⑴ 看懂黑科技,3分鍾讓你讀懂ZigBee無線通訊技術
全球通信產業技術的發展呈現三大趨勢:無線化、寬頻化和IP化。在眾多的寬頻技術中,無線化尤其是移動通信技術成為近年來通信技術市場的最大亮點,是構成未來通信技術的重要組成部分。
Zigbee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源於蜜蜂的八字舞,由於蜜蜂(bee)是靠飛翔和「嗡嗡」(zig)地抖動翅膀的「舞蹈」來與同伴傳遞花粉所在方位信息,也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網路。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、高數據速率。主要適合用於自動控制和遠程式控制制領域,可以嵌入各種設備。簡而言之,ZigBee就是一種便宜的,低功耗的近距離無線組網通訊技術。
ZigBee的技術原理
ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網路平台,十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網,每一個ZigBee網路數傳模塊類似移動網路的一個基站,在整個網路范圍內,它們之間可以進行相互通信;每個網路節點間的距離可以從標準的75米,到擴展後的幾百米,甚至幾公里;另外整個ZigBee網路還可以與現有的其它的各種網路連接。例如,你可以通過互聯網在北京監控雲南某地的一個ZigBee控制網路。
ZigBee網路主要是為自動化控制數據傳輸而建立,而移動通信網主要是為語音通信而建立;每個移動基站價值一般都在百萬元人民幣以上,而每個ZigBee"基站"卻不到1000元人民幣;每個ZigBee 網路節點不僅本身可以與監控對對象,例如感測器連接直接進行數據採集和監控,它還可以自動中轉別的網路節點傳過來的數據資料;除此之外,每一個ZigBee網路節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內,和多個不承擔網路信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。
每個ZigBee網路節點(FFD和RFD)可以可支持多到31個的感測器和受控設備,每一個感測器和受控設備終可以有8種不同的介面方式。可以採集和傳輸數字量和模擬量。
ZigBee技術的特點
ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。
自從馬可尼發明無線電以來,無線通信技術一直向著不斷提高數據速率和傳輸距離的方向發展。例如:廣域網范圍內的第三代移動通信網路(3G)目的在於提供多媒體無線服務,區域網范圍內的標准從IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的數據速率。而ZigBee技術則致力於提供一種廉價的固定、便攜或者移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線通信技術。
這種無線通信技術具有如下特點:
1、功耗低
工作模式情況下,ZigBee技術傳輸速率低,傳輸數據量很小,因此信號的收發時間很短,其次在非工作模式時,ZigBee節點處於休眠模式。設備搜索時延一般為30ms,休眠激活時延為15ms,活動設備信道接入時延為15ms。由於工作時間較短、收發信息功耗較低且採用了休眠模式,使得ZigBee節點非常省電,ZigBee節點的電池工作時間可以長達6個月到2年左右。同時,由於電池時間取決於很多因素,例如:電池種類、容量和應用場合,ZigBee技術在協議上對電池使用也作了優化。對於典型應用,鹼性電池可以使用數年,對於某些工作時間和總時間(工作時間+休眠時間)之比小於1%的情況,電池的壽命甚至可以超過10年。
2、數據傳輸可靠
ZigBee的媒體接入控制層(MAC層)採用talk-when-ready的碰撞避免機制。在這種完全確認的數據傳輸機制下,當有數據傳送需求時則立刻傳送,發送的每個數據包都必須等待接收方的確認信息,並進行確認信息回復,若沒有得到確認信息的回復就表示發生了碰撞,將再傳一次,採用這種方法可以提高系統信息傳輸的可靠性。同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避免了發送數據時的競爭和沖突。同時ZigBee針對時延敏感的應用做了優化,通信時延和休眠狀態激活的時延都非常短。
3、網路容量大
ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸的特點使它非常適宜支持簡單器件。ZigBee定義了兩種器件:全功能器件(FFD)和簡化功能器件(RFD)。對全功能器件,要求它支持所有的49個基本參數。而對簡化功能器件,在最小配置時只要求它支持38個基本參數。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話,可以按3種方式工作,分別為:個域網協調器、協調器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話,僅用於非常簡單的應用。一個ZigBee的網路最多包括有255個ZigBee網路節點,其中一個是主控(Master)設備,其餘則是從屬(Slave)設備。若是通過網路協調器(Network Coordinator),整個網路最多可以支持超過64000個ZigBee網路節點,再加上各個Network Coordinator可互相連接,整個ZigBee網路節點的數目將十分可觀。
4、兼容性
ZigBee技術與現有的控制網路標准無縫集成。通過網路協調器(Coordinator)自動建立網路,採用載波偵聽/沖突檢測(CSMA-CA)方式進行信道接入。為了可靠傳遞,還提供全握手協議。
5、安全性
Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,在數據傳輸中提供了三級安全性。第一級實際是無安全方式,對於某種應用,如果安全並不重要或者上層已經提供足夠的安全保護,器件就可以選擇這種方式來轉移數據。對於第二級安全級別,器件可以使用接入控制清單(ACL)來防止非法器件獲取數據,在這一級不採取加密措施。第三級安全級別在數據轉移中採用屬於高級加密標准(AES)的對稱密碼。AES可以用來保護數據凈荷和防止攻擊者冒充合法器件,各個應用可以靈活確定其安全屬性。
6、實現成本低
模塊的初始成本估計在6美元左右,很快就能降到1.5-2.5美元,且Zigbee協議免專利費用。目前低速低功率的UWB晶元組的價格至少為20美元。而ZigBee的價格目標僅為幾美分。低成本對於ZigBee也是一個關鍵的因素。
7、時延短
通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用於對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。
