宽带码分多址在高铁中的网络建设与展望（样例5）

第一篇：宽带码分多址在高铁中的网络建设与展望

宽带码分多址在高铁中的网络建设与展望

高速铁路与联通3G处于同一历史发展阶段

目前我国高速铁路进入快速发展阶段，到2012年，我国将建成客运专线42条，总里程1.3万km，其中时速250km的线路有5000km，时速350km的线路有8000km。近年来部分路段高速铁路已正式运营，有越来越多的人选择乘坐高铁出行。

2009年1月7日，工业和信息化部为中国联通、中国移动和中国电信发放3张3G牌照，中国进入3G时代。经过1年多的建设，中国联通已建设成覆盖全国所有地市及县城的WCDMA网络，全网开通HSPA功能，在覆盖区内，拥有强大的3G业务支撑能力。

从某种意义上来看，联通3G和高铁处于共同的历史发展阶段，都处于发展的初期，并面临重大的发展机遇。

如何根据高铁建设与运营的发展历程，以科学发展观为指导，建设联通3G针对高铁的通信网络，是现阶段联通3G网络规划的重要任务之一。

高速铁路覆盖的特点是速度高、穿透损耗大、切换频繁，这也对移动通信网络提出了更高的要求。

WCDMA网业务发展分析

3G网络的网络需求与不同业务发展状况息息相关。

目前3G网络上的业务种类及发展情况

● 纯语音业务

纯语音业务是目前的基本业务，可以预见长期内依然是主流业务，也是运营商的主要收入及利润来

源。

● 可视电话业务

在3G网络建设前，业界普遍预测可视电话为新的杀手业务，但从实际业务发展情况看，可视电话并未得到3G用户的广泛使用。结合国外3G运营商的实际情况，可视电话业务的低迷预计会持续一段时间。

● 数据业务

在3G网络建设前，2G网络已培养了一大批低速数据业务用户，已成为新的利润增长点。3G网络可延续发展数据业务，并依靠网络优势逐步提高数据用户的感知度。

● 高速数据业务

从全球WCDMA网络运营情况看，HSPA高速数据业务已成为发展最为迅速的增值业务。从长期来看，流媒体、手机网络游戏、在线音乐、大容量下载等高速数据业务是3G业务的发展趋势。

高速铁路的WCDMA用户需求分析与网络承载能力要求

规划期内高铁建设阶段，高铁沿线的用户构成主要为高铁施工人员。高铁施工人员经济收入和文化水平不高，通信需求强烈。基于此阶段的用户构成，规划期内高铁建设阶段的业务需求主要为语音业务和低速数据业务。铁路施工期间，将对网络的语音承载能力有一定的要求。

WCDMA业务发展前期的特征为高铁乘客中WCDMA用户逐步渗透，业务需求以WCDMA语音业务和数据业务为主。此时WCDMA用户数还不多，语音及数据业务对网络的承载能力要求不高，也就是说，网络将

会处于低负荷的运行状态。

在WCDMA业务发展中期，为吸引用户，推广高速数据业务势在必行。这一时期高铁乘客中WCDMA用户的渗透率达到一定水平，WCDMA业务需求丰富多样，语音业务、数据业务之外，可视电话业务和高速数据业务需求也会比较强烈。此阶段，语音及数据业务量将对网络提出一定的承载能力要求。列车运行经

过路段，网络将会运行于正常的负荷水平。

高速铁路基站覆盖规划与设计

时速350km高铁WCDMA网络建设目标

覆盖目标：全线95%以上的路段，WCDMA网RSCP大于-95dBm；全线达到语音业务和可视电话业务（CS64kbps）连续覆盖，并能提供高速率的分组数据业务。

质量目标：全线接通率大于98%，掉话率小于1%，切换成功率大于98%。工程目标：在保证网络服务的同时，做到建设成本最低，建设周期最短。

高铁覆盖基本参数取定

列车穿透损耗WCDMA系统均取25dB；小区切换时间设计采用值为3s；多普勒频移，WCDMA制式标准允许的中心频率偏差为±800Hz，因此在列车时速为350km时，不会影响网络的正常运行。

覆盖半径的计算

不同业务在不同场景下，根据上行链路预算结果计算出的部分覆盖半径如表1所示。

表1 不同业务在不同场景下的覆盖半径

由以上计算结果看出，相同天面配置下，CS12.2kbps业务相对CS64kbps业务，其覆盖距离增加

40%~60%左右。

不同3G业务对网络覆盖的要求

从链路预算结果看，不同业务所允许的最大路径损耗有所差异，CS12.2kbps和CS64kbps业务连续覆盖所允许的路径损耗相差约5dB。通过传播模型计算出的小区覆盖半径也有所差异。

考虑到切换所需重叠覆盖区域（T），以及不同环境下的网络组网方式，可以计算出满足不同业务

需求应设置的最小站距。

在城区环境下采用65°天线蜂窝组网，站距D=1.5（R-T/2）；郊区环境下，兼顾乡镇的覆盖，采用90°天线蜂窝组网，扇区夹角120°情况下，站距D=1.73（R-T/2），此时基站距铁路垂直距离建议为500~900m。如果基站距离铁路较近，300~500m，建议采用65°天线，扇区夹角150°左右，站距D=1.93（R-T/2）；如果是纯高铁覆盖，且不考虑兼顾乡镇的覆盖，可采用33°天线，基站距铁路垂直距离建议

150~300m，此时可以认为D≈2（R-T/2）。

在典型参数情况下，郊区基站兼顾乡镇覆盖，要保证可视电话业务连续，挂高40~50m情况下，平均站距为2.5~2.8km；如果是纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距为3.4~3.9km。如果只保证语音业务连续，郊区基站考虑兼顾乡镇覆盖，挂高40~50m情况下，平均站距为3.9~4.5km；纯道路覆盖，采用高

