TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH MODELOVANIE A VIZUALIZÁCIA ŽELEZNIČNÉHO HLUKU PRE RÔZNE PREVÁDZKOVÉ REŽIMY

Transcription

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA MODELOVANIE A VIZUALIZÁCIA ŽELEZNIČNÉHO HLUKU PRE RÔZNE PREVÁDZKOVÉ REŽIMY Diplomová práca 2014 Bc. Monika Modráková

2 TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA MODELOVANIE A VIZUALIZÁCIA ŽELEZNIČNÉHO HLUKU PRE RÔZNE PREVÁDZKOVÉ REŽIMY Diplomová práca Študijný program: Študijný odbor: Školiace pracovisko: Školiteľ: Technika ochrany životného prostredia Environmentálne inžinierstvo Katedra environmentalistiky () prof. Ervin Lumnitzer, Phd Košice Bc. Monika Modráková

3 Abstrakt v SJ Práca prezentuje modelovanie a vizualizáciu železničného hluku pre rôzne prevádzkové režimy. Objektom skúmania bol vznik železničného hluku a možnosti jeho vizualizácie. V práci je analyzovaný železničný hluk a jeho zdroje, technické vlastnosti vlakových súprav a železničného zvršku a možnosti vizualizácie železničného hluku. Železničný hluk je zložený z hluku zberača, aerodynamického hluku, hluku hnacieho stroja a válivého hluku. Vizualizácia sa vykonáva pomocou akustických kamier a výstupom je hluková mapa. Tretí bod práce sa zaoberá meraním prejazdov rôznych vlakových súprav a vyhodnocuje v programoch Nor-Xfer a NorReview. Záverečná kapitola sa venuje modelovaniu základných situácií v programe CadnaA a komparáciou výsledkov. Výsledkom danej problematiky je porovnanie výsledkov z merania a výsledkov z programu CadnaA. Kľúčové slova v SJ železničný hluk, vlakové súpravy, vizualizácia hluku, CadnaA Abstrakt v AJ This thesis presents a modeling and visualization of a railway noise for different operating modes. Object of the investigation was the origin of railway noise and the possibilities of its visualization. In this thesis the railway noise and its resourcesare analyzed, as well as technical characteristics of the trainsets and superstructure, and the possibilities of the visualization of the railway noise. Railway noise is composed of pantograph noise, aerodynamic noise, the noise of the drive machine and rolling noise. Visualization is performed using acoustic cameras and the output of this, is the noise map. Third part of this thesis deals with measurement of various passing trainsets and it's evaluation in computer programs Nor-Xfer and NorReview. The final chapter is devoted to modeling of the basic situations in the program CadnaA and comparison of results. The result of this issue is the comparison of the results achieved from measurements with a results from the program CadnaA. Kľúčové slova v AJ railway noise, train sets, visualization noise, CadnaA

4

5 Čestné vyhlásenie Vyhlasujem, že som celú diplomovú prácu vypracovala samostatne s použitím uvedenej odbornej literatúry. Košice, 05. mája vlastnoručný podpis

6 Poďakovanie Touto cestou vyslovujem poďakovanie vedúcemu diplomovej práce prof. Ervinovi Lumnitzerovi, PhD. za pomoc, odborné vedenie, cenné rady a pripomienky pri vypracovaní mojej práce.

7 Obsah Zoznam obrázkov... 9 Zoznam tabuliek Úvod Železničný hluk a jeho zdroje, vlakové súpravy, technické vlastnosti vlakových súprav a železničného zvršku Železničný hluk v rôznych častiach Európy Západná Európa vrátane Talianska Stredná Európa Severná Európa Severo - východná Európa Španielsko a Portugalsko Ostatné oblasti Železničný hluk Zdroj železničného hluku Závislosť rýchlosti a drsnosti Štruktúra koľajníc Železničný spodok Konštrukčné vrstvy železničného spodku Frekvencia Vlakové súpravy Podvozok Hnacia energia Osobné vlaky Vysokorýchlostné vlaky Maglev Vlaky Inter city Vlaky na krátku vzdialenosť... 28