ZigBee與WiFi的區別
相同點:
1、二者都是短距離的無線通信技術;
2、都是使用2.4GHz頻段
3、都是採用DSSS技術;
不同點:
1、傳輸速度不同。 ZigBee的傳輸速度不高(<250Kbps),但是功耗很低,使用電池供電一般能用3個月以上; WiFi,就是常說的無線區域網,速率大(11Mbps),功耗也大,一般外接電源;
2、應用場合不同。 ZigBee用於低速率、低功耗場合,比如無線感測器網路,適用於工業控制、環境監測、智能家居控制等領域。 WiFi,一般是用於覆蓋一定范圍(如1棟樓)的無線網路技術(覆蓋范圍100米左右)。表現形式就是我們常用的無線路由器。在一棟樓內布設1個無線路由器,樓內的筆記本電腦(帶無線網卡),基本都可以無線上網了。
3、市場現狀不同。ZigBee作為一種新興技術,自04年發布第一個版本的標准以來,正處在高速發展和推廣當中;目前因為成本、可靠性方面的原因,還沒有大規模推廣; WiFi,技術成熟很多,應用也很多了。 總體上說,二者的區別較大,市場定位不同,相互之間的競爭不是很大。只不過二者在技術上有共同點,二者的相互干擾還是比較大的,尤其是WiFi對於ZigBee的干擾。
二者硬體內存需求對比:ZigBee:32~64KB+;WiFi:1MB+;ZigBee硬體需求低。
二者電池供電上電可持續時間對比:ZigBee:100~1000天;WiFi:1~5天;ZigBee功耗低。 傳輸距離對比(一般用法,無大功率天線發射裝置):ZigBee:1~1000M;WiFi:1~100M;ZigBee傳輸距離長。 ZigBee劣勢: 網路帶寬對比:ZigBee:20~250KB/s;WiFi:11000KB/s;ZigBee帶寬低,傳輸慢。
ZigBee的技術應用
作為一種低速率的短距離無線通信技術,ZigBee有其自身的特點,因此有為它量身定做的應用,盡管在某些應用方面可能和其他技術重疊。ZigBee可能的一些應用,包括智能家庭、工業控制、自動抄表、醫療監護、感測器網路應用和電信應用。
1、智能家居
家裡可能都有很多電器和電子設備,如電燈、電視機、冰箱、洗衣機、電腦、空調等等,可能還有煙霧感應、報警器和攝像頭等設備,以前我們最多可能就做到點對點的控制,但如果使用了ZigBee技術,可以把這些電子電器設備都聯系起來,組成一個網路,甚至可以通過網關連接到Internet,這樣用戶就可以方便的在任何地方監控自己家裡的情況,並且省卻了在家裡布線的煩惱。
2、工業控制
工廠環境當中有大量的感測器和控制器,可以利用ZigBee技術把它們連接成一個網路進行監控,加強作業管理,降低成本。
3、感測器網路應用
感測器網路也是最近的一個研究熱點,像貨物跟蹤、建築物監測、環境保護等方面都有很好的應用前景。感測器網路要求節點低成本、低功耗,並且能夠自動組網、易於維護、可靠性高。ZigBee在組網和低功耗方面的優勢使得它成為感測器網路應用的一個很好的技術選擇。
目前Zigbee技術還存在的問題
盡管 Zigbee技術在2004年,就被列為當今世界發展最快,最具市場前景的十大新技術之一;關於Zigbee技術的優點,大家也進行了許多討論,到目前為止,國內外許多廠商也都開發生產了各種各樣的 Zigbee產品,並在應用推廣上做了大量的工作,然而,實事求是的講,真正完全使用Zigbee技術來解決具體實際問題,有意義的案例則非常有限。
Zigbee似乎成了一種時髦,但眼下還不能做到真正實用的新技術。就其原因,除了作為一種新技術,它本身需要有一個技術改進和成熟,以及市場培育的過程外,我們在長期應用Zigbee技術來解決實際問題的實踐中,還發現如下幾個十分重要,而在短期內我們認為十分難以解決的問題:
1、Zigbee的核心技術之一,是動態組網和動態路由,即Zigbee網路考慮了網路中的節點增減變化,網路中的每個節點相隔一定時間,需要通過無線信號交流的方式重新組網,並在每一次將信息從一個節點發送到另一個節點時,需要掃描各種可能的路徑,從最短的路經嘗試起,這就涉及到無線網路的管理問題。而這些,都需要佔用大量的帶寬資源,並增加數據傳輸的時延。特別是隨著網路節點數目的增加和中轉次數增多。因而,盡管Zigbee的射頻傳輸速率是250kbps, 但經過多次中轉後的實際可用速率將大大降低,同時數據傳輸時延也將大大增加,無線網路管理也就變得越麻煩。這也就是目前Zigbee網路在數據傳輸時的主要問題。
2、Zigbee這個字,從英語的角度來分析,它是由「Zig」和「bee」兩個字組成。前者「Zig」中文的意思是「之「字形的路徑,後面一個英文單詞「bee」就是蜜蜂的意思,我們的理解,Zigbee網路技術,就是模仿蜜蜂信息傳遞的方式,通過網路節點之間信息的相互互傳,來將一個信息從一個節點傳輸到遠處的另外一個節點。如果按一般標准Zigbee節點,在開闊空間每次數據中轉平均增加50米直線傳輸距離計算,傳輸500米直線距離需要中轉十次;在室內,由於Zigbee所使用的2.4 G的傳輸頻率,一般是通過信號反射來進行傳輸的,由於建築物的遮擋,要傳輸一定的距離,往往需要使用較多的網路節點來進行數據中轉,如上述第一條中的分析,這對一個Zigbee網路來講,並不是一件簡單的事情。當然,我們也可使用放大器來增加Zigbee網路節點的傳輸距離,然而,這必然要大大增加網路節點的功耗和成本,失去了Zigbee低成本低功耗的本來目的。而且,在室內使用這種方法來增加傳輸距離,效果也有限。顯然,一種通過中心點在室外,終端模塊在室外的星狀網網路通信結構個更加合理。
3、Zigbee的核心技術之一,是每一個網路節點,除了自身作為信息採集點和執行來自中心的命令外,它還承擔著隨時來自網路的數據中轉任務,這樣,網路節點的收發機必須隨時處於收發接收狀態,這就是說它的最低功耗至少在20mA左右,一般使用放大器的遠距離網路節點,其耗電量一般在150mA左右。這顯然很難使用電池驅動來保證網路節點的正常工作;
4、由於Zigbee中的每一個節點,都參與自動組網和動態路由的工作,因而每個網路節點的單片機也就相對復雜一些,成本自然也就高一些。另外,在Zigbee網路的基礎上進行一些針對具體應用的開發工作的量也就大一些。
綜上所述 ,我們認為,Zigbee網路,實際上在許多情況下,是犧牲了網路傳輸效率,帶寬以及節點模塊的功耗,來換取在許多實際應用中,並不重要的動態組網和動態路由的功能,因為,在一般情況下,我們的網路節點和數據傳輸途徑往往都是固定不變的。因此,當前Zigbee技術尚未解決的節點耗電問題,網路數據傳輸的效率較低時延較長的問題,以及數據傳輸距離有限的問題,是當前Zigbee 技術難於得到很好推廣的根本原因。
⑵ 納米技術在生活中的應用都有哪些寫作文
納米技術在治理有害氣體方面、污水處理方面.汽車等領域都有著很重要的應用
1、治理有害氣體
工業生產中使用的汽油、柴油以及作為汽車燃料的汽油、柴油等,由於含有硫的化合物在燃燒時會產生二氧化硫氣體,這是二氧化硫最大的污染源,所以石油提煉中有一道脫硫工藝以降低其硫的含量。