增益窄波束天线，站距为5.6~6.0km。

基站建设策略比较

以京沪高铁安徽段为例，其全长266km，设计时速350km，有两种基站建设策略：策略一，一步到位按满足CS64kbps业务连续覆盖，并可提供高速数据业务，基站平均站距2.7km；策略二，分阶段建设，先满足纯语音业务连续覆盖，基站平均站距4.2km，随着WCDMA用户增长和业务的发展，逐步增加基站，满足CS64kbps连续和全线提供高速数据业务。

不同的建设策略在新增基站规模、投资规模以及建设周期上，有较大差异。从覆盖里程所需基站数（加10%余量）、可利旧的基站配套数量（约30%基站可与现网共站建设）以及投资额度等方面对两种策

略进行比较，如表2所示。

表2 两种建设策略的比较

从表2可以看出，如果采用一步到位的建设策略，一次性配套建设规模较大，比分步实施的策略高出一倍的建设规模，投资规模也高一倍，但可满足可视电话业务的连续覆盖。分步实施的建设策略只能先提供语音业务的连续覆盖，在未来几年逐步增加覆盖站点，极端情况下，按每2个基站之间增加1个基

站计算，最终平均站距达到约2km。

分步实施的建设策略的优点主要是：一次性投入较小，建设工程量小，投资小。未来的投资规模

可根据业务发展逐步投资，投资效益比可控。

京沪高速铁路覆盖策略及未来网络需求可能

根据以上的业务需求分析和覆盖策略比较，安徽联通制定了分阶段进行京沪高速铁路无线网络覆

盖的建设策略。高速铁路建设阶段

此阶段根据施工开工情况，有选择地完成GSMWCDMA基站的建设，为施工人员提供语音和低速数据等移动通信业务。此阶段的基站建设需参考全线基站规划，在高铁施工完毕后，只需做简单调整即可作为

高铁线覆盖基站，以保护前期投资不浪费。

WCDMA业务发展前期

在WCDMA业务发展前期（2010—2012年），京沪高铁覆盖只满足WCDMA语音业务连续覆盖的需求，同时全线提供WCDMA低速数据业务接入能力。

未来几年高铁覆盖策略

在WCDMA业务发展中期，要根据业务实际发展的情况，有针对性地完善京沪高铁的覆盖：

● 情景一：可视电话和数据业务快速发展

可视电话业务对WCDMA网络覆盖有较高要求，为满足可视电话连续覆盖的需求，需在WCDMA业务发展前期的规划基站基础上新增WCDMA基站，将平均站距减小至2km。在前期网络规划时，需一并考虑未来新增基站的站址选择，做好前期建设的基站和后续新增基站备选点的整体规划，实现“一次规划，分步

实施”的建设策略。

新增基站后，除满足可视电话业务连续覆盖外，同时全线提供高速数据业务接入的能力。

● 情景二：可视电话业务发展缓慢，高速数据业务快速发展

数据业务对连续覆盖要求不高，但高速数据业务对下行覆盖链路有较高要求。此种情况可采用增强基站发射功率改善下行链路，开通WCDMA第二载波作为数据业务专用频道等手段解决高速数据业务需求，而无需新增基站。

京沪高铁安徽段规划结果

根据现场勘查情况，京沪高铁郊区路段平均站距为4.2km，在城区或兼顾乡镇覆盖路段，适当增加站点，减小站间距。京沪高速铁路实际基站规划设置比理论计算略多，具体基站设置情况如表3所示。

表3 京沪铁路WCDMA基站设置

我国高速铁路建设进入了蓬勃发展的新时期，制定一次规划、分步建设的高速铁路覆盖方案，在目前投资压力较大，以及3G不同业务存在不同发展可能的情况下，不失为一种较经济实用的组网方案。

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第二篇：镁合金在高铁上的应用及展望

镁合金在高铁上的应用及展望

近年来我国轨道交通装备行业发展迅速，轨道客车速度快、能耗低、舒适性设计、环境友好、以人为本的设计特点，具有其他交通方式无法比拟的优势。轻量化设计可以实现轨道客车多方面的优化，是轨道客车关键技术之一。镁合金是目前工程应用中密度最小、比强度最高的结构金属材料，在轨道客车轻量化应用中具有非常好的前景。

镁合金的开发和应用

现在广泛应用的镁合金主要可以分为两种，一种是铸造镁合金，另一种是变形镁合金。目前压铸镁合金在工业已经得到广泛应用，镁合金经过变形之后，可以得到更加优秀的综合力学性能，从而满足不同的场合需求，所以发展变形镁合金非常有前景。

镁合金的特点可满足航空航天等高科技领域对轻质材料降噪、减振、防辐射的要求，同时可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。目前镁合金在航空工业上应用很广泛，其中包括AZ91、AZ31、ZE41、QE22、WE43等。

节能与环保的新要求使汽车公司都设法减轻汽车的重量，从而达到降低汽油消耗和温室气体排放量的新标准，镁合金的减重效果可以最大限度满足日益严格的节能的温室气体排放的要求。镁合金具有良好的阻尼系数，减振性能好于铝合金和铸铁。在座椅、方向盘、轮毂上应用可以减少振动，在车门等壳体上应用可以降低噪声，提高汽车的安全性和舒适性。目前，汽车仪表、座椅架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有压铸和变形镁合金产品的应用。

轨道客车的轻量化设计

轨道客车轻量化设计主要是通过优化结构、采用新材料来实现，它主要包括列车车体、车内设备、车外吊挂安装设备的轻量化。在考虑减轻列车重量的时候，必须在确保车体强度、刚度、动力学和动应力等满足要求的前提下，尽量实现列车的轻量化。

按照添加合金元素的不同，目前常用的镁合金可以大致分为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为铸造镁合金和变形镁合金，其中应用铸造镁合金中绝大部分是压铸镁合金。工业常用的镁合金包括AZ31B、AZ61A、AZ91D、AM60B等。