8 Vlaky na dlhú vzdialenosť Nákladné vlaky Vlakové súpravy na Slovensku Technické parametre jednotlivých vlakových súprav Aerodynamický hluk Možnosti vizualizácie železničného hluku CadnaA HLUK LimA Akustická kamera Meranie prejazdov rôznych vlakových súprav a ich vyhodnotenie Všeobecné údaje Situačný popis Použité prístroje Výsledky merania Vyhodnotenie Tvorba hlukových máp základných situácií a komparácia výsledkov modelovania Hlukové mapy Porovnanie výsledkov Záver Zoznam použitej literatúry Prílohy... 64

9 Zoznam obrázkov Obr. 1 Typy hluku zo železničnej dopravy Obr. 2 Bloková schéma železničného hluku [1] Obr. 3 Ilustračný mechanizmus železničného hluku [1] Obr. 4 Graf prejazdu vlaku [1] Obr. 5 Graf prejazdu vlaku [1] Obr. 6 Graf prejazdu jedného vlaku [1] Obr. 7 Príklady priemerných hladín akustického tlaku pre rôzne typy prechádzajúcich vlakov [16] Obr. 8 Najviac rozšírené typy koľajníc [19] Obr. 9 Pandrol Fastclip železničný systém upevnenia [5] Obr. 10 Časti telesa železničného spodku [10] Obr. 11 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku [13] Obr. 12 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a geotextílie [13] Obr. 13 Konštrukčná vrstva z betónu, piesku a geotextílie [13] Obr. 14 Konštrukčná vrstva z asfaltového betónu, vyrovnávacej vrstvy a zvetrávacej horniny [13] Obr. 15 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a stabilizovanej zeminy [13] Obr. 16 Zvlnená železnica a graf merania drsnosti [10] Obr. 17Hluk valenia s liatinovými a kotúčovými brzdami [1] Obr. 18 Meranie akustického tlaku na zvlnenej koľajnici v troch rôznych rýchlostiach [1] Obr. 19 Akustické vlakové spektrum TGV Duplex [1] Obr. 20 Odhadované komponenty hluku z kolesa a koľajnice [1] Obr. 21 Odhadované príspevky kolesa a hluku zo železničnej dopravy vo vzťahu k celkovej Obr. 22 Podvozok [6] Obr. 23 Osobný vlak s dvoma úrovňami [21] Obr. 24 Francúzsky TGV [26] Obr. 25 Maglev [26] Obr. 26 Nákladný vlak [21] Obr. 27 Vozeň na prepravu automobilov [21] Obr. 28 Obtekanie modelu súpravy vlaku [2] Obr. 29 Rozloženie tlaku na povrchu prototypu lokomotívy [2] Obr. 30 Trať vedená na úrovni okolitého terénu [4] Obr. 31 Trať vedená na úrovni okolitého terénu s protihlukovým valom vysokým 5 m [4]

10 Obr. 32 Trať vedená na úrovni okolitého terénu s protihlukovou stenou vysokou 2,5 m [4] Obr. 33 Trať vedená v záreze hlbokom 5 m [4] Obr. 34 Grafický výstup z programu CadnaA [22] Obr. 35 3D model programu CadnaA [23] Obr. 36 Grafický výstup z programu HLUK+ [25] Obr. 37 Grafický výstup z programu LimA [24] Obr. 38 Miesto merania Obr. 39 NORSONIC NOR Obr. 40 Druhý merací bod 30 m od osi koľaje Obr. 41 Prejazdy rýchlikov IC v prvom meracom bode Obr. 42 Prejazdy rýchlikov IC v druhom meracom bode Obr. 43 Prejazdy osobných vlakov v prvom meracom bode Obr. 44 Prejazdy osobných vlakov v druhom meracom bode Obr. 45 Prejazd nákladného vlaku v prvom meracom bode Obr. 46 Prejazd nákladného vlaku v druhom meracom bode Obr. 47 Šírenie hluku zo železničnej dopravy Obr. 48 Prvá situácia Obr. 49 Druhá situácia Obr. 50 Tretia situácia Obr. 51 Štvrtá situácia Obr. 52 Piata situácia Obr. 53 Šiesta situácia Obr. 54 Siedma situácia Obr. 55 Ôsma situácia Obr. 56 Deviata situácia Obr. 57 Desiata situácia