納米鈦酸鑽(CoTiO,)是一種非常好的室友脫硫催化劑,經它催化的石油中硫的含量小於0.01% ,達到國際標准。
2、污水處理方面
污水中通常含有有毒有害物質、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等。污水治理就是將這些物質從水中去除。新的一種納米技術可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等安全提煉出來,變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力。
它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍。
3、汽車領域的應用
汽車製造中應用的塑料數量將越來越多。納米塑料可以改變傳統塑料的特性,呈現出優異的物理性能:強度高,耐熱性強,比重更小。由於納米粒子尺寸小於可見光 的波長,納米塑料可以顯示出良好的透明度和較高的光澤度,這樣的納米塑料在汽車上將有廣泛的用途。
經過納米技術處理的部分材料耐磨性更是黃銅的27倍、鋼 鐵的7倍。除此之外,納米塑料除了可回收外,還有長期耐紫外線、色澤穩定、質量較輕等優點,在汽車配件中的應用領域相當廣泛。
在汽車外裝件中,主要用於保險杠、散熱 器、底盤、車身外板、車輪護罩、活動車頂及其它保護膠條、擋風膠條等。在內飾件中,主要用於儀錶板和內飾板、安全氣囊材料等。相關業內專家預測,在未來的 20年內,納米塑料將大量取代現有的車用塑料製品,有相當大的市場潛力。
(2)感測器網路有哪些用途1000字擴展閱讀:
多年來,中國納米材料和納米結構研究取得了引人注目的成就。目前,我國在納米材料學領域取得的成就高過世界上任何一個國家,充分證明了我國在納米技術領域佔有舉足輕重的地位。納米效應就是指納米材料具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性,
如原本導電的銅到某一納米級界限就不導電,原來絕緣的二氧化硅、晶體等,在某一納米級界限時開始導電。這是由於納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所佔比例大等特點,以及其特有的三大效應:表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。
對於固體粉末或纖維,當其有一維尺寸小於100nm,即達到納米尺寸,即可稱為所謂納米材料,對於理想球狀顆粒,當比表面積大於60㎡/g時,其直徑將小於100nm,達到納米尺寸。
生活中的納米科技
聽見納米這個詞,你一定會覺得納米是一個專業名詞,對我們的生活遠的遙不可及。其實,納米就在我們的身邊,就在我們的生活中。
你也許會問,納米究竟是什麼東西?納米(nm)實際上是一種計量單位,從宏觀的角度上看1米等於100萬微米,而1微米等於1000納米.。1納米僅等於十億分之一米,人的一根頭發絲的直徑相當於6萬個納米。納米雖小,卻威力無比,它可以對材料性質產生影響,並發生變化。
有一次,小星和明明在食堂吃飯,是熱乎乎的排骨湯、熱乎乎的番茄炒蛋、熱乎乎的米飯。他們兩個都是「四眼」。
菜的熱氣把明明的眼鏡弄上了一層「霧」明明看都看不見了,只好把眼鏡摘掉吃飯。
可小星的眼鏡卻一點霧氣都沒有。明明奇怪了,問小星:「為什麼你的眼鏡碰到菜的熱氣沒有『霧』?」「哈哈。」小星笑了幾聲。「我的眼鏡可是高級的呢!」「咦?」明明奇怪了。「怎麼高級?」「我的眼鏡可是塗了納米塗料的呢!所以才不會有『霧』」「哦,原來是這樣。」明明恍然大悟。
明明來到小星的家,小星給明明用陶瓷杯倒了一杯水。小星叫明明坐下。明明剛坐下,一不小心把茶杯弄倒了,茶杯掉在地上,茶水翻了,可茶杯毫發無損。,明明又奇怪了,「怎麼會這樣?」明明問,「你是不是會變魔術呀!」「呵呵,不是。這也是運用了納米科技,使陶瓷具有超塑性,大大增強了陶瓷的韌性,不怕摔,不怕碎,陶瓷堅固無比。」「哇!明明,你好厲害,運用了那麼多納米技術在生活中,看來,納米技術在生活中無處不在呀!」
小星說:「像『納米家用電器』、『納米防輻射衣服』、『納米防紫外線化妝品』、『納米太陽傘』都是的呀!」
同學們,納米科技已經融入到我們的生活中了,不是嗎
納米技術
中國科學院副院長、納米技術研究中心學術委員會主任 *** 院士說:「電子技術的發展在20世紀改變了人類的生活方式,現代信息技術對人們的生活影響巨大,而納米技術將在21世紀極大地影響人類的生活,而且其影響力將大大高於計算機技術對我們的影響,這將會是一種讓人意想不到的效果。」
納米技術看似神秘,其實,它已經離我們很近了。
在日常生活方面,不久的未來,有了防水防油的納米材料做成的衣服,人們就不用洗衣服了,而且這種衣服穿著很舒服,不是像雨衣那樣;用這種材料做成的紅旗,即使下雨在室外也依然會高高飄揚。往各種塑料、金屬、漆器甚至磨光的大理石、大樓的玻璃牆、電視機的熒光屏上塗上納米塗料,都會具有防污、防塵的效果,而且耐刮、耐磨、防火,戴上塗有納米塗料的眼鏡,在寒冷的冬季,人們從室外進入室內,就能避免眼鏡上蒙上一層水氣。用納米材料製成的茶杯等餐飲具將不易摔碎,若將抗菌物質進行納米處理,在生產過程中加進去就能製成抗菌的日常用品,如現在市場上已出現的抗菌內衣和抗菌茶杯等,把納米技術應用到化妝品中,護膚、美容的效果就會更佳,如何製成抗掉色的口紅,可開發出防灼的高級化妝品等。
在醫療方面,納米級粒子將使葯物在人體內傳輸更加方便,用數層納米粒子包裹的智能葯物進入人體後可主動搜索並攻擊癌細胞或修補損傷組織;在人工器官外面塗上納米粒子可預防移植後的排異反應;使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液,就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病;有了通過血管進入人體的納米級醫療機器人,將大大減輕病人手術的痛苦。
在電子信息領域,納米技術將更會大顯身手。納米技術會將超大規模集成電路的容量、速度提高1000倍而體積縮小1000倍,可以預見,計算機在普遍採用納米材料後,計算機處理信息的速度將更快、效率將更高,而且將成為真正的「掌上電腦」;二三十年後,納米讓圖書館只有糖塊大小;納米技術將發展出個人隨身辦公室系統,我們就不必每天上下班了。
納米技術在能源、交通、環保等方面也將大有作為。用納米材料做成的電池,體積很小卻可容納極大的能量,屆時汽車就可像目前的玩具汽車一樣,以電池動力在大街上賓士了。用納米材料做成的輪胎,將更耐磨、防滑,可減少交通事故,用納米材料製造出的小型飛機,將使飛機像汽車一樣進入家庭,交通阻塞可能成為往事。在環境科學領域將出現功能奇特的納米膜,這種納米膜能夠探測到由化學和生物制劑造成的污染,並能經過濾而消除污染。
納米技術將改變人們的衣、食、住、行、醫療、生產、娛樂等各個方面,電腦、網路、基因工程等當前的高科技領域也將因此面臨變革,納米科技帶來的是人類社會的第五次產業革命。納米時代的到來將使我們的生活和工作更加隨心所欲。
什麼是納米技術?