常用变形镁合金和压铸镁合金与铝合金的力学性能相近，非常有潜力在轨道客车替代铝合金，实现轻量化减重的目的。

现代轨道客车设计必须考虑的几个顶层指标分别是安全性设计、节能环保设计和舒适性设计。镁合金有良好的吸收能量性质，应用在列车座椅上可以在列车出现碰撞事故时使座椅吸收更多的能量，从而保护乘客的安全。比如AM60合金具有突出的吸能性，同时兼有良好的强度和韧性，已经在国外直升飞机座椅上得到应用。镁合金在列车减重节约能源方面优势明显，而同时镁合金具有优良的模压加工性能，可以压铸成为复杂的外形，从而满足座椅的人体工程学和外观美学设计。使用镁合金制作列车座椅上可以把美学、人体工程学、轻量化和成型性这几种设计很好地结合在一起。

国外轨道客车上已经有许多镁合金应用的报道。法国TGV高速列车已经在TGVDuplex双层高速列车座椅上应用了镁合金件，采用镁合金件的座椅总数量超过了45000个，应用镁合金的部件包括座椅小桌面板、座椅扶手、脚踏板、座椅侧面面板。采用镁合金的座椅重量明显减轻，和原先的铝合金座椅相比每个双人座椅由36kg减轻到30kg。镁合金件所需成本不高，减重之后节约了列车运行成本。TGV列车镁合金在座椅上的应用实现了减重、节约成本和应用功能的良好结合。韩国KTX特快列车在座椅基座上使用了镁合金板材零件，镁合金比之前采用铝合金和玻璃钢每个座椅减重5kg，并且可以节省8%～10%的成本。

日本新干线列车在轻量化减重技术方面一直处于领先地位。目前日本新干线N700系列高速列车座椅骨架已经采用镁合金，包括座椅扶手、中央支撑架、底垫、底座、扶手座、背靠等。使用效果良好，实现了整车减重目的，提升了动车组的动力性能并减少了能耗。

轻量化材料中的优势使镁合金在我国轨道客车应用潜力巨大，我国某些研究机构和主机厂也对镁合金在列车上的应用做了许多研究和试验。比如使用AZ91D镁合金替代动车组PA塑料制作小桌支臂减轻列车重量。动车组原始PA塑料小桌支臂强度较低，现车使用中有断裂损坏的风险，使用镁合金制作小桌支臂，不仅强度完全满足使用需求，并且可以明显提升承载能力、断裂伸长率和冲击韧性等性能。首先，经过测试镁合金小桌支臂的抗拉强度和弹性模量完全优于PA塑料小桌支臂，对两种材料的小桌支臂做20kg载荷变形量试验，结果显示镁合金支臂变形量明显小于PA塑料支臂。PA塑料支臂为实心结构，而镁合金支臂结构设计得更薄更合理，所以每个AZ91D镁合金支臂可以比原来实心PA塑料支臂减轻约35%的重量。疲劳强度试验结果显示镁合金小桌支臂完全符合疲劳耐久设计。尽管重量有所减轻，但由于材料性能出众，使用镁合金材料的小桌支臂最大承载能力比以前有明显的提升。综合评价得出，镁合金小桌支臂可以完全满足国内动车组使用需求，使用AZ91D镁合金替代PA塑料制作小桌支臂可以满足动车组的轻量化设计。

现阶段轨道客车镁合金应用的主要研究目标是在大部分非承载零部件上使用镁合金材料替代铝合金，在使用成熟后再发展到承载零部件的应用。根据镁合金的性能和特点，目前镁合金可以在列车以下结构上进行使用：

列车内装型材、车窗内框架、小桌板及支臂；

行李架边框、座椅骨架、卧铺框架、内部仪表盘框架；

车下裙板、车内间壁面板、车下设备舱底板。

国内有研究机构已经试制出了镁合金卧铺框架样品和镁合金间壁面板样品，有相关厂家批量生产了在行李架、座椅骨架、小桌板支臂等部位应用的镁合金零件，另有厂家正在试制蜂窝模块并设计过度车钩等。

有研究数据表明，运用镁相关材料来制造有轨列车车体及内装部件，将大大降低其重量。以京沪高铁的客运专线为例，如果将其车身用镁合金来制造整个车身，整体将减重约13 % 以上，节能平均幅度则是8%。以京沪高铁目前全线运营每天1000多班次的动车组来计算，全部应用镁合金车体，一天仅直达列车即可节约用电126万度、折合减少二氧化碳排放1146吨。由此可见，运用镁合金及复合材料对列车进行减重以后，对于节能减排意义重大。

随着镁合金开发和应用研究的发展，镁合金的性能会得到不断提升，未来趋势是进一步拓展应用领域，从高速列车上的非承载零部件逐渐发展应用到承载零部件，使镁合金成为高速列车轻量化关键材料。

第三篇：传感器在高铁中的应用

1、转向架

转向架是支承车体并沿着轨道走行的装置。转向架是车辆最重要的组成部件之一，它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。

CHR1动车组转向架上安装有用于多个系统用的速度传感器。

速度传感器

(1)光电式车速传感器--由带孔的转盘两个光导体纤维，一个发光二极管，一个作为光传感器的光电三极管组成。发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。

(2)磁电式车速传感器--模拟交流信号发生器，产生交变电流信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。输出信号的振幅与磁组轮的转速成正比(车速)，信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。

(3)霍尔式车速传感器--它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场。

红外轴温探测传感器

列车在运行中，车轴与轴承相互摩擦产生热能。当车轴与轴承间出现故障时，摩擦力增大，产生的热能就随之增加,轴箱的温度也随之升高。因此,测定轴箱的温度变化，可以确定轴箱的工作状态是否正常。铁路行车早期，采用手摸轴箱的办法来判断温度的变化情况，并以手的感觉来确定车辆与轴承间的工作状态。采用这种方法，检测人员劳动强度大，效率低，而且人的手感有差异，没有标准。

红外线轴温探测设备由探头、轴温信息处理装置、传输线路、信号报警装置等部分组成。探头由光敏器件和光电转换器件组成。

轨道清障器

CHR1动车组两个端部转向架上各装有一个轨道清障器，用来防止轨道有异物导致出现脱轨现象。

2、弓网系统

电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机受车或动车车顶上。受电弓与接触电网直接接触，为电力机车提供电力。（包括高压牵引电机电力以及车厢照明等低压电力）受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，菱形受电弓，也称钻石受电弓，以前非常普遍，后由于维护成本较高以及容易在故障时拉断接触网而逐渐被淘汰，近年来多采用单臂弓（图）。