11 Zoznam tabuliek Tab. 1 Parametre vlakových súprav [11,21,26] Tab. 2 Vlaky osobnej dopravy na Slovensku Tab. 3 Vlaky nákladnej dopravy na Slovensku Tab. 4 Vlaky osobitého určenia na Slovensku Tab. 5 Technické parametre jednotlivých vlakových súprav [11] Tab. 6 Rušne na Slovensku [11,21] Tab. 7 Vozne na Slovensku [21] Tab. 8 Typy akustických kamier [20] Tab. 9 Parametre prechádzajúcich vlakových súprav Tab. 10 Ekvivalentná hladina A-zvuku v prvom a druhom meracom bode Tab. 11 Výsledky prvej situácie Tab. 12 Výsledky druhej situácie Tab. 13 Výsledky tretej situácie Tab. 14 Výsledky štvrtej situácie Tab. 15 Výsledky piatej situácie Tab. 16 Výsledky šiestej situácie Tab. 17 Výsledky siedmej situácie Tab. 18 Výsledky ôsmej situácie Tab. 19 Výsledky deviatej situácie Tab. 20 Výsledky desiatej situácie Tab. 21 Hlukové mapy pre rýchliky IC Tab. 22 Hlukové mapy pre osobné vlaky Tab. 23 Hluková mapa pre nákladný vlak Tab. 24 Porovnanie výsledkov

12 Úvod Zvuk prináša človeku uspokojenie vo forme hudby, šumenia mora či tečúcej vody. Je tiež prostriedkom pre dorozumievanie, výstrahy či varovanie. Zvuk je bežnou súčasťou každodenného života a množstvo ľudí si často neuvedomuje všetky jeho funkcie a účinky. V modernej dobe sa často stretávame s nepríjemným a rušivým zvukom, ktorý sa všeobecne označuje ako hluk. Pri hodnotení hluku nezáleží len na štandardných hodnotách akustických veličín charakterizujúcich hluk, ale tiež na subjektívnom hodnotení hluku človekom. Hluk nemusí byť príliš hlasný aby pôsobil nepríjemne alebo rušivo. Najhoršou vlastnosťou hluku je jeho potenciálne nebezpečenstvo, ktoré môže spôsobiť dočasné alebo trvalé zdravotné následky, v extrémnych prípadoch aj poškodenie majetku. Napríklad aerodynamický tresk, ktorý dokáže poškodiť omietku alebo okná budov. Hluk z dopravy však takéto riziko nepredstavuje, ale aj tento hluk má negatívny dopad na pohodu a zdravie človeka. Železničný hluk, na ktorý je zameraná aj táto diplomová práca, dosahuje jednu z najvyšších dopravných hlukových hladín. Aby mohli byť vykonané opatrenia na jeho zníženie, je potrebné tento hluk zaznamenať a vyhodnotiť. Meranie železničného hluku sa vykonáva pomocou akustických kamier a následne vyhodnocuje programom, ktorého výstupom sú hlukové mapy. Cieľom hlukových máp je opísať hlukovú situáciu v okolí zdroja hluku a určiť jeho akčné hodnoty. Cieľom tejto práce je opísanie rôznych situácií, ktoré vznikajú pri prejazdoch vlakových súprav krajinou. Nasimulovali sme niektoré základné situácie prejazdu vlaku a situáciu, ktorá vznikla pri meraní. Pri zostavení tejto práce sme využili viacero metód. Základnou metódou bolo štúdium odbornej literatúry. V nasledujúcich častiach práce sa použila komparačná metóda a metóda analýzy a syntézy. 12