. 納米,是一種長度單位,符號為nm。1納米=10-9米(十億分之一米),約為10個原子的長度。假設一根頭發的直徑為0.05毫米,把它徑向平均剖成5萬根,每根的厚度即約為1納米。
. 1、納米技術的含義
. 所謂納米技術,是指在0.1~100納米的尺度里,研究電子、原子和分子內的運動規律和特性的一項嶄新技術。科學家們在研究物質構成的過程中,發現在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數原子或分子,顯著地表現出許多新的特性,而利用這些特性製造具有特定功能設備的技術,就稱為納米技術。
. 納米技術與微電子技術的主要區別是:納米技術研究的是以控制單個原子、分子來實現設備特定的功能,是利用電子的波動性來工作的;而微電子技術則主要通過控制電子群體來實現其功能,是利用電子的粒子性來工作的。人們研究和開發納米技術的目的,就是要實現對整個微觀世界的有效控制。
. 納米技術是一門交叉性很強的綜合學科,研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。1993年,國際納米科技指導委員會將納米技術劃分為納米電子學、納米物理學、納米化學、納米生物學、納米加工學和納米計量學等6個分支學科。其中,納米物理學和納米化學是納米技術的理論基礎,而納米電子學是納米技術最重要的內容。
3.1 納米技術在陶瓷領域方面的應用 陶瓷材料作為材料的三大支柱之一,在日常生活及工業生產中起著舉足輕重的作用。
但是,由於傳統陶瓷材料質地較脆,韌性、強度較差,因而使其應用受到了較大的限制。隨著納米技術的廣泛應用,納米陶瓷隨之產生,希望以此來克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。
英國材料學家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑。 所謂納米陶瓷,是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料,也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。
要制備納米陶瓷,這就需要解決:粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制,團聚體的控制和分散。塊體形態、缺陷、粗糙度以及成分的控制。
Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小為幾個納米的晶粒組成,則能夠在低溫下變為延性的,能夠發生100%的范性形變。並且發現,納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優良的韌性,在180℃經受彎曲而不產生裂紋。
許多專家認為,如能解決單相納米陶瓷的燒結過程中抑制晶粒長大的技術問題,從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷,則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統陶瓷無與倫比的優點。上海硅酸鹽研究所在納米陶瓷的制備方面起步較早,他們研究發現,納米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在經室溫循環拉伸試驗後,在納米3Y-TZP樣品的斷口區域發生了局部超塑性形變,形變數高達380%,並從斷口側面觀察到了大量通常出現在金屬斷口的滑移線。
Tatsuki等人對製得的Al2O3-SiC 納米復相陶瓷進行拉伸蠕變實驗,結果發現伴隨晶界的滑移,Al2O3晶界處的納米SiC粒子發生旋轉並嵌入Al2O3晶粒之中,從而增強了晶界滑動的阻力,也即提高了Al2O3-SiC納米復相陶瓷的蠕變能力。 雖然納米陶瓷還有許多關鍵技術需要解決,但其優良的室溫和高溫力學性能、抗彎強度、斷裂韌性,使其在切削刀具、軸承、汽車發動機部件等諸多方面都有廣泛的應用,並在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用,具有廣闊的應用前景。
3. 2 納米技術在微電子學上的應用 納米電子學是納米技術的重要組成部分,其主要思想是基於納米粒子的量子效應來設計並制備納米量子器件,它包括納米有序(無序)陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結構組裝體系。納米電子學的最終目標是將集成電路進一步減小,研製出由單原子或單分子構成的在室溫能使用的各種器件。
目前,利用納米電子學已經研製成功各種納米器件。單電子晶體管,紅、綠、藍三基色可調諧的納米發光二極體以及利用納米絲、巨磁阻效應製成的超微磁場探測器已經問世。
並且,具有奇特性能的碳納米管的研製成功,為納米電子學的發展起到了關鍵的作用。 碳納米管是由石墨碳原子層捲曲而成,徑向尺層控制在100nm以下。
電子在碳納米管的運動在徑向上受到限制,表現出典型的量子限制效應,而在軸向上則不受任何限制。以碳納米管為模子來制備一維半導體量子材料,並不是憑空設想,清華大學的范守善教授利用碳納米管,將氣相反應限制在納米管內進行,從而生長出半導體納米線。
他們將Si-SiO2混合粉體置於石英管中的坩堝底部,加熱並通入N2。SiO2氣體與N2在碳納米管中反應生長出Si3N4納米線,其徑向尺寸為4~40nm。
另外,在1997年,他們還制備出了GaN納米線。1998年該科研組與美國斯坦福大學合作,在國際上首次實現硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長,它將大大推進碳納米管在場發射平面顯示方面的應用。
其獨特的電學性能使碳納米管可用於大規模集成電路,超導線材等領域。 早在1989年,IBM公司的科學家就已經利用隧道掃描顯微鏡上的探針,成功地移動了氙原子,並利用它拼成了IBM三個字母。
日本的Hitachi公司成功研製出單個電子晶體管,它通過控制單個電子運動狀態完成特定功能,即一個電子就是一個具有多功能的器件。另外,日本的NEC研究所已經擁有製作100nm以下的精細量子線結構技術,並在GaAs襯底上,成功製作了具有開關功能的量子點陣列。