弓网电弧是指由于接触导线的不平顺、接触网的振动、受电弓弓头的振动、轨道的不平顺等多种因素的影响，受电弓与接触导线在相对高速滑动中分离而产生的气体放电现象。弓网电弧的危害有：侵蚀和磨损接触导线和受电弓滑板；产生过电压；产生高频噪声；使电力机车的供电质量下降等 针对以上问题，人们提出许多应对方案，如最初的人工观察记录的方法，到后来的检测车，再到现在的视频监测等。而随着光开关，即光电传感器技术的快速发展，这一技术也被用到了弓网离线电弧的检测方面。由于受电弓离线时，受电弓上的电流为零，所以可通过检测此时受电弓的电流状态来测定离线。而这一检测可通过光电传感器来完成。

激光位移传感器对接触线（车顶）位置和高度的准确测量对接触网的监控和安装非常重要。恰当的无接触的接触线测量系统已经为韩国高速铁路公司（KHRC）和英国OLE联盟所采用。激光三角扫描仪在运行中在线测量接触线的高度和侧面位置，另外5个激光传感器安装于车箱上，用于测量车箱的倾斜度、侧面位移和轨道间距，所有的这些数据都可以图形显示，这套测量系统几乎可在任何环境下操作（下雨、高温或结霜天气）。

3、制动系统

闸瓦制动，又称踏面制动，是自有铁路以来使用最广泛的一种制动方式。它用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块（闸瓦）紧压滚动着的车轮踏面，通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦将列车的动能转变为热能，消散于大气，并产生制动力。其他制动方式除闸瓦制动外，铁路机车车辆还有一些其他制动方式。

（一）盘形制动盘形制动（摩擦式圆盘制动）是在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘，一般为铸铁圆盘，用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能，消散于大气。与闸瓦制动相比，盘形制动有下列主要优点：（1）可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。（2）可按制动要求选择最佳“摩擦副”（采用闸瓦制动时，作为“摩擦副”一方的车轮的构造和材质不能根据制动的要求来选择），盘形制动的制动盘可以设计成带散热筋的，旋转时它具有半强迫通风的作用，以改善散热性能，为采用摩擦性能较好的合成材料闸片创造了有利的条件，适宜于高速列车。（3）制动平稳，几乎没有噪声。但是，盘形制动也有它不足之处：（1）车轮踏面没有闸瓦的磨刮，轮轨粘着将恶化，所以，还要考虑加装踏面清扫器（或称清扫闸瓦），或采用以盘形为主、盘形加闸瓦的混合制动方式，否则，即使有防滑器，制动距离也比闸瓦制动要长。（2）制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行中还要消耗牵引功率。盘形制动的制动力

（二）磁轨制动磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）是在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间，各安置一个制动用的电磁铁（或称电磁靴），制动时将它放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，并把列车动能变为热能，消散于大气。参看图4—1－5。磁轨制动的制动力式中K——每个电磁铁的电磁吸力；φ一一电磁铁与钢轨间的滑动摩擦系数。与闸瓦和盘形制动相比，磁轨制动的优点是，它的制动力不是通过轮轨粘着产生的，自然也不受该粘着的限制。高速列车加上它，就可以在粘着力以外再获得一份制动力，使制动距离不致于太长。磁轨制动的不足之处是，它是靠滑动摩擦来产生制动力的，电磁铁要磨耗，钢轨的磨耗也要增大，而且，滑动摩擦力无论如何也没有粘着力大。所以，磁轨制动只能作为紧急制动时的一种辅助的制动方式，用于粘着力不能满足紧急制动距离要求的高速列车上，在施行紧急制动时与闸瓦（或盘形）制动一起发挥作用。

（三）轨道涡流制动轨道涡流制动又称线性涡流制动或涡流式轨道电磁制动。它与上述磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。不同的是，轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力，并把列车动能变为热能消散于大气。轨道涡流制动既不通过轮轨粘着（不受其限制），也没有磨耗问题。但是，它消耗电能太多，约为磁轨制动的10倍，电磁铁发热也很厉害，所以，它也只是作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。

（四）旋转涡流制动旋转涡流制动（涡流式圆盘制动）是在牵引电动机轴上装金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力，并发热消散于大气，从而产生制动作用。与盘形制动（摩擦式圆盘制动）相比，旋转涡流制动（涡流式圆盘制动）的圆盘虽然没有装在轮对上，但同样要通过轮轨粘着才能产生制动力，也要受粘着限制。而且，与轨道涡流制动相似，旋转涡流制动消耗的电能也太多。

（五）电阻制动电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。它是在制动时将原来驱动轮对的自励的牵引电动机改变为他励发电机，由轮对带动它发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风，使电阻发生的热量消散于大气，从而产生制动作用。

（六）再生制动与电阻制动相似，再生制动也是将牵引电动机变为发电机。不同的是，它将电能反馈回电网，使本来由电能或位能变成的列车动能获得再生，而不是变成热能消散掉。显然，再生制动比电阻制动在经济上合算，但是技术上比较复杂，而且它只能用于由电网供电的电力机车和电动车组，反馈回电网的电能要马上由正在牵引运行的电力机车或电动车组接收和利用。上述各种制动方式中，除磁轨制动和轨道涡流制动外，都要通过轮轨粘着来产生制动力并受粘着限制，所以习惯上统称为“粘着制动”，并把不通过粘着者统称为“非粘（着）制动”。制动机种类按制动原动力和操纵控制方法的不同，机车车辆制动机可分类为：手制动机、空气制动机、真空制动机、电空制动机和电（磁）制动机。

