微濾和超濾可以替代常規處理,細濾和反滲透可以替代深度處理。過去由于價格原因不宜用于城市水廠,近年膜技術有很大進步,價格也有所下降,膜的價格與水廠凈水工藝已相對接近,國外已有萬m3/日級水廠在應用。隨著技術進步和價格下降,膜法替代現用處理方法有相當可能。另外美國等經濟發達國家對細菌等指標很傷腦筋。因細菌、大腸菌指標安全,不等于病毒安全,病毒安全不等于隱蟲等原生動物安全,去除隱蟲最可靠的辦法,一是燒開喝,二是用膜法過濾,現在較多選擇的是降低濁度到0.1NTU,但降低到0.1NTU不一定是隱蟲安全,替代濁度更正確一些的方法是顆粒計數器原生動物大小的顆粒。如前所說,賓州要求每毫升水中3—18的顆粒要小于10粒。這個方法比濁度更正確,但顆粒計數器仍不能說明10顆是什么。隱蟲問題在推動膜法的應用。
3.臭氧消毒及臭氧活性炭工藝將有發展趨勢
現在國際上的概念,把消毒分成二部分,一是工藝過程的氧化消毒,二是為保持管余氧(或其他消毒劑)而加的消毒劑。就工藝過程的氧化消毒而言,臭氧有很多的優點,氧化消毒能力最強,能滅除隱蟲,能把不能降解的有機物分為可降解有機物。由于技術進步,生產臭氧的電耗和設備價格也有所降低。臭氧使用將有所增加。但使用臭氧后有個很大缺點是醛酮等有機物大量增加,如細菌繁殖增加了很豐富的營養。這種水在管網中很容易繁殖細菌,故基本上需要再生物處理,通常用活性炭。歐洲較普遍的是再加個活性炭池,而美國一般用雙層濾料濾池,上層為活性炭,下層為砂,一池三用,臭氧的應用也受其副產物溴酸鹽的制約。溴酸鹽是三類制癌物質,WHO標準為25ug/L。總的講,隨著污染加劇,水質要求提高以及臭氧使用的增加,臭氧活性炭工藝的應用將有所增加。
4.關于用什么消毒劑討論得比較多。實際上各種消毒劑都有它的優缺點,都有在定性上可怕的副產物。對各種消毒劑都要求副產物的濃度不超過標準的允許值。以前對氯消毒后的氯仿強調得多,引起一些誤解以致拉丁美洲好多國家錯誤地削弱消毒,霍亂大流行。為此1993年世界衛生組織把氯仿標準提高到200ug/L,即便如此,細菌等的風險仍大于氯仿。美國最早發現氯仿等副產物,而且研究也比較深。據1991—1992年統計,1256個主要供水企業,服務人口2.09億人。消毒劑使用情況如下:按水廠計,氯占64,氯胺12,二氧化氯6,高錳酸鉀18,臭氧0。
如按人口統計46用氯,25用氯胺,2用臭氧,6用二氧化氯,21用高錳酸鉀。
近二年在討論出廠水要不要有余氯,荷蘭、德國、瑞士蘇黎士等部分歐洲城市出廠水已不加消毒劑。沒有余氯,這是成就還是愚蠢,基本結論是:水廠處理后的水細菌學指標非常好;有機物很低,其中AOC要小于10ug/L;(象北京九源水廠這樣的水源,凈水過程還經活性炭吸附AOC近100ug/L)管網很清潔;;防止二次污染的措施很嚴密,這樣才能即保持細菌學方面的安全,又減少消毒副產物的危害和消毒劑對嗅味的影響,但這樣做要非常謹慎。美國不想在這方面有所引導。在我國的情況,我建議不要去試驗,我本來不想講,怕引起誤會,我們當前的主要問題是加強消毒,可待較遠的將來再考慮這個事。
5.對快濾池反沖洗水的利用持更謹慎的態度,上述美國密爾沃基隱蟲事故,直接的原因是短期出廠水濁度較高,原來經常為0.2NTU,后因控制不善,提高到1.7NTU,去除率降低大量隱蟲帶出去了,大內在原因是因快濾池沖洗水再利用把濾池中所截留的污染物又回到了原水,濃縮了原水中的污染物。經多次濃縮進水密度很高。這個事故后歐美對沖洗水利用很謹慎。美國有的州要求處理再用,有的要嚴密監測水質,有的不允許用,美國將制定一個統一的法規,最近澳門從事一項研究,快濾池反沖洗水經微濾處理后再利用,利用快濾池沖洗廢水有其優點,尤其是水資源短缺或遠距離引水的地方,但權衡時要考慮多種污染物濃縮的因素。或者采取必要環境技術網!