目前,美國已研製成功尺寸只有4nm具有開關特性的納米器件,由激光碟機動,並且開、關速度很快。 美國威斯康星大學已製造出可容納單個電子的量子點。
在一個針尖上可容納這樣的量子點幾十億個。利用量子點可製成體積小、耗能少的單電子器件,在微電子和光電子領域將獲得廣泛應用。
此外,若能將幾十億個量子點連結起來,每個量子點的功能相當於大腦中的神經細胞,再結合MEMS(微電子機械繫統)方法,它將為研製智能型微型電腦帶來希望。 納米電子學立足於最新的物理理論和最先進的工藝手段,按照全新的理念來構造電子系統,並開發物質潛在的儲存和處理信息的能力,實現信息採集和處理能力的革命性突破,納米電子學將成為對世紀信息時代的核心。
3. 3 納米技術在生物工程上的應用 眾所周知,分子是保持物質化學性質不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材料,每一個生物大分子本身就是一個微型處理器,分子在運動過程中以可預測方式進行狀態變化,其原理類似於計算機的。
幾年來,我們看到了我們偉大的祖國的科技事業的迅猛發展,這讓我為我是個中國人而感到無比的自豪。記得很久以前,手機的用途幾乎只有一個,那就是打電話,可是前幾年,手機有了很大的改變,不僅外觀漂亮多了,而且用途也多了,可以用手機拍照、開會、上網、發簡訊息等等一系列的事情,這讓我們的生活更為方便,也讓我更加領會到了科技的力量,不過,我只是個初出茅廬的學生,對「科技」二字的內容還知之有限,我無法用一些很深奧的理論來闡述科技的玄奇,也無法對各位走上工作崗位的長輩們承諾我所能實現的科技藍圖。但我願意用一個學生的角度來暢想科技與未來。
從基因工程「讓人活到一千歲」的夢想,到納米技術「包你穿衣不用洗」的諾言;從人工智慧「送你一隻可愛機器狗」的溫馨,到轉基因技術「讓老鼠長出人耳朵」的奇觀。不斷有新的科技在誕生,每一個新科技的發現都會讓人們欣喜若狂,因為,這些新科技正在逐步地改善我們的生活,讓我們更加了解自己。就近期而言,中國首先完成了非典病毒全基因組測序,非典現在是全球公認的危害性最大的疾病,可是為什麼別的國家不能首先完成,而我們國家就偏偏完成了呢?很簡單,這說明了我們國家不比別人落後,不比別人差,回頭看看我們祖國的過去,從曾經一個剛剛起步的改革開放的國家到現在的擁有領先的科技水平的大國,我們的祖國經歷了多少的風風雨雨,多少的困難與坎坷,但是我們的祖國還是挺過來了,因為我們的祖國堅信——科技不僅改變命運,還可改變未來。
對於我們這一代人,對社會的普遍感覺是競爭意識強了,學習勁頭足了。科普知識是我們關注的焦點,愛因斯坦、霍金、比爾·蓋茨是我們心目中的明星,計算機科學、現代物理和化學動態更是無時不牽動著我們。我們已經明白科技的重要性,也知道了科技的普遍性。
雖然科技創造新生活的前景引人遐思,令人神往。但是歸根結底是要靠我們共同的努力實現的。作為祖國未來建設的中堅,我們這一代年輕人肩上的擔子的確不輕,新的機遇總是伴著風險與挑戰,但是,我們不會輕易地說放棄,我們用我們的青春向前輩們發誓:決不辜負前輩們對我們的希望。
回望文明的歷程,是科技之光掃盪了人類歷史上蒙昧的黑暗,是科學之火點燃了人類心靈中的熊熊的希望;科技支撐了文明,科技創造著未來,而未來在我們手中。讓我們成為知識的探索者,讓我們在未知的道路上漫遊,讓我用我們的創造力將我們居住的世界變得更美好。
在現實生活中,納米技術有著廣泛的用途。
1、超微感測器 感測器是納米微粒最有前途的應用領域之一。納米微粒的特點如大比表面積、高活性特異物性、極微小性等與感測器所要求的多功能、微型化、高速化相互對應。
另外,作為感測器材料,還要求功能廣、靈敏度高、響應速度快、檢測范圍寬、選擇性好、耐負荷性高、穩定可靠,納米微粒能較好地符合上述要求。 2、催化劑 在化學工業中,將納米微粒用做催化劑,是納米材料大顯身手的又一方面。
如超細硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸葯有效催化劑;超細的鉑粉、碳化鎢粉是高效的氫化催化劑;超細銀粉可以作為乙烯氧化的催化劑;超細的鎳粉、銀粉的輕燒結體作為化學電池、燃料電池和光化學電池中的電極可以增大與液相或氣體之間的接觸面積,增加電池效率,有利於小型化。 超細微粒的輕燒結體可以生成微孔過濾器,作為吸附氫氣的儲藏材料。
還可作為陶瓷的著色劑,用於工藝美術中。 3、醫學、生物工程 尺寸小於10納米的超細微粒可以在血管中自由移動,在目前的微型機器人世界裡,最小的可以注入人的血管,它一步行走的距離僅為5納米,機器人進行全身健康檢查和治療,包括疏通腦血管中的血栓,清除心臟動脈脂肪沉積物等,還可以吞噬病毒,殺死癌細胞。
這些神話般的成果,可以使人類在肉眼看不見的微觀世界裡享用那取之不盡的財富。 4、電子工業 量子元件主要是通過控制電子波動的相位來進行工作,因此它能夠實現更高的響應速度和更低的電力消耗。
另外,量子元件還可以使元件的體積大大縮小,使電路大為簡化,因此,量子元件的興起將導致一場電子技術的革命。 目前,風靡全球的網際網路,如果把利用納米技術製造的微型機電系統設置在網路中,它們就會互相傳遞信息,並執行處理任務。
不久的將來,它將操縱飛機、開展健康監測,並為地震、飛機零件故障和橋梁裂縫等發出警報。那時,網際網路亦相形見絀。
納米是長度單位,原稱毫微米,就是10的-9次方米(10億分之一米)。
納米科學與技術,有時簡稱為納米技術,是研究結構尺寸在1至100納米范圍內材料的性質和應用。從具體的物質說來,人們往往用細如發絲來形容纖細的東西,其實人的頭發一般直徑為20-50微米,並不細。
單個細菌用肉眼看不出來,用顯微鏡測出直徑為5微米,也不算細。極而言之,1納米大體上相當於4個原子的直徑。
納米技術包含下列四個主要方面: ⒈納米材料:當物質到納米尺度以後,大約是在1—100納米這個范圍空間,物質的性能就會發生突變,出現特殊性能。這種既具不同於原來組成的原子、分子,也不同於宏觀的物質的特殊性能構成的材料,即為納米材料。
如果僅僅是尺度達到納米,而沒有特殊性能的材料,也不能叫納米材料。過去,人們只注意原子、分子或者宇宙空間,常常忽略這個中間領域,而這個領域實際上大量存在於自然界,只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。