• 动车组采用复合制动方式，即动车使用电制动＋空气制动、拖车使用空气制动的复合制动方式。

• M车、T车的基础制动装置都是采用进行空油变换的增压缸和油压盘式装置。4M4T的编组构成下，T车为全机械制动。• 再生制动与空气制动的切换，通过电－空协调控制，由制动控制装置判断制动力，当再生制动力不足时由空气制动补充。

4、列车控制系统

列车运行控制系统是对列车速度进行自动控制的各种装置的统称, 主要由列车自动防护系统(A TP)和列车自动运行系统(A TO)组成。列车定位系统的基本功能: 能够在任何时刻、任何地方按要求确定列车的位置, 包括列车行车安全的相关间隔、速度;对轨旁设备和车载设备等资源进行分配和故障诊断;在局部出现故障时, 能够在满足一定精度要求的前提下, 降级运行。

高速铁路已在发达国家取得了很大发展, 所采用的列车定位技术是多种多样的。如法国AS2TREE 系统采用多普勒雷达进行测速定位;北美ARES、PTC、PTS 系统采用GPS(全球定位系统)进行定位;欧洲ETCS、日本CARA T 系统采用查询/ 应答器和速度传感器进行定位;德国L ZB系统采用轨间电缆进行列车定位;美国AA TC 系统采用无线测距进行定位。

（1）轮轴速度传感器。目前采用的测速装置, 大多是光电式的。当车轮旋转一周, 产生脉冲的个 数是固定的, 通过对脉冲的计数, 得到车轮的旋转 周数, 通过已知的轮径, 即可得到运行距离, 再除 以计数时间就可得到运行速度。但是当轮径由于磨 损改变时, 会带来误差。此外在运行过程中, 车轮 出现的滑行和空转也会带来误差。目前采用铺设用 于位置校核的查询/ 应答器来修正运行距离, 可以 将误差限制在要求的范围内。

（2）全球卫星定位系统(GPS)。GPS 由位于地 球上空24 颗卫星和监视管理这群卫星的5 个地面 站组成。这些卫星用原子钟作为标准时间, 24h 连 续向地球播发精确的时间及位置信息。配有GPS 接收机的用户, 可在地球上任何地方、任何时刻收 到卫星播发的信息, 通过测量卫星信号发射和接收 的时间间隔, 计算出用户至卫星的距离, 然后根据 4 颗卫星的数据, 即可实时地确定用户所在地理位 置。GPS 定位的优点是设备简单, 成本低, 易于维 护, 但在某些受地形、建筑或树木遮蔽的地区, 由 于可捕获卫星的数目少于4 颗, 将导致定位精度显 著下降, 甚至无法应用。

（3）惯性导航系统。惯性导航系统是通过加速 度计和陀螺等惯性传感器来测量角速度和加速度的 数值, 进而通过积分获得速度和位置信息。它的优 点是自主性强, 但由于其位置需要对加速度进行2 次积分得到, 所以定位误差会随着时间的平方增 长。光纤陀螺惯性系统能够准确获取高速列车实时 运行中的状态参数, 特别是能够分辨列车过道岔的 信息, 从而可以准确判断列车是在上行线还是在下 行线行驶。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力是物体在加速过程中作用在物体上的力，可以是常量或变量。一般加速度传感器根据压电效应原理工作，加速度传感器利用其内部由于加速度造成的晶体变形产生电压，只要计算出产生的电压和所施加的加速度之间的关系，就可将加速度转化成电压输出。还有很多其他方法制作加速度传感器，如电容效应、热气泡效应、光效应，但其最基本的原理都是由于加速度使某种介质产生变形，通过测量变形量并用相关电路转化成电压输出。

（4）查询/ 应答器。查询/ 应答器是铺设在轨道 中央, 能够给列车提供位置、路况等信息的装置, 分为有源和无源2 种。它可以用作连续式列车速度 自动控制系统的列车精确定位设备, 也可以用作点 式列车速度自动控制系统的列车检测、定位辅助设

备。显然采用这种方法, 想要准确定位就必须在轨道上设置大量的应答器。

（5）多普勒雷达。多普勒雷达通过多普勒频移 效应, 直接测量列车相对于雷达波反射面的速度, 从而避免了车轮滑行、空转和由于磨损导致轮径改 变而带来的误差。但是, 反射面的表面特性会对雷

达的性能产生影响, 列车加速和制动导致的雷达波 与反射面的夹角的改变也会影响定位的精度, 此外 列车的振动也会带来误差。(6)交叉感应回线定位

在整个轨道线路沿线铺设电缆环线，电缆环线位于轨道中间，每隔一定的距离交叉一次。列车经过每个电缆交叉点时通过车载设备检测环线内信号的相位变化（相位变化原理见图6。并对相位变化的次数进行计数，从而确定列车运行的距离，达到对列车定位的目的。

（7）无线扩频定位。在地面设置测距基站和中 心控制站, 在列车二端安装无线扩频通信发射机, 发射机向地面测距基站发射定位信息, 测距基站收 到定位信息后计算出伪距, 送至中心控制站进行信 息处理, 其结果显示在电子地图上, 并以无线方式 传递到机车上。采用这种方式定位比较精确, 但价 格较高。

（8）其他定位方法。在电力牵引区段, 为了测 试并确定接触网故障点的位置, 发展了一种车载的 应用光电技术记录线路沿途电杆数的定位方法, 但这种方法在非电力牵引的环境中无法应用。

5、其他传感器的应用

内端墙拉门为电动式自动门，由天花板内置的光线开关的探测信号，来控制内端墙拉门的自动开闭。

洗脸盆的光电传感器感应到使用者伸出的手，会分别自动进行喷出乳液、出水、吹出暖风的动作。

高铁中的烟雾传感器 1.离子式烟雾传感器

该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。

2.光电式烟雾传感器

光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。光电感烟探测器可分为减光式和散射光式，分述如下：(1)减光式光电烟雾探测器 该探测器的检测室内装有发光器件及受光器件。在正常情况下，受光器件接收到发光器件发出的一定光量；而在有烟雾时，发光器件的发射光到受到烟雾的遮挡，使受光器件接收的光量减少，光电流降低，探测器发出报警信号。(2)散射光式光电烟雾探测器

