书城科普读物未来世界的科技
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第15章 科技与技术(2)

1.公路规划、勘测、设计技术包括:公路规划理论和方法;地理信息系统(CIS)在公路规划中的应用;全球定位系统(GPS)、航测、遥感(RS)在公路勘测设计中的应用;道路计算机辅助设计(CAD)技术。

2.公路建设、养护和管理技术包括:路基处理技术;路面新材料;公路施工、养护技术及装备;公路病害防治技术;路面养护管理信息系统。

3.桥梁、隧道建设技术包括:桥梁新结构;隧道施工技术;桥梁监测加固技术;桥梁、隧道管理信息系统。

4.公路客货运输技术包括:公路运输组织、管理方法和技术;运输场站(客运站、货运站和物流中心等)建设相关技术;新型客货运输装备;车辆维修、检测、诊断技术;车用节能产品开发及应用技术。

5.深水港口建设技术包括:港口规划、勘测、设计技术;水工新结构、施工新工艺和施工管理技术;水工建筑新材料;港口装卸工艺计算机模拟和流程控制仿真技术;大型港口装卸设备技术。

6.航道建设、维护管理技术包括:电磁波定位技术和GPS在航道勘测和规划设计中的应用;航道演变模拟和整治技术;航道疏浚设备和疏浚新工艺;高水头通航建筑物综合技术。

7.船舶运输重大技术包括:集装箱运输及其配套技术;高速客运技术;陆岛运输技术;船舶交通管理技术(VTS);GPS技术在远洋运输中的应用。

8.环境保护和交通安全技术包括:公路建设中的环境和生态保护技术;清洁运输和新能源开发应用;水上液货运输事故应急技术和防治设备;港口航道建设及水路运输中水污染防治技术;水上运输安全导航系统及海难搜救技术;公路交通安全保障信息化技术。

9.公路、水运交通信息技术包括:交通电子政务技术;交通电子商务技术;智能运输系统技术(ITS专项技术、智能运输系统在兼容性及互换性方面建立的标准和规范等)。

10.物流技术包括:物流组织;物流管理信息系统;仓储技术。

公路交通科技有哪三大趋势?当前公路交通科技发展有三大趋势:一是为提高道路通行能力和保护环境,研究开发智能运输系统和环保专项技术;二是以人为本,重点开展交通安全技术的研究;三是以经济合理为目标促进新材料的开发和应用。

1.全球定位系统(GPS)促进了勘测设计自动化全球定位系统是以人造卫星为基础的无线电导航定位系统,它利用天空中均匀分布的24颗GPS卫星轨道参数及其载波相位信号,通过地面接收设备接收其发射信息,实时测定地面接收载体的三维位置。GPS具有全球性、全天候、连续的精密三维导航定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。相对于传统的测量方式,它具有观测点之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便、全天候作业等主要特点。由于其高度自动化,将逐步实现公路设计所必需的原始地形数据采集工作的自动化;由于其所达到的高精度,在公路工程测量和控制测量中正在得到广泛应用。GPS能够提供连续精确的三维导航定位能力,这一特性与道路管理监控系统紧密配合,能广泛应用于车辆定位和导航服务中,结合电子地图为车辆驾驶人员提供导航服务,同时也可应用于重要货物跟踪,使货主实时了解货物的准确位置。

2.交通地理信息系统(GIS-T)前景广阔地理信息系统(GIS)是收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软硬件系统。GIS的发展始于20世纪60年代,是与计算机技术同步发展的。目前的地理信息系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术,它不同于以往只处理统计的数据库系统和处理非地球坐标的计算机图形辅助设计软件。在对象处理上比上述两类软件更加全面,即地理信息系统所处理的事务对象具有空间地理特征,也具有统计信息特征。如一段公路,起点是它的地理特征,公路的造价、技术标准以及交通量等又具有统计数据特征。这些统计数据在纸介质地图上是难以描述的,但通过GIS既可以显示这段公路的图形,同时也能获取这段路的上述数据,并对这些数据进行空间分析。可以说地理信息系统将空间信息数字化,并使这些信息可视化,通过功能强大的软件,使空间分析直观简明,数据管理便捷高效。随着地理信息系统的普及应用,其强大的功能将成为交通信息管理的必备工具。在公路的新建、改建、养护、运营、管理等方面都需要大量及时准确的数据信息,作为科学管理和决策的依据。基于公路数据库的交通地理信息系统(GIS-T)的研究开发是公路建设管理现代化的基础,它不仅能够适应各级管理部门随时了解公路现状的需要,同时还能够通过强大的空间分析功能和丰富的图表显示,实现公路养护管理的电子化。