第一個真正認識到它的性能並引用納米概念的是日本科學家,他們在20世紀70年代用蒸發法制備超微離子,並通過研究它的性能發現:一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以後,它就失去原來的性質,表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此,象鐵鈷合金,把它做成大約20—30納米大小,磁疇就變成單磁疇,它的磁性要比原來高1000倍。
80年代中期,人們就正式把這類材料命名為納米材料。 ⒉納米動力學,主要是微機械和微電機,或總稱為微型電動機械繫統,用於有傳動機械的微型感測器和執行器、光纖通訊系統,特種電子設備、醫療和診斷儀器等.用的是一種類似於集成電器設計和製造的新工藝。
特點是部件很小,刻蝕的深度往往要求數十至數百微米,而寬度誤差很小。這種工藝還可用於製作三相電動機,用於超快速離心機或陀螺儀等。
在研究方面還要相應地檢測准原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度,但有很大的潛在科學價值和經濟價值。
⒊納米生物學和納米葯物學,如在雲母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗,磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜,dna的精細結構等。有了納米技術,還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件使構成新的材料。
新的葯物,即使是微米粒子的細粉,也大約有半數不溶於水;但如粒子為納米尺度(即超微粒子),則可溶於水。 ⒋納米電子學,包括基於量子效應的納米電子器件、納米結構的光/電性質、納米電子材料的表徵,以及原子操縱和原子組裝等。
當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷,更小,是指響應速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。
但是更小並非沒有限度。 納米技術是建設者的最後疆界,它的影響將是巨大的。
在1998年的四月,總統科學技術顧問,Neal Lane 博士評論到,如果有人問我哪個科學和工程領域將會對未來產生突破性的影響,我會說該個啟動計劃建立一個名為納米科技大挑戰機構,資助進行跨學科研究和教育的隊伍,包括為長遠目標而建立的中心和網路。一些潛在的可能實現的突破包括: 把整個美國國會圖書館的資料壓縮到一塊像方糖一樣大小的設備中,這通過提高單位表面儲存能力1000倍使大存儲電子設備儲存能力擴大到幾兆兆位元組的水平來實現。
由自小到大的方法製造材料和產品,即從一個原子、一個分子開始製造它們。這種方法將節約原材料和降低污染。
生產出比鋼強度大10倍,而重量只有其幾分之一的材料來製造各種更輕便,更省燃料的陸上、水上和航空用的交通工具。通過極小的晶體管和記憶晶元幾百萬倍的提高電腦速度和效率,使今天的奔騰?處理器已經顯得十分慢了。
運用基因和葯物傳送納米級的mri對照劑來發現癌細胞或定位人體組織器官去除在水和空氣中最細微的污染物,得到更清潔的環境和可以飲用的水。提高太陽能電池能量效率兩倍。
---------------------- "納米"是英文namometer的譯名,是一種度量單位,1納米為百萬分之一毫微米,即1毫微米,也就是十億分之一米,約相當於45個原子串起來那麼長。納米結構通常是指尺寸在100納米以下的微小結構。
1981年掃描隧道顯微鏡發明後,便誕生了一門以0.1到100納米長度為研究分子世界,它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特定功能的產品。因此,納米技術其實就是一種用單個原子、分子射程物質的技術。
從迄今為止的研究善看,關於納米技術分為三種概念: 第一種,是1986年美國科學家德雷克斯勒博士在《創造的機器》一書中提出的分子納米技術。根據這一概念,可以使組合分子的機器實用化,從而可以任意組合所有種類的分子,可以製造出任何種類的分子結構。
這種概念的納米技術還未取得重大進展。 第二種概念把納米技術定位為徽加工技術的極限。
也就是通過納米精度的"加工"來人工形成納米大小的結構的技術。這種納米級的加工技術,也使半導體微型化即將達到極限。
現有技術即使發展下去,從理論上講終將會達到限度,這是因為,如果把電路的線幅逐漸變小,將使構成電路的絕緣膜變得極薄,這樣將破壞絕緣效果。
⑶ 求一篇2000字的奧運論文
現代社會,如果沒有交通,生活方式將會完全改觀。然而,全球80%的大都市都逃脫不了交通擁堵的局面,北京也不例外——汽車越來越多、道路越來越堵。申奧的成功,對北京市的交通系統提出了更高的要求:奧運期間,何以應對?
北京工業大學交通研究中心的楊孝寬教授介紹,為了整合交通資源,早在2002年,北京就率先成立了專門的交通委員會。北京市政府投入了1800億,用於改善交通擁堵的狀況。據悉,奧運交通將為不同的人群提供服務,包括運動員及領隊、技術官員、媒體成員、贊助商、工作人員及志願者等奧運大家庭成員及貴賓,以及普通觀眾及參觀者,而今後,這一改進的體系將帶給北京市民更大的實惠。
讓我們去看看規劃後的北京交通。
公交系統日漸完善
有個響亮的口號叫「要想富,先修路」,挪用在今天的北京身上卻可能是「想不堵,先修路」。2008年,北京公共汽車的運送能力將達到45億人次/年,運營車輛達到18000部;公交線路將達到650餘條,線網密度達到2.16公里/平方公里。再加上軌道交通作為城市公交系統的重要輔助,能夠使得公共交通承擔的比例由目前的28.1%提高到賽時的42%,對地面的車流、交通流,起到有效的減緩作用。
根據調查,在紐約、倫敦、東京這樣的國際性大都市,公共交通系統的使用率都超過了50%,而北京卻只有23.4%。如今,以快速軌道交通為骨幹、地面公共汽車為主體的公共客運體系將承擔市民日常上下班出行的60%,在全日出行總量中分擔的比重也將提高到40%以上,計程車空駛率已經從之前的48%降到了25%以下。
BRT閃亮登場
除了地鐵和公交系統以外,如今,在北京還出現了一件新玩意——BRT。