13 1. Železničný hluk a jeho zdroje, vlakové súpravy, technické vlastnosti vlakových súprav a železničného zvršku Medzi zdroje hluku zo železničnej dopravy patrí hluk zberača, aerodynamický hluk, hluk hnacieho stroja a válivý hluk. Jednotlivé typy hluku sú znázornené na nasledujúcom obrázku 1. Obr. 1 Typy hluku zo železničnej dopravy Existuje veľa zdrojov hluku a vibrácií v železničnom systéme. Dominantným zdrojom vo väčšine rýchlostí je železničný hluk, ktorý súvisí s rýchlosťou vlaku. Trakčný hluk je oveľa menej závislý na rýchlosti vlaku, takže je často dominantný pri nízkych rýchlostiach. Naopak aerodynamický hluk má omnoho väčšiu rýchlosť a tak sa stáva dominantným pri vysokých rýchlostiach. Počuteľný frekvenčný rozsah je Hz a to v podstate určuje rozsah záujmu pre akustické analýzy. [9,17] 1.1. Železničný hluk v rôznych častiach Európy V nasledujúcich bodoch je opísaný železničný hluk v rôznych oblastiach Európy. [18] Západná Európa vrátane Talianska Vzhľadom k vysokej hustote obyvateľstva a objemu dopravy je železničný hluk dôležitou témou. Extrémne hladiny sú dosiahnuté na trati Rotterdam Janov, alebo v horských prechodoch. V mnohých krajinách už ľudia nie sú ochotní akceptovať železničný hluk. V dôsledku toho vznikol extrémny tlak na orgány aby sa zaručilo zníženie hluku vyhláškou, obmedzením rýchlosti a prevádzkových dôb. [18] Stredná Európa Táto oblasť je charakterizovaná výraznou nákladnou železničnou dopravou. Očakáva sa zvýšenie železničnej dopravy vzhľadom k hospodárskemu rozvoju tejto oblasti. [18] 13

14 Severná Európa Železničný hluk je v týchto oblastiach menším problémom. V Dánsku a Nórsku železničná doprava prechádza oblasťami s veľmi nízkou hustotu obyvateľstva. Taktiež majú pokročilé programy na zníženie železničného hluku v porovnaní so západnou Európou. [18] Severo - východná Európa Fínsko, Estónsko, Lotyšsko a Litva majú široký rozptyl železničných sietí, ktoré sú spojené s Ruskom. Riešenia železničného hluku preto musia zahŕňať aj Rusko, ktoré je mimo kompetencie týchto štátov. Hustota zaľudnenia je nízka, takže železničný hluk je vnímaný ako menší problém v porovnaní so západnou Európu. [18] Španielsko a Portugalsko Oba tieto štáty majú široký rozchod koľajníc (s výnimkou vysokorýchlostnej siete), takže nie sú ovplyvnené cezhraničnou dopravou z Európy. Výsledkom je, že žiadne nákladné vozne z iných častí Európy do tejto oblasti neprúdia. [18] Ostatné oblasti Ďalšie oblasti EÚ ako je Grécko, Cyprus alebo Malta, atď. majú buď malú železničnú dopravu alebo ju nemajú vôbec, preto nie sú spomenuté. [18] 1.2. Železničný hluk Najvýznamnejším zdrojom železničného hluku je hluk spôsobený pohybujúcim sa kolesom o koľajnicu a vibráciami vyvolanými na kontakte koleso koľajnica. Na obrázku 2 je tento mechanizmus ukázaný v blokovej schéme a na obrázku 3 je tento mechanizmus znázornený vizuálne. [16] Obr. 2 Bloková schéma železničného hluku [1] 14