3.计算机辅助设计(CAD)技术智能化计算机辅助设计(CAD)技术经过多年的发展,软件功能更加强大。首先由二维平面设计发展为三维立体设计,实现了可视化设计,使工程设计和项目比选智能化程度提高;其次采用开放统一的标准保证了计算机应用软件之间的高度集成,这种集成是全方位的,包括垂直方向和水平方向。垂直方向指从可行性研究、初步设计、施工图设计、现场施工直到交付使用、养护管理的全过程。水平方向指这个全过程中每一阶段各工种的平行作业,数据之间可以实现自由传递和实时访问。另外,CAD的应用领域也更加广泛。由于GPS等计算机新技术的出现和立体造型技术、数字地模技术的日趋成熟,计算机在施工过程中的应用更加普及,人们可以借助三维CAD技术进行施工组织设计、重物起吊模拟、结合GPS进行施工过程监控等。

4.道路检测技术取得突破国外道路养护的信息管理系统起步较早,在许多国家都建立了较为完善的道路养护管理系统,如路面养护管理系统、桥梁养护管理系统等。这些系统的建立有效地保证了科学合理的养护。但是,这些系统由于数据采集手段较为落后,不仅需要大量的人力,耗资巨大,而且也影响数据的时效。为此,各国针对道路检测技术开展了深入研究,并已有所突破。道路检测技术的总体趋势是:由人工检测向自动化检测技术发展,由破损类检测向无损类检测技术发展。在道路检测过程中,高新技术得到广泛应用。如高精度传感器用于路面弯沉检测,雷达技术用于路面厚度检测。由于路面检测技术的突破性进展,对道路质量的监测、评估和病害分析更加快捷,使道路养护更加合理和经济。

5.智能运输系统(ITS)方兴未艾智能运输系统是指利用先进的信息通信技术,形成人、车、路三位一体,从而大大提高道路交通的安全性、运输效率、行车的舒适性及有利于保护道路交通环境系统。进入20世纪80年代后,公路交通信息化进程加快,从网络的普及到计算机软硬件系统的应用,从各种数据库的建设到管理系统的完善,从先进的道路控制系统的开发到出行信息服务系统的建立,公路基础设施,通过信息技术与车辆和驾乘人员连成一体。

车辆更是集各种高新技术于一体,从辅助驾驶到自动驾驶,从被动安全技术到主动安全技术,智能化水平不断提高。ITS的总体目标是使交通管理智能化,使道路用户出行更加便捷安全,使道路设施最大限度发挥功能,使多种运输方式衔接更加紧密。

由于各国国情不同,各国的ITS发展框架也不一致,但其基本功能主要有:出行信息服务,向道路出行人员提供有关交通信息,到达目的地的信息;导航服务,提供公共交通运行的状况,为行人提供路线指南等;紧急救助服务,车辆发生事故时提供自动报警,为救援车辆提供路线引导等;车辆安全服务,为驾驶员提供行车环境信息,提供辅助驾驶和自动驾驶,提出危险警告等;收费服务,实行自动收费,提高道路的通行效率;交通管理自动化,提供交通管制信息,控制最合理的交通量;运输车辆高效化等。智能运输系统在美国、日本和欧洲发展最快,各国政府都高度重视。同时,对其市场前景看好,各国的民间科研开发热情也十分高涨,不惜投入巨资。这也从一个侧面反映出未来交通运输发展的动向。

水路交通科技如何发展?在世界新技术浪潮的影响下,发达国家交通运输的指导思想发生了战略转变,交通不仅要满足人和物的空间位移的需要,还要综合考虑其对社会、经济、环境整个大系统的影响。交通运输新的战略目标是:提高运输的安全性和机动性,促进经济增长和贸易发展,改善自然与人类环境,以及保证国家安全等。在发达国家,随着交通运输战略目标的调整,出现了一批高新技术的研究和开发。这种技术上的革命将改变当今社会各个领域原先的发展轨迹,使社会经济产生质的飞跃,这种变革必将对21世纪的水运交通业产生深刻而长远的影响。

1.港口、航道规划与建设技术

(1)国外港口群的协同发展已成为港口规划上的一个新特点。协同是耗散结构理论的重要内容。耗散结构理论认为,协同有助于抵消系统中个体作用的混乱、偏离现象,克服能量、物质和信息交换中的无序状况,从而产生协同的力量。国外港口群的发展和规划顺应了协同发展这一趋势,充分利用港口群的集聚效应,提高港口群体的竞争力。

(2)国外港口建设技术发展的重点和方向是深水筑港技术深水海港的建设水平标志着一个国家建港技术的高低。国外海港建设向离岸较远的深水区发展,自然和地质条件更为复杂,施工条件更为恶劣,检测和修复更为困难。因此港口结构形式趋于多样化,施工条件更为恶劣,难度更大。深水港口施工的特点是:离岸较远、水深、浪大、流急、基础处理难、结构构件庞大、需要大型船机设备等。为此,需重点解决:远距离准确定位和水深测量;深水基础处理;大型构件的预制、运输和安装;耐海水的筑港材料;工程检测技术等。