BRT快速公交系統(Bus Rapid Transit)是一種介於快速軌道交通(Rapid Rail Transit, RRT)與常規公交(Normal Bus Transit,NBT)之間的獨特的大容量城市公共客運系統。它利用現代化公交技術配合智能交通和運營管理,開辟出公交專用道路並配備新式公交車站,實現軌道交通式的運營服務。
北京的第一條也是唯一一條正在運營的快速公交全程16公里,配備的兩節車廂載客量大,是北京城南的交通大動脈。實現快速的關鍵詞也在於「路權」,BRT享有獨立的路權,有嚴格封閉的專用車道、封閉式車站,到了交叉口能得到系統設定的綠燈放行。其奧妙在於,當快速公交裝過感應裝置後,就能控制前方路口的紅綠燈:如果是綠色,就盡量延長綠燈時間;如果是紅燈,就盡快變成綠燈,自然可以悠閑地通過每一個路口。
「這是一次嘗試,設置這樣的快速公交主要是想改變小汽車和公交爭奪路權的現狀。」楊教授指出,現在的路權分配並不合理,開車的人畢竟是少數,大多數人需要乘坐公交車,但如果從佔用的道路面積看結果卻完全相反,汽車和公交車的掃過比例介於1/2和1/3之間,若換算成乘客比例,至少在1:60。今後,BRT系統會得到推廣,安立路、朝陽路、阜石路的建設都會加快,形成一個地面公交快線網路。根據規劃,未來北京的BRT或將達到300公里。
然而,快速公交也受到了人們的質疑,最大的焦點在於只有公交車可以通行,可能會過多佔用資源,造成不該有的浪費。所以,專家們也在權衡。比較而言,美國的BRT不採用完全封閉的,而是允許其他車輛跟隨在後面,或許值得借鑒。
無障礙准公交系統
奧運期間的無障礙工程也是交通專家關注的焦點。中國有近8000萬殘障人士,可是他們很少出行,我們可能也從未設想過,殘障人士怎樣搭乘公共汽車。奧運就是要解決這種問題,讓他們都能去奧運場館觀賽,首當其沖的就是交通問題。
借鑒國外的經驗,奧運期間就准備不少無障礙公交車,這是一種准公交(prepare transport)系統,採用低底盤設計,專門為不方便出行的殘障人士和老年人服務,方便他們搭乘。
無障礙的理念最初源於建築,如今逐漸跟交通結合,但需要改進的地方還很多。以地鐵為例,目前很多城市的地鐵都配有無障礙電梯,但使用率極低,仿如一件擺設。這里的原因是多方面的,除了宣傳不夠,最大的問題是沒有做好相關銜接。「我們可能從未設身處地的為他們考慮過,僅僅在地鐵里配備無障礙設施,解決了上下問題是遠遠不夠的,從住所到地鐵怎麼辦?出了地鐵又怎麼辦?這些都是沒有任何保障的,無障礙交通設施的前後銜接存在很大的漏洞,最欠缺的就是系統化,但這項工作並非一個部門能完成的。」然而,不管怎麼說,這個問題開始引起人們的思考和逐漸重視。政府也投入了很多資金,希望這8000萬殘疾人也能像正常人一樣享受到交通服務的發展和便利,也能有機會觀看奧運會。
智能交通系統實時可靠
在奧運交通系統中,處處體現著科技奧運的理念,最典型的莫過於ITS智能交通系統(intelligent transport system)。智能交通系統並非只是一種對交通的疏導,而是在較完善的交通基礎設施上,通過將先進的感測器技術、通信技術、自動控制技術、計算機技術、數據處理技術等有效集成,對交通管理實行遠程實時控制,從而建立起實時、准確、高效的全方位交通運輸綜合管理和控制系統。
ITS在中國的起步較晚,此次奧運會帶動了ITS的發展,它將用於奧運的交通管理領域、公共交通領域、緊急事件管理領域。
在奧運會期間,管理人員、決策人員,甚至應急管理部門都需要大量的實時信息和數據來時刻追蹤、調控某一路段的擁堵和運營情況,同時及時發布,給最普通的出行者有用的信息。ITS最大的亮點在於,能夠利用現代科學技術在道路、司機和乘客之間建立起智能的聯系,給我們每個出行者提供比較可靠、有效、實時的信息。比如,公共場所(尤其在奧運周邊地區)的大屏幕提供的可變信息如果設計得很合理,會對前往奧運場館觀賽的人群有一定幫助,使得他們的出行更加迅捷便利。換而言之,如果人們通過網路、廣播等渠道知道前方的目的地或沿線有問題,就可以更改出行路線,或者取消出行計劃,從而緩解可能發生的更大的交通擁堵。
目前,研究人員已經完成了奧運村的交通規劃,但關於ITS的技術還僅限於奧運村周邊地區使用,並在奧運會期間進行測試,如果其中的某些技術非常實用,會在今後得到更大范圍的推廣。ITS智能交通系統的技術在使用中的費用是非常昂貴的,目前還只能用在最需要的地方。
管理大於建設
即便有了諸多的建設,楊教授依然認為,「加強交通管理的能力比建設更重要,是最行之有效的措施」。解決北京交通擁堵不能全押在硬體設施上,根本出路在於合理規劃。
奧運期間交通最大的壓力來自機動車數量的飛速膨脹,道路的建設已經跟不上車的增加。目前北京市機動車保有量超過300萬輛,,每天售出車輛數量也超過1000輛,奧運期間預計將達到350萬輛。一方面是首都發展繁榮的標志,但是從另一方面看,機動車的暴增也對環境帶來了各種嚴重的負面影響,對交通狀況造成了壓力。
2006年中非論壇期間,北京對部分公車進行了限制,市政府有70%的公車停駛,中央在京單位也施行了一定的停駛措施,同時還倡導私車擁有者停駛或少開,使得交通狀況大為好轉。2007年8月17日~20日「好運北京」奧運綜合測試賽期間,北京又有意識地實施了機動車單雙號分流出行和封存公車的管理措施,削減了131萬到136萬的機動車數量,使得城市主幹道的流量減少了30%,主幹道高峰時的時速由原來19.2公里提高到32.1公里。同時,這一措施使得空氣環境質量大大提高,監測到的數也表明,實行單雙號起到了預期的緩解交通壓力的效果。「我特意去體驗了一下,一路暢通。這可以看作是為奧運的交通做一個『預演』,奧運期間只會更好。」
楊教授介紹,按照歷屆奧運會的慣例,在奧運會期間要採取交通需求管理的措施,因此從今年7月20號開始,直至殘奧會結束,北京都將採取汽車單雙號限行上路的措施,所有行政單位的公車要封存50%~70%,如此一來,屆時會有近200萬輛車不能出行,奧運期間的交通狀況值得看好。實施這種臨時性的措施是有些無奈的,不是很人性化,但是反過來看,如果不實施,情況可能會更糟。楊教授覺得這次採取了提前告知的方式,可以讓民眾盡早適應。
回歸公共交通