15 Obr. 3 Ilustračný mechanizmus železničného hluku [1] Hlavné vlnové dĺžky, ktoré sú relevantné pre železničný hluk sú medzi mm. Kolesové a pásové vibrácie sú dôležité pre celkový hluk a obe musia byť vzaté do úvahy. Železničný hluk je pomerne široký pojem, jeho relevantný význam vyšších frekvenčných zložiek sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou vlaku. [1] 1.3. Zdroj železničného hluku Železničný hluk generovaný interakciou kolesa s koľajnicou v ich stykovej ploche, významne vyžaruje hluk. [1] Ani cesta ani železničná jazdná plocha nie sú úplne hladké. Ich nerovnosti spôsobujú kolesá a koľajnice, ktoré sa voči sebe pohybujú navzájom. Ak je vlna s vlnovou dĺžkou λ na koľajnici (alebo kolese), a to sa pohybuje s rýchlosťou V, sínusové vibrácie sú generované s frekvenciou: ak λ je uvedená v m a f je v Hz, musí byť V v m.s -1. [1] Výsledné vysokofrekvenčné vibrácie sú prenášané do oboch štruktúr (bez ohľadu na to, kde je najväčšie povrchové vlnenie) a vibračná štruktúra zvuku je vyžarovaná do vzduchu. Vlnové dĺžky, ktoré majú význam pre železničný hluk možno stanoviť zo vzťahu [1] a rozsah od desiatok centimetrov až do veľkosti styčnej plochy (približne 1 cm). Táto povrchová nerovnosť je obyčajne pomenovaná ako hrubosť. [1,15] Na nasledujúcich grafoch sú uvedené príklady časových priebehov hladín akustického tlaku z prechádzajúcich vlakov meraných 4 m od železničnej trate. A vážená hladina akustického tlaku 15

16 je uvedená v 0,05 sekundových intervaloch. Na obrázku 4 je graf prejazdu vlaku, ktorý mal sedem prívesov a išiel rýchlosťou 120 km.h -1 a na obrázku 5 je graf prejazdu vlaku, ktorý mal taktiež sedem prívesov, ale išiel rýchlosťou 135 km.h -1. [1,15] Obr. 4 Graf prejazdu vlaku [1] Obr. 5 Graf prejazdu vlaku [1] 1.4. Závislosť rýchlosti a drsnosti Hladina železničného hluku sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou vlaku. A- vážená hladina akustického tlaku je zvyčajne adekvátna logaritmu rýchlosti, podľa nasledujúceho vzťahu: ( ) kde L P0 je hladina hluku pri referenčnej rýchlosti V 0. Hodnota rýchlosti N sa stanoví na základe merania, zvyčajne medzi 25 a 35, s typickou hodnotou 30. To znamená, že zdvojnásobenie rýchlosti zodpovedá zvýšeniu A- váženej hladiny akustického tlaku od 8 do 10 db. [1,15] Obrázok 6 ukazuje rad výsledkov nameraných vo vzdialenosti 7,5 m od trate počas priechodu jedného druhu vlaku. Tiež ukazuje priamku podľa vzťahu [2],kde N = 33,3. [1] 16

17 Obr. 6 Graf prejazdu jedného vlaku [1] Príklady priemerných hladín akustického tlaku pre rôzne typy prechádzajúcich vlakov merané vo vzdialenosti 25 m od trati sú zobrazené na obrázku 7. Tieto výsledky sú prevzaté z rôznych zdrojov a výsledky pre rôzne typy vlakov spadajú do dvoch skupín: - vlaky s liatinovými brzdami, - vlaky bez liatinových bŕzd. [16] Tieto dve skupiny sú od seba vo vzdialenosti 8 až 10 db kvôli danej rýchlosti. Obr. 7 Príklady priemerných hladín akustického tlaku pre rôzne typy prechádzajúcich vlakov [16] Na obrázku 7 je plnou hrubou čiarou znázornený prejazd vlaku BR Mk II, bodkovanou čiarou TGV-PSE s kotúčovou brzdou, hrubou čiarkovanou čiarou BR Mk III, plnou čiarou TGV A, 17