该探测器的检测室内也装有发光器件和受光器件。在正常情况下，受光器件是接收不到发光器件发出的光的，因而不产生光电流。在发生火灾时，当烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了烟雾信号转变为电信号的功能，探测器收到信号然后判断是否需要发出报警信号。

4、CRH1动车组真空集便器（液面传感器、压力传感器）CRH1、CRH5动车组采用真空集便器。

CRH1集便器工作原理： ①按下厕所的冲水按钮（当有来自TCMS控制信号，厕所可用状态下），冲水灯亮。真空发生器开始工作，开始在集污管内形成真空；

②Y1电磁阀得电导通，水增压器开始工作，使冲水喷嘴对便池进行冲水，此时集污管内很很快达到-35KPa的真空度；

③Y5电磁阀得电，使滑动阀门在水阀和水增压器关闭前瞬间打开，便池内的污物被抽到集污箱内；

④滑动阀门关闭，稍后真空发生器停止工作，Y1电磁阀失电断开压缩空气后，进水电磁阀Y6开启，使水流入水增压器处，当水放满后进水阀关闭，集便系统处于待令状态。

第四篇：涂聚脲防水在高铁中的应用

摘 要：随着我国交通技术的日益更新，各项交通工具也不断完善，我国的和谐号快速列车就是鲜明的例子。和谐号是我国自主研发的高速列车，它的一系列辅助设施也由我国的科技人员研制，在高速，重载的情况下，列车的稳定性就需要更高的技术要求，随着科技人员的不断探索，终于找到了一种可以适应高铁的新材料——喷涂聚脲材料。

关键词：喷涂聚脲防水，高铁，应用

引言： 喷涂聚脲技术是国外最新研制的材料技术，近十年来，国外的科学人员相继研制出高固体份涂料，水性涂料，辐射固化涂料，粉末涂料等一系列低污染甚至无污染的喷涂技术，而喷涂聚脲材料作为最新的防水材料，具有一系列的优势，比如无溶剂，无污染，纯绿色等等。本文将通过对喷涂聚脲材料的使用特点做详细的分析，并通过讲述其在高铁中的应用从而分析它的使用方法。喷涂聚脲材料的优点

喷涂聚脲材料最大的优点就是具有良好的弹性。正因为这点，非常适合于作为地材混凝土的防护材料。众所周知，混凝土的材料非常容易断裂，在极度的温度下耐久性很差，而在严寒或者酷暑的考验下，很容易发生断裂等情况，而聚脲材料正好弥补了混凝土的这一缺点，它具有非常良好的裂缝延伸性。在很多情况下，混凝土容易受到压力而发生断裂，而保护在外面的聚脲材料却不会发生任何的断裂情况，反而会将混凝土的碎片牢牢的聚在一起，正是由于聚脲材料的柔韧性和高度的力学强度，可以防止混凝土在遇到任何的恶劣天气都不会发生断裂，起到了很好的防水和保护作用。

其次就是聚脲材料优异的物理性能，比如它的抗拉强度，防撕裂强度，延伸率，耐磨性等等，在这些特点中，高的抗拉强度可以使聚脲材料抵御了温度的骤然变化带来的热胀冷缩危害，而良好的伸长率则会使其具备较强的裂缝弥合能力，如果在一些特殊情况下，混凝土发生断裂或者开裂，聚脲材料会自动弥合裂缝，防止因为裂缝出现一些意外事故。

再者就是比较细致的特点。比如说不含催化剂，可以快速固化，不需要外界的条件就可以在曲面，鞋面以及垂直面喷涂成型，喷涂成型之后也不会产生流挂的现象，同时还可以解决前的涂料遇到的凸凹，拐角，边角等角落无法喷涂的问题；聚脲材料还具有很强的防腐蚀性能，可以抵抗酸碱盐，海水等一系列腐蚀介质的侵蚀；可以轻松的进行喷涂或者浇注，每次的施工厚度可以从几百微米到几厘米不等，提高了施工速度，大大的降低了施工时间。

最后就是聚脲材料对水气，湿气不敏感，可以承受住阴雨天气以及各种潮湿环境，在施工中也不需要顾虑到施工环境的温度，湿度等影响，着实提高了工作效率。聚脲材料在高铁中的具体应用

第一就是要对高铁桥面做基面处理。在高铁桥面进行喷涂聚脲防水技术处理之前，需要对喷涂的表面做抛丸技术处理，而抛丸技术处理后的混凝土基面也是有一定规格要求的，一般要求基面的有效创面需要大于百分之九十五，而粗糙度达到sp3等级。为了达到此项要求，一般的施工单位都会将配置一个高质量的抛丸机作为施工的一项重要条件。而对于抛丸机，施工单位普遍认为柏瑞泰克无论从操作性能方面还是从处理问题能力方面都是比较高端的。为了达到预期效果，一般需要对抛丸机器做以下的参数处理，第一就是钢丸的规格，第二就是钢丸的流量，也就是电机的负载电流，第三就是抛丸机的行进速度。在施工的过程当中，要尽量保证抛丸机能够直线行驶，从而可以使相邻的行进道上边缘恰好可以相切，如若不然，就会出现部分地段出现漏抛或者需要补抛基面的情况。同时还应特别注意的是，在抛丸机行驶的过程中，要注意对驾驶者人身安全的保护，因为在抛丸机行驶的过程当中，极易造成钢丸的飞溅，钢丸不仅具有一定的质量和硬度，同时具备很高的速度，飞溅的钢丸打到人的身上，极易造成安全事故，因此要特别注意对驾驶人员的安全措施保护。聚脲喷涂的施工过程