在確保奧運期間的交通便捷方面,經濟杠桿和大力宣傳也起到了積極的作用。通過市政補貼,公交和地鐵的低票價都是很吸引人的,整潔的車廂,准確及時的報站,宣傳公交優勢,也是軟體和硬體的配合。一系列的舉措將不少人又拉回到乘坐公共交通出行的方式,目前30%以上的市民已經選擇乘坐公交。而公共交通周、世界無車日、拼車理念的宣傳和呼籲,雖然沒有強制執行,但已經得到了收效。2007年五環路取消收費後,已經吸引了一部分三四環的車流量,緩解市內交通的作用非常顯著。
通過這些舉措的實行,我們有理由相信,北京交通擁堵狀況可以得到有效改善,讓人們改變生活理念,放棄小汽車、回歸自行車和一定范圍內的步行也是可以想像的。
然而,這條環保之路並不平坦,楊教授坦言,從整個交通系統來講,換乘的便捷還沒做到家,不僅地鐵之間的換乘,地鐵與地面交通之間的換乘等也沒有解決好,再加上日益增多的私家車與地鐵換乘的問題,都有待改進。
奧運期間特事特辦
北京申奧時就向國際奧委會做出過交通方面的承諾,從運動員駐地出發,到任何一個比賽場館,路上所需要的時間都不超過30分鍾。
為了兌現這個諾言,應對高峰期的車輛擁堵,北京借鑒了雅典和悉尼奧運會的經驗,在相關的場館附近的道路上施劃了300公里的奧林匹克專用通道的網路,覆蓋了二環、四環、五環、八達嶺高速、京承高速上的107條相關道路,是歷屆奧運會中規模最大的。專用通道會在奧運會期間投入使用,能夠保證運動員從奧運村到每個比賽場館基本上在奧林匹克專用道上暢通無阻地行駛,時速可以達到60公里。而且,「屆時只有持牌車輛才能進入,這一點是跟國際接軌的。」
同時,已經試行過的彈性交通管制模式,也會奧運會期間被繼續使用。它將原來的攝像頭與新近增加的攝像頭進行了連接,使運動員、技術官員和媒體記者,從駐地一出來,我們就能夠實施全方位的跟蹤,根據交通量的情況臨時管制,隨時調整一些道路的控制情況。一旦發生擁堵,就可以在不同地方採取不同的分流措施,確保道路的暢通。
藉助這種監控系統和運行模式,全長約9公里的道路上,只需要30名交通警察,就可以實現精確指揮和精確引導,其他車輛的正常行駛也不會受到太多限制。
安全疏散秩序井然
在奧運交通的研究中,北京工業大學首先主持研究了奧運交通規劃的大型研究課題,指導整個北京交通。隨後又參與了對每個場館和附近道路的車流量預測,以便設計人員就場館的規模、位置設計出滿足需求的設施。其後,又主持了奧運交通模擬課題,用軟體模擬出行人(主要是場館中)進出的模型,估算周圍的設施是否能夠滿足正常的人流量通行,目的主要是為了奧運會的行人交通組織及觀眾疏散問題。
在奧運會比賽期間,除了滿足比賽相關人員的交通需求外,觀眾的交通需求也是必須克服的難點,尤其是人群最集中的賽後散場時刻,觀眾必須得到及時和安全的疏散。據估算,奧運會比賽的第9天為高峰日,北京市全天的觀眾總數為36.4萬人,人流疏散最集中的時間是22時到22時30分。專家們會通過一系列的措施來消減高峰的壓力,比如在散場時安排一點活動,設計一些繞行的線路,拉長散場的繞行迂迴的時間,以減輕在出入口、在公交場站和地鐵口的壓力。
應急預案不可或缺
如果奧運期間出現突發事件,相應的應急預案研究就是楊教授負責的重點了。對於火災、爆炸等任何突發事件,不可能等到發生後再討論對策,這就是預案的重要原因。
9.11之後,全球開始異常關注恐怖襲擊,2003年SARS之後,國務院就開始制定針對各種情況的應急預案,而近年來頻頻發生的地震、雪災、海嘯、暴雨等各種由氣候造成的緊急事件,也使得應急預案和應急機制越來越受到人們的關注。
研究團隊主要參考了美國的應急機制和疏散方案,也充分考慮了現實的不同。美國車輛保有率很高,發生危機時的車輛驟時流量會猛增至平時的三五倍,甚至10倍之多,更需要組織交通。而中國不同,他們最終確定,在奧運會期間,一旦需要撤離,60%~65%是有組織地通過公共汽車來疏散、撤離。
突發事件按照嚴重程度分成特別重大、重大、較大、一般四類,為期17天的奧運會每天的賽事不同,在奧運村參加項目的運動員、觀眾人數不同,集中程度也不同,尤其是開幕式和閉幕式。因此他們還針對不同的日期或時段,為奧運設定了9種情景,並設計出數十種不同的應急預案,並通過模擬系統對預案一一進行模擬,目的是測試反應時間的快慢,以及對某一方案從撤離時間、安全程度、實施代價等方面來評估,以期達到資源合理配置。
「應急預案牽涉極廣,甚至可以說,從應急的角度來說,交通只是其中的一部分。我們在構建整個體系的時候,想得更多的並不是交通。」比如,在設計方案時對於奧運場館地理位置和對於醫療救護、基本生活設施等資源的考慮,以及沿線的設施配置和建立臨時性的和永久性的避難所的考慮。此外,這些設施還應該基本保證交通順暢、生存所需(水和食物、醫療設施),以及通訊暢通。
關於應急反應和應急交通撤離的課題還在繼續,楊教授希望把所有的城市,尤其是大城市納入其中。因為一旦發生地震等自然災害,在密集的居民區,安全撤離是一個非常棘手的難題,即便災害不嚴重,僅人群當時的恐慌就足以打敗一個城市,更遑論之後不計其數的投入。
楊教授還強調,培訓、演習和日常的宣傳作用都不可輕視,雖然花費的代價可能很高,效果也未必真實——「我們現在最欠缺的就是不能把事件真實化,突發事件的氣氛很難營造出來」。而且,人在恐慌時不夠理智,我們應該在危難發生前、發生時和發生後給予人們簡單易行的指導。
漫長的尋找之路
通過自己的20多年課題研究和體會,楊教授深切地感受到,奧運會改變了不少的人觀念。他始終認為,從城市規劃的角度講,過去的決策者不太關注交通,而且從專業的管理的層面說,一直以來,北京的交通管理能力都不強,但通過奧運這個難得的契機,交通的重要性逐漸得到強化,現在 「交通」這個關鍵詞出現在電視、報紙、雜志、網路等媒體上的頻率也越來越高。
更加重要的是,奧運交通治理提升了北京的交通管理能力,人們也開始意識到管理的重要性。「我們也在通過奧運這個難得的機會摸索什麼才是適合北京和中國的交通模式。或許,我們需要的只是時間。」
Tips
BRT的發源地
快速公交系統既適用於一個擁有小城市,也適用於特大型都市,它起源於上世紀70年代的巴西庫里提巴(Curitiba)市。作為發展中國家的城市,當時面對城市人口和私人汽車迅速增長所帶來的嚴重交通擁堵,卻沒有足夠的資金建設軌道交通,因此設計人員在前市長、著名建築設計師、BRT之父Jamie Lerner先生的領導下大膽開發並實施了一種新的公交方式,用只有軌道交通1/10的造價建成了具有軌道交通運營特性的快速公交,使得庫里提巴的公交出行比例高達75%,日客運量高達19萬人。