18 čiarkovanou čiarou ICE a bodkočiarkovanou čiarou je znázornený Talgo s bubnovými brzdami. [16] Prvá generácia francúzskych vysokorýchlostných vlakov TGV-PSE má okrem kotúčových bŕzd aj liatinové, zatiaľ čo TGV-A majú čisto kotúčové brzdy. Nemecké ICE má kotúčové brzdy a kolesá vybavené tlmičmi. Pri TGV aj ICE sa hladina hluku zvyšuje okolo rýchlosti 300 km.h -1, nad ktorou sa aerodynamický hluk stáva dôležitejším. Aj Keď vysokorýchlostné vlaky jazdia dvojnásobnou rýchlosťou bežných vlakov, ich nedostatok blokových bŕzd znamená, že stupne hluku TGV a ICE sú podobné, pri rýchlostiach km.h -1 tradičným bežným blokovým brzdám pri rýchlosti km.h -1. [1,26] 1.5. Štruktúra koľajníc Koľajnice majú za úlohu zabezpečiť vedenie železničných vozidiel a prenášanie vzniknutých síl na podpory. Sú najviac namáhaným prvkom, pretože prichádzajú do styku s kolesami vlakov, ktoré im predávajú na malých styčných plochách veľké statické tlaky. [19] Najviac rozšírené typy koľajníc: - dvojhlavý, - širokopätný, - stojinový žlliabkový, - blokový žliabkový. Na nasledujúcom obrázku su znázornené najviac rozšírené typy koľajníc: a) dvojhlavý, b) širokopätný, c) stojinový žliabkový, d) blokový žliabkový. Obr. 8 Najviac rozšírené typy koľajníc [19] Koľajnice sú držané klipmi na priečnych podvaloch, ktoré môžu byť vyrobené z betónu, dreva alebo ocele. Tie sú podporované vrstvou kameňov, ktorých hĺbka je zvyčajne 30 cm pod podvalom. [19] 18

19 Obrázok 9 znázorňuje typický upevňovací železničný systém. Je dôležitou súčasťou trate, ktorá má značný vplyv na hluk valenia. Tento systém je vyrobený z gumy alebo zo syntetickej gumy a je umiestnený medzi pätkou koľajnice a podvalom. Tieto doštičky majú primárnu funkciu chrániť podval, najmä časti s vysokým zaťažením, ktoré by mohli popraskať. Ich tuhosť tiež ovplyvňuje hluk v okolí trate. [5, 19] V časti a na obrázku 9 je rozložený pohľad na koľajnicu ukazujúci koľajnice, klipy, izolátory a držiaky pre upevnenie na podvaloch a v druhej časti b je znázornené montované upevnenie. Obr. 9 Pandrol Fastclip železničný systém upevnenia [5] 1.6. Železničný spodok Do železničného spodku sa zaraďuje: 1. teleso železničného spodku (zárez, násyp, odrez, kombinácia zárezu a násypu), 2. odvodňovanie a odvodňovacie stavby, 3. oporné steny, obkladacie steny a zárubne, 4. mosty, tunely, 5. oplotenia, zábradlia a pod. Teleso železničného spodku Je tvorené z horniny a zeminy, v prípade ak sa použije menej kvalitná zemina, tak sa dopĺňa konštrukčnou vrstvou. Na obrázku 10 sú znázornené časti telesa železničného spodku v záreze a násype. [7] Obr. 10 Časti telesa železničného spodku [10] 19

20 Násyp zaisťuje stabilitu podľa geotechnického výpočtu. Príkop je od svahu oddelený lavičkou, ktorá má šírku 1 m zo sklonom 3-5 % ku príkopu. Minimálna hĺbka príkopu je 0,5 m. Pri skole terénu väčšom ako 1:6 je potrebné zariadiť aby boli v podloží násypu stupne. Obojstranné priekopy slúžia k odvedeniu vody zo svahu zárezu, šírka dna 0,4 m a minimálna hĺbka 0,5 m. [7,14] 1.7. Konštrukčné vrstvy železničného spodku Najčastejšie sa používa 6 typov podlažia: 1. Typ 1 železničný zvršok je uložený priamo na zemnom telese železničného spodku. Používa sa pre nesúdržné a priepustné zeminy. [7] 2. Typ 2 - železničný zvršok je uložený na konštrukčnú vrstvu, ktorá je priamo na zemnej pláni. Konštrukčná vrstva je zo štrkopiesku alebo štrkodrti. Na obrázku 11 je znázornená konštrukčná vrstva zo štrkopiesku. [7] Obr. 11 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku [13] 3. Typ 3 - železničný zvršok je uložený na konštrukčnej vrstve, ktorá je na geosyntetickom plošnom výrobku (geotextília, geomriežka a pod.) a tá je uložená na zemnej pláni. Na obrázku 12 je znázornená konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a geotextílie. [7,19] Obr. 12 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a geotextílie [13] 20