以往的喷涂技术一般都是由施工人员手动完成，而在喷涂的过程当中则需要一定的喷涂技巧，这就需要施工人员具备相当高的经验和技巧，难度可想而知。而目前在城际高速铁路中一般都采用喷涂车的方式进行喷涂，不仅省去了大量的人力物力，而且也提高了工作质量，降低了工作难度。在目前我国使用的自动喷涂技术中，一般需要控制喷涂车的两项工作指标，行走速度与喷枪的往复速度。在喷涂施工之前，需要对这两项指标进行调整，从而控制喷涂聚脲土层的质量以及厚度，而这两项指标也会因为喷涂车的型号不同而不同，需要人员通过大量的实际工作中得出具备参照性的数据。在掌握这两项数据的过程中，首先要确定喷枪的往返速度，然后再控制喷涂车的行走速度，如果行走速度过大，喷涂的土层表面就会出现很多不规则的搭接痕迹，反之如果行走速度过慢，则会造成厚度过大，浪费大量的材料，无意中提高了喷涂成本。

第五篇：基因工程在废水处理中的应用与展望

基因工程在废水处理中的应用状况及展望

摘要：本文对现代基因工程技术在污水生物处理系统中的应用进行了概述, 利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术。笔者就基因工程技术的原理、研究内容和在污水处理领域中的应用进行了阐述了，并对其研究方向作了展望。

关键字：基因工程，污水处理，应用

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

生物法处理生活污水如今已被广泛的应用，但揭示污水中复杂微生态系统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进化的微生物难于降解，基因工程的引进开辟了培育高降解能力的新品菌种方法，利用基因工程技术检测微生物性状、提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术。基因工程的定义

基因工程（genetic engineering）是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞或基因工程生物体的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。基因工程是利用重组技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对各种生物的核酸（基因）进行改造和重新组合，然后导入微生物或真核细胞内，使重组基因在细胞内表达，产生出人类需要的基因产物，或者改造、创造新特性的生物类型。

一个完整的、用于生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有：（1）外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。这一部分的工作是整个基因工程的基础，因此又称为基因工程的上游部分。（2）适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组。（3）外源基因的导入。（4）外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选。（5）外源基因表达产物的生理功能的核实。（6）转基因新品系的选育和建立，以及转基因新品系的效益分析。（7）生态与进化安全保障机制的建立。（8）消费安全评价。基因工程技术在废水处理中的应用

环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。尤其是在污水处理方面，生物法逐渐成为废水处理的主要方法。但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限。20世纪90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人们的重视。

2.1 基因工程技术在污水检测中的应用

2.1.1 聚合酶链反应(PCR)技术在污水检测中的应用

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)是20世纪80年代后期由K.Mullis等建立的一种体外酶促扩增特异DNA片段的技术，PCR是利用针对目的基因所设计的一对特异寡核苷酸引物，以目的基因为模板进行的DNA体外合成反应。由于反应循环可进行一定次数(通常为25~30个循环)，所以在短时间内即可扩增获得大量目的基因。这种技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等特点。PCR技术的基础是只有在微生物特定核酸存在的条件下，重复性酶促DNA合成和扩增才能够发生。PCR扩增产物可通过琼脂糖凝胶电泳来检验和纯化，也可以被用来克隆、转化和测序.在具体应用中往往采用经过修正的或与其它技术联合应用的PCR衍生技术，如RT-PCR、竞争PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等。

PCR通过对待测DNA片段的特异性扩增，一方面作为菌株定性鉴定的重要手段，同时也为定性和定量研究微生物的群落特征提供帮助。自PCR技术问世以来，通过其自身的不断完善以及同其它相关技术的联用，在污水生物处理微生物的检测和鉴定方面得到了长足的发展，为该领域的研究提供了一个高效、灵敏、简便的研究工具。应用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法对环境微生物进行研究可以不经过培养，直接从样品中提取细菌的DNA，再将编码有16SrDNA的基因进行扩增。通过这种方法能够直接了解样品中微生物分布结构，并能大致比较相同条件下单一菌群的生物量。王峰等采用PCR-DGGE技术来分析活性污泥与生物膜中微生物种群的结构，可以不经过常规培养而直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA；Marsh等利用PCR-DGGE分析并获得了活性污泥中真核微生物的种群变化情况；Nicolaisen等利用PCR-DGGE技术发现Nitrosomonas-like细菌是上流式好氧流化床颗粒污泥中的主要氨氧化菌。以上的事实均说明，PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的适于环境样品微生物研究的快速分析方法。

2.1.2 荧光原位杂交技术(FISH)技术在污水检测中的应用

荧光原位杂交技术(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性，能够在自然的微生物环境中检测和鉴定不同的微生物个体，并提供污水处理过程中微生物的数量、空间分布和原位生理学等信息。FISH技术的基本原理是通过荧光标记的探针在细胞内与特异的互补核酸序列杂交，通过激发杂交探针的荧光来检测信号从而对未知的核酸序列进行检测。

Nielsen等(2001)对工业废水处理厂活性污泥的细菌表面疏水性进行了原位检测，并应用FISH技术结合细胞表面微球体分析研究了丝状细菌的胞外聚合物。Konuma等(2001)运用FISH法来测定氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria)的数量，结果表明，FISH法对氨氮含量高的活性污泥混合液检测结果较好，但对氨氮含量低的污水厂出水和河水的检测效果不佳。表1列举了FISH技术的一些应用实例。

表1 FISH技术在废水中微生物检测的具体应用实例

Table1 The applications of FISHin the microorganism detections in wastewater 应用

检测活化污泥反应器中的Microthrix parvicella 在EBPR系统中,考察聚磷菌(PAOs)的微

生物特性和生化特性

探明废水处理湿地生物膜中影响氨氧化的主要功能菌群

揭示UASB反应器中高温和中温颗粒污泥的厌氧微生物群落的空间分布和多样性 鉴定了活性污泥中硝化细菌群落的数量和空间分布

SBR反应器内,不同电子受体条件下,反 硝化除磷菌(DNPAOs)的种群变化

文献来源（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重组技术在污水检测中的应用

DNA重组技术的实质是，将两个或多个单独的DNA片段连接起来产生一个能在特定宿主中自主复制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的获得；选择载体并进行处理；将目的DNA片段和处理后的载体连接；将连接产物导入合适的宿主细胞内，使重组DNA分子在宿主细胞内复制扩增；将转化菌落在平板培养基上培养成单个菌落，筛选获得含有重组DNA的阳性克隆。在废水的处理过程中仅靠分离和筛选的功能性微生物是不够的。在混合的微生物群体中筛选特定的微生物菌种时往往得不到预期的结果；特定的微生物可能难以培养，从而无法应用到实际的生物反应器中；人类排放到环境中的污染物越来越复杂且难以处理。因此，有必要通过基因工程技术并根据具体的需要构建有效的基因工程菌或培育出可高效降解复杂多样的有害污染物的细菌来解决以上的问题。