的措施。
摘要:文章從新媒體技術的發展與競爭,闡述了廣播技術發展的當前形勢和發展趨勢,介紹了開展網絡廣播技術的優勢。結合大連人民廣播電臺的數字化、網絡化系統建設,進一步闡述廣播技術要緊跟新媒體技術的發展潮流,用科學發展的觀念開展廣播事業。
現代信息傳播技術的迅猛發展,使當今社會已經進入了一個新媒體時代。計算機技術、數字多媒體技術、網絡技術、衛星通信、光纖通信等信息技術的快速發展,為廣播技術的發展提出了一個嚴峻的課題,傳統的廣播技術在發展過程中正面臨著新媒體的激烈競爭和挑戰。正確分析形勢,以科學的態度認真研究、總結廣播的特點與規律,發揮廣播優勢,采取積極的措施,進行各種有益的探索,對于推進廣播技術的發展具有重要的意義。
互聯網發展迅速,截至2008年底:我國網民數量達2.98億,普及率22.6%,首次超過全球平均水平(21.1%)。城鎮和農村電腦擁有量為每百戶62.6臺和3.6臺(2000年分別是9.7臺和0.5臺)。寬帶網民達2.7億,占總網民數的90.6%。手機網民達到1.176億,較07年增長了133%。特別是3G網絡的應用,使手機流媒體傳輸技術產生極大的飛躍,流暢地無線上網已不再是奢望。
信息傳播的數字化和網絡化伴隨著互聯網技術的發展而逐漸進入人們的日常生活。這就迫使傳統廣播必須面對數字多媒體的挑戰。網絡上文字、聲音和視頻的獲取已非常容易,而傳統廣播受頻率資源和發射功率的限制使聽眾受到一定范圍的影響,因此廣播也必須開闊視野,基于互聯網發展網絡廣播,使受眾全球化。所謂網絡廣播,就是以Internet網為傳播平臺提供音頻和視頻服務的網絡媒體,是傳統廣播和互聯網融合的產物。網絡技術的迅猛發展,將會使網絡(視頻)廣播的聽眾越來越多。網絡廣播具有許多特有的優勢:
一、隨著各種終端接收設備的普及,受眾參與廣播的活動也將增強。
“互動性”的加強改變了傳統的被動性聽廣播,使聽眾可主動與傳播者進行交流和溝通。通過網絡人們還可以隨時自由選擇節目內容和節目形式,具有自由的選擇權,在保存、查詢、歷史回顧等方面發生飛躍性的變化。
二、不再受傳統廣播覆蓋面的局限,突破了時空和地域的限制。
借助飛速發展的互聯網平臺,哪里有互聯網,哪里就能收聽廣播,使廣播覆蓋全球。
三、通過相應的技術發展建設,可方便地實現視頻廣播,充分發揮廣播的信息量大,傳播快捷迅速的特點。視頻廣播的發展改變了傳統收聽廣播的方式,廣播也可以“收看”了。
我臺緊跟新媒體時代先進技術的發展潮流,在上級主管部門的領導和支持下,于2008年年初對我臺播出系統進行了大規模的設備更新和技術改造,將信息時代的三大前沿技術----數字技術、網絡技術、衛星技術應用于廣播,使廣播得以實現真正意義上的“廣為傳播”。此次工程建設項目主要包含三大部分:
1、建設一套全新的數字化播出控制系統。播出控制系統是以專業的數字化調音臺、音頻矩陣、專業設備與網絡化路由器、數字音頻接口設備等為核心,分別組成播出信號傳輸通道,互為備份。系統采用國內外先進、成熟的廣播技術,以保證系統在廣播節目制作、播出和監控等方面與當今數字音頻技術、廣播數字化、網絡化發展潮流同步。同時充分考慮今后廣播臺網建設和發展的技術、業務需求,如開展數字音頻廣播、數據廣播、網絡廣播、視頻播出等新媒體業務的需求,實現可持續發展。系統包括以下子系統:大屏幕視頻監控系統;設備監控、報警、日志系統;慢錄系統;監聽系統;信號路由控制系統;輔助管理系統;同步系統;網絡系統;時鐘系統。
2、建立一個集廣播電臺生產、運營和管理等綜合業務為一體,適應現代廣播的網絡化平臺。包括計算機技術、多媒體技術、通信與網絡技術等在內的現代信息技術和廣播數字技術。通過上述技術,將廣播電臺各功能網安全有效的互聯起來,形成全臺統一廣播臺網,以滿足信息化、現代化、多元化廣播電臺的發展需要。我臺已建成了廣播制播網,播控傳輸網,綜合業務網三個功能網。新系統采用擴展性共享性好、集中管理度和網絡帶寬利用率高的"星形網絡結構"為主體的網絡結構。根據業務種類、網絡規模、安全級別等方面的要求不同,實現內/外網、各功能網之間的安全互聯和信息共享。
3、設計構建數字化音、視頻衛星轉播車系統。該系統由大小兩步轉播車、車載廣播制播設備、車載衛星系統、地面衛星系統、應急發電系統、輔助控制系統組成。轉播車基于衛星傳輸技術,搭建起一套移動的數字音、視頻演播系統。日前該系統完成了設備調試工作,功能完善,達到設計要求。這套衛星轉播車系統在國內尚屬首例。該轉播車除了配備完整的音、視頻廣播播出設備,車輛本身經過改造,可搭建一套小型演播舞臺系統,適合各種轉播、直播活動。
關鍵詞:滴灌技術,滴灌設備
**是**最干旱地區之一,農業用水占總用水量的97%,農業生產主要依賴于灌溉,沒有灌溉就沒有**的農業。為此,大力發展推廣先進的節水灌溉技術已成為**實現水資源可持續利用的關鍵所在。就目前**大力發展和推廣應用先進的節水灌溉技術而言,本文重點分析滴灌節水技術。滴灌技術在我國已算不上“高、新、尖”技術,但其在推廣使用的過程中仍存在諸多問題,如設備質量低下、不顧條件盲目推廣、滴灌工程效益不佳、管理落后等等,這些問題阻礙了我國滴灌技術的順利發展,需盡快加以解決。
一、滴灌技術的特點
滴灌技術較之傳統溝灌和畦灌,具有顯著的優點。
(一)節水、節肥、省工
滴灌屬全管道輸水和局部微量灌溉,使水分的滲漏和損失降低到最低限度。同時,又由于能做到適時地供應作物根區所需水分,不存在水的損失問題,又使水的利用效率大大提高。灌溉可方便地結合施肥,即把化肥溶解后灌注入灌溉系統,由于化肥同灌溉水結合在一起,肥料養分直接均勻地施到作物根系層,真正實現了水肥同步,大大提高了肥料的有效利用率,同時又因是小范圍局部控制,微量灌溉,水肥滲漏較少,故可節省化肥施用量,減輕污染。滴灌系統僅通過閥門人工或自動控制,又結合了施肥,故又可明顯節省勞力投入,降低了生產成本。
(二)控制溫度和濕度
傳統溝灌的大棚,一次灌水量大,地表長時間保持濕潤,不但棚溫、地溫降低太快,回升較慢,且蒸發量加大,室內濕度太高,易導致蔬菜或花卉病蟲害發生。因滴灌屬于局部微灌,大部分土壤表面保持干燥,且滴頭均勻緩慢地向根系土壤層供水,對地溫的保持、回升,減少水分蒸發,降低室內濕度等均具有明顯的效果。