21 4. Typ 4 železničný zvršok je uložený na betónovej doske spočívajúcej na vyrovnávajúcej vrstve z piesku alebo štrkopiesku, ktorá je na geotextílii uloženej na zemnej pláni. Ten to typ sa používa na podložie s veľmi nízkou únosnosťou. Na obrázku 13 je znázornená konštrukčná vrstva z betónu, piesku a geotextílie. [7,14] Obr. 13 Konštrukčná vrstva z betónu, piesku a geotextílie [13] 5. Typ 5 železničný zvršok je uložený na vrstve asfaltového betónu alebo obalového kameniva spočívajúceho na vyrovnávacej vrstve z piesku alebo štrkopiesku, ktorý je na zemnej pláni z ľahko zvetrávacích hornín. Na obrázku 14 je znázornená konštrukčná vrstva z asfaltového betónu, vyrovnávacej vrstvy z piesku a zvetrávacej horniny. [7] Obr. 14 Konštrukčná vrstva z asfaltového betónu, vyrovnávacej vrstvy a zvetrávacej horniny [13] 6. Typ 6 železničný zvršok je uložený na konštrukčnej vrstve spočívajúcej na stabilizovanej zemnej pláni alebo na vrstve stabilizovanej zeminy, ktorá je na zemnej pláni. Ku stabilizácii sa využíva vápno, cement alebo chemické prísady. Na obrázku 15 je znázornená konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a stabilizovanej zeminy. [7,14] Obr. 15 Konštrukčná vrstva zo štrkopiesku a stabilizovanej zeminy [13] 21

22 Koľajnice môžu trpieť pravidelným opotrebovaním alebo zvlnením. Na obrázku 16 je fotografia zvlnenej železnice, kde svetlé časti zobrazujú zvlnenie a výsledok merania drsnosti na tom istom úseku koľajnice. Obr. 16 Zvlnená železnica a graf merania drsnosti [10] 1.8. Frekvencia Obrázok 17 zobrazuje niektoré príklady hluku valenia s liatinovými a kotúčovými brzdami. Na obrázku je jasne viditeľný vplyv vlnitej dráhy aj keď rozdiel v polohe merania znamená, že hladiny nie sú medzi hodnotami priamo porovnateľné. Pre tento účel boli osi upravené. Hluk je s maximálnou úrovňou okolo 1-2 khz pri rýchlosti vlaku 160 km.h -1. [9] Na obrázku 17 sú liatinové brzdy zobrazené plnou čiarou a kotúčové brzdy čiarou prerušovanou. Obr. 17Hluk valenia s liatinovými a kotúčovými brzdami [1] Zvýšenie rýchlosti zvuku sa v každom pásme nezvyšuje rovnakým tempom. Pri nižších rýchlostiach je vrchol spektra pri nižšej frekvencii, zatiaľ čo pri vyšších rýchlostiach sa pohybuje k vyšším frekvenciám. Toto je zobrazené na obrázku 18, ktorý ukazuje príklad meraní vlakov na hladkej a vlnitej koľajnici v troch rôznych rýchlostiach. Špeciálne pre vlnitú stopu je jasne viditeľný vrchol na 500 Hz pre 80 km.h -1 a na Hz pri 160 km.h -1. [1,9] 22

23 Obrázok 18 znázorňuje vplyv rýchlosti na hladinu akustického tlaku meranú 7,5 m od trate. Vlakové súpravy mali kolesá s liatinovými brzdami na hladkej a) a vlnitej dráhe b) pri rýchlostiach 160 km.h -1 znázornené plnou čiarou, 80 km.h -1 znázornené čiarkovanou čiarou a 40 km.h -1 znázornené bodkočiarkovanou čiarou. [9] Obr. 18 Meranie akustického tlaku na zvlnenej koľajnici v troch rôznych rýchlostiach [1] Obrázok 19 porovnáva frekvencie spektra TGV Duplex vlakov pri rôznych rýchlostiach. Tieto vlaky majú kotúčové brzdy. Je možné vidieť, že vrchol v spektre na obrázku 19 je asi 2 3 khz, čo je vyššia frekvencia ako je vrchol na obrázku 18 pre vlaky pri bežných rýchlostiach. Vysoké hladiny pri