2.2 利用基因工程菌降解废水中的有机污染物

生物处理法是废水中有机污染物降解的主要方法，但是部分难降解有机污染物需要不同降解菌之间的协同代谢或共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式；其次,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性，对代谢活性有抑制作用；此外,将不同种属、来源的细菌的降解基因进行重组,把分属于不同菌体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

Satoshi Soda等[11]将基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接种到SBR反应器的活性污泥中,用于处理500mg/L的苯酚废水,在大大提高苯酚去除率的同时改善了污泥沉降性能。南京大学、扬子石油化工有限责任公司、香港大学、国家环保总局南京环境科学研究所联合完成了跨界融合构建基因工程菌处理石化废水的生物工程技术。在优化调控技术的基础上,该菌株对二甲苯、苯甲酸、邻苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和对苯二甲酸的降解率分别高达86%、94%、99%、97%和94%,比原工艺提高了20%～30%,总有机碳去除率达到了94%；污水经过处理后,铜、锰、锌、硒的浓度符合国家规定排放标准,生物毒性明显降低。

刘春等以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响。结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,平均去除率为95%,最大去除负荷可以达到70mg/(L·d)。生物强化的MBR对生活污水中COD的平均去除率为71%,COD平均出水浓度65mg/L。

吕萍萍等研究发现，克隆有苯降解过程中的关键基因——甲苯加双氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)对苯具有较高的降解效率和降解速度,应用于固定化细胞反应器中效果突出。在较短的水力停留时间内,可以将1500mg/L苯降解70%,降解速度为1.11mg/(L·s),延长水力停留时间,可以使去除率达到95%以上。该反应器对高浓度的苯具有突出的处理效果。同时所得到的产物为环己二烯双醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

2.3 基因工程技术在处理重金属废水中的应用

将基因工程技术应用于重金属废水的治理，就是通过转基因技术，将外援基因转入到微生物细胞中进行表达，使之表现出一些野生菌没有的优良的遗传性状。2.3.1基因工程菌强化生物化学法处理重金属废水

生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法,该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,重金属离子和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO2-4转化为S2-而使废水的pH值升高,从而形成重金属的氢氧化物而沉淀。中国科学院成都生物研究所从电镀污泥、废水及下水道铁管内分离筛选出35株菌株,从中获得高效净化Cr(VI)复合功能菌。

袁建军等利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子,发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率,且该基因工程菌能在很宽的pH范围内有效地富集汞。但高浓度的重金属废水对微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不过,可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株,微生物处理重金属废水一定具有十分良好的应用前景。2.3.2 基因工程强化生物絮凝法处理重金属废水

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂，是带电荷的生物大分子，主要有蛋白质、黏多糖、纤维素和核糖等。目前普遍接受的絮凝机理是离子键、氢键结合学说。前述硅酸盐细菌处理重金属废水可能的机理之一就是生物絮凝作用。目前对于硅酸盐细菌絮凝法的应用研究已有很多[，有些已取得显著成果[7]。运用基因工程技术，在菌体中表达金属结合蛋白分离后，再固定到某些惰性载体表面，可获得高富集容量絮凝剂。

Mehran Pazirandeh等人将含金属结合肽(Cys．Gly．Cys—Cys．GIy)的基因与麦芽糖结合蛋白的基因进行融合，并将融合蛋白在E．coli细胞膜处表达，表达该融合蛋白的基因工程菌对人工合成废水中Cdz+和H +的去除率有很大的提高，Cdz 和H +的富集能力分别达到每毫克湿细胞1．1和1．3nmol，而对照菌株(缺少金属结合肽)的富集能力低于每毫克湿细胞0．1 nmol Masaaki Terashima 等利用转基因技术使 E.coli表达麦芽糖结合蛋白（pmal）与人金属硫蛋白（MT）的融合蛋白pmal-Ml并将纯化的 pmal-MT 固定在Chitopeara 树脂上，研究其对 Ca2+和 Ga2+的吸附特性，该固定了融合蛋白的树脂具有较强的稳定性，并且其吸附能力较纯树脂提高十倍以上。展望

自2000年，国际上提出基于系统生物学原理的基因工程概念后，基因工程被应用于社会各个领域，并且手段日新月异。在环境领域当中，基因工程正迅速应用到废水检测和废水治理当中，培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本。随着分子生物学技术、环境工程检测技术的发展并结合我们已经掌握的微生物群落结构和功能方面的知识,我们逐渐了解到污水生物处理系统中微生物群体的多样性、实际生存状态、功能特点,并更有效地对其加以开发和利用。此外，基因工程菌的出现，使以往的一些难降解有机废水、制药废水、石油废水、重金属污染废水以及其他有毒有害废水等都得到了有效地治理，还会实现废水资源化。当下引入DNA 扩增和其它生物技术的环境监测方法等将是基因工程技术研究的侧重方向。

基因工程技术作为一种新兴技术以极快的速度发展。以下两方面的研究将对水资源保护有着重要意义。一是对基因工程菌的深入研究,如基因工程菌对污染物的代谢途径、控制目的基因表达的启动子基因序列、降解基因表达的调控条件的优化等方面的研究；二是对环境中微生物的习性及基因工程菌与环境中微生物和污染物之间的相互作用进行研究。目前的研究主要是利用单一的基因工程菌对污染物进行处理,随着研究的不断深入,利用多种基因工程菌相结合对污染物进行处理,将对水资源保护起到更为重要的作用。参考文献

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