(三)保持土壤結構
在傳統溝畦灌較大灌水量作用下,使設施土壤受到較多的沖刷、壓實和侵蝕,若不及時中耕松土,會導致嚴重板結,通氣性下降,土壤結構遭到一定程度破壞。而滴灌屬微量灌溉,水分緩慢均勻地滲入土壤,對土壤結構能起到保持作用,并形成適宜的土壤水、肥、熱環境。
(四)改善品質、增產增效
由于應用滴灌減少了水肥、農藥的施用量以及病蟲害的發生,可明顯改善產品的品質。總之,較之傳統灌溉方式采用滴灌后,可大大提高產品產量,提早上市時間,并減少了水肥、農藥的施用量和勞力等的成本投入,因此經濟效益和社會效益顯著。
二、滴灌技術存在的問題分析
(一)設備質量問題
通過多年的技術引進、消化和吸收,我國已能獨立生產相對成套的滴灌設備,部分滴灌設備產品性能水平已接近國外同類產品水平,但一些關鍵設備,特別是首部樞紐設備、自動控制設備等與國外同類先進產品相比仍存在較大的差距。總體上來講產品品種少,缺乏系列化,配套水平低。并且一直沒有形成規模,市場上沒有多大選擇的余地。另外目前滴灌設備市場混亂,魚目混珠,缺乏有效的產品質量監督檢驗機構,價格無序,售后服務差,也制約了滴灌事業的順利發展。
(二)設備管理問題
我國滴灌工程往往存在著一邊建一邊丟的現象。很多地區安裝了滴灌后,使用不長時間即成了擺設,有的拔掉滴灌帶(管),但繼續使用輸水主管道,成了“管灌”;有的則直接放棄不用,又恢復了溝灌。究其原因,關鍵在于管理不善。
(三)設計問題
由于滴灌系統工程一般為較小工程,設計、施工有可能沒有科學、合理的進行設計和施工。致使工程從設計上就存在諸多問題,安裝時往往又是組織臨時隊伍進行安裝,故很難保證質量。
(四)使用技術問題
沒有建立相應的滴灌灌溉制度,仍沿用傳統的灌溉制度,一次灌水量過大或灌水時間過長,灌水定額過大,與傳統溝灌方式沒有多少差別,沒有發揮其應有的優越性。另外目前大多數農民還習慣于手工追肥緊接灌水的傳統,即使設計安裝了施肥裝置,也很少使用或不用,形同虛設。對于滴灌的理解僅限于灌水任務上,由于基本上仍然使用固體顆粒肥料,并需事先溶解,不但增加了堵塞灌水器的機會,且由于施肥器一般容量較小,每次施肥量有限,在目前大多數菜農仍采用傳統肥量的基礎上,顯然覺得太少,也太麻煩。因此使用滴灌后,必須相應改變原有的灌水制度和施肥制度(包括肥料用量、施肥次數、施肥方式、肥料類型選擇等),才能充分發揮出滴灌的優越性。
三、建議
(一)要堅持因地制宜、以經濟效益為中心的原則
發展灌溉一定要從各地的實際出發,堅持因地制宜的原則。我國幅員遼闊,各地自然地理條件、經濟條件、農業生產發展水平、農業作物布局和管理水平都差別較大,在充分考慮各地發展的實際情況的基礎上,量力而行,宜上則上,時機不成熟的不要盲目發展;在發展規模、速度、檔次上更要因地制宜,不可盲目一哄而上。