(3)疏浚工程的大型化迫使挖泥船等疏浚设备向大型化、高效化、自动化发展当今世界最大的耙吸挖泥船为1996年建造的杨德·诺尔号,其船型为152.3m×29m,总装机21930千瓦,舱容18000m3,挖深可达35m~55m,最大可达97m~102m。随着电子技术的不断进步,挖泥操作的自动化系统也迅速发展。自动化系统现在主要用于绞吸和耙吸挖泥船,其中绞吸挖泥船的自动控制系统是一个包括计算机、执行机构、检测仪表的闭环计算机控制系统。据日本统计资料反映,自动控制比手动控制,生产率可提高约11%。

(4)注重整治工程对环境、生态等影响是国外航道整治发展的新特点。国外在河流的整治过程中,以“全面治理、综合利用”为目的,实施了标准化的船队建设及现代化的运输管理,船舶平均运距长,运输费用低,推动和吸引沿岸工业的发展,并繁荣了旅游业。进入20世纪80年代,水运发达国家航道建设已具规模,航道整治已近尾声,仍靠疏浚来增加和维持航道水深,但航道整治设备和手段广泛采用高新技术,更加注重航道整治工程对水质、生态等环境响的研究,成为国外航道整治发展的新趋势。

2.船舶运输技术

(1)集装箱运输发展最具潜力集装箱运输是运输业的一场革命,它的发展在很大程度上代表了国外水运科技的发展趋势。集装箱运输发展到今天,已朝着物流中心化、管理电脑化、港口高效化、船舶大型化、运输综合化的现代化运输方式迅猛发展,这一趋势符合世界经济一体化与贸易全球化和区域化发展的需要,其运量增长速度将远高于世界海运量的发展水平,集装箱运输已成为最具潜力的运输方式。

(2)远洋快速货运发展前景看好在现代海运技术中,有两项新技术的发展类似于飞机中的喷气式发动机。一个是涡轮增压技术,另一个是水上喷气发动机。这些技术已经在许多小型的客船和汽车渡轮中得到应用,而且有迹象表明,这些技术也可以用在重载、高速船舶上。这些海上新技术的改进和在海岸上的应用,将极大地促进全球海运业的发展,恢复海运对全球贸易昔日巨大的驱动作用,从而带动21世纪世界经济的发展。有关专家预测,在今后的50年里,快速货运对全球运输业和世界经济的影响将不亚于飞机的发明和使用。

(3)智能化是船舶自动化的发展方向当代世界船舶技术的发展和主攻方向是:

①节能化,具体技术措施包括:提高主机和动力装置的效率(发展低速、长冲程新机型等);改善船舶推进性能(如改进船体线形、发展大直径低速螺旋桨推进方式等)。

②自动化。

③高技术货运新船型的开发,如大型集装箱船、液化气运输船、化学品运输船、自卸船、浅吃水肥大型船等。

(4)客运滚装化和高速化近年来,高速客船有向大型化、滚装化和更高航速方向发展的趋势。现代的高速客船突破了20世纪70年代前的旧模式,一些抗风浪能力强的新船型,如穿浪双体船、水翼双体船、气垫双体船和小水线面双体船等,已由遮掩水域向风浪较大的开放水域拓展,并从单一客船向可载运旅客、轿车甚至卡车和集装箱的客车渡船方向发展。

3.信息技术

(1)电子商务和EDI技术20世纪60年代发达国家开始在港口和航运管理中应用计算机信息技术,并逐渐深入应用到港口、航运管理的各个环节和部分。目前,在计算机管理信息技术的基础上,大力推广和普及电子数据交换技术(EDL),使水运管理信息系统的功能和网络进一步扩大到货主、保险、银行、商检、海关、外贸、货运代理以及其他有关业务部门,实现网上电子商务。EDI技术使集装箱单据的传送快捷、方便,减少了传送时间,保证了传送质量,提高了传送效率,对国际集装箱多式联运、门到门运输以及物流体系的建立起到巨大的技术支持和保障作用。条形码、集装箱与EDI已被公认为国际贸易手段中最重要最基本的三大技术特征。

(2)航行安全保障技术世界航行安全保障技术的发展,主要集中在如下两个方面:一是采用先进的技术手段,控制和预防海上交通事故的发生;二是采用现代搜救技术及时对各种海难事件进行救助。主要技术领域有:采用新材料、新技术、新工艺,研制新型航标;开发长距离、全天候、先进的定位导航系统;在主要港口和水域设置船舶交通管制系统。