在市場經濟條件下,一切經濟活動都必須以經濟效益為中心。任何先進技術是否有旺盛的生命力,能否大面積推廣,關鍵在于是否有較高的經濟效益。沒有經濟效益的支撐任何一項社會活動都是很難長久維持和發展下去的。滴灌工程投資相對較大,可以說是一種昂貴的先進灌水技術,必須要高產出、高效益來支撐,施工前必須做好投資分析和經濟評價,以其顯著的經濟效益吸引農民的投資。滴灌作為最先進的節水灌溉方式,具有明顯的節水效果,但其最大的優點在于通過與其他農業先進技術相結合能推動生產力的發展,創造出顯著的經濟效益。忽視了這一點,單純就節水效益來抓滴灌,在任何情況下是很難推廣的。因此要始終把經濟效益放在滴灌工程的首位。
(二)重視規劃設計安裝工作
無論是一個規模較大的滴灌工程,還是一個單獨的溫室或大棚滴灌系統,均應重視規劃設計以及做好安裝工作。
從設計上來講,首先要考慮當地水源、土壤、作物種類、管理水平等因素的基礎上,按照微灌工程設計規范進行仔細設計,出具設計圖紙,若有條件,最好請專業設計人員進行設計或進行指導。二是要注意系統設備的完整配套性。過濾裝置、施肥裝置、調壓控制裝置、壓力表等設備應該是必備的,缺一不可。若條件允許,自動控制設備也應考慮上。三是要選用質量有保證的設備。為減少投資而降低對質量的要求以及減少配套設備的做法是得不償失的,將會付出更大的代價。工程安裝更要精心組織,最好選有經驗的專業安裝隊伍進行安裝,避免留下安全隱患。
(三)重視滴灌制度研究
滴灌作為一種先進的滴灌方式,必須配以先進的灌水技術才能發揮其優越性。灌水技術主要是指合理的灌水制度,包括不同作物、不同生育期的灌水起始點、灌水上限、灌水定額的確定、灌水時間、灌水次數等等方面。另外研究滴灌對土壤養分和鹽分運移的影響等也有助于合理滴灌制度的確定。
在傳統溝灌方式下,農民根據作物的長勢、生長階段及土壤的水分狀況,確定灌水時間和灌水量,具有比較成熟的經驗。而滴灌條件下,能夠給作物根系層土壤創造一個最適宜水分狀態,而要實現這一點,僅通過從表面觀察作物長勢和土壤水分狀況是很難確定的。因此,應盡快通過灌溉實驗,根據不同地區土壤條件、氣候條件、作物種類,按照滴灌的要求特性及作物的生長狀況,制定出滴灌條件下合理的、便于實施的灌溉制度,以指導農民進行合理滴灌,發揮出滴灌應有的效益,促進滴灌事業的發展。:
(四)重視滴灌過濾和滴灌施肥工作
滴灌灌溉水進入管網之前必須進行嚴格凈化,這是保證滴灌灌水器能正常工作的前提,因此過濾這一環節絕不能簡化。很多滴灌工程的失敗就是因為在過濾這一環節出了問題。因此對于規模較大的工程由于水流量較大,最好進行兩級以上的過濾,對于單家單戶的小水源大棚或溫室,也要盡量選擇質量較好的過濾器。對于過濾器要定期的清洗和保養,使之一直工作在最佳狀態下。通過滴灌施肥,對于提高肥料利用率,減少肥料的淋溶和對環境的污染,提高產品品質和滴灌效益的充分發揮等具有顯著效果。“若不結合滴灌施肥,則稱不上真正意義上的滴灌”,只有滴灌技術才真正實現了水肥同步。因此,設計安裝滴灌系統時,必須考慮配備施肥裝置,并把滴灌提高到灌營養液的角度來看待,同時盡快研究生產適合滴灌系統使用的液體肥料,研究和推廣滴灌條件下的施肥技術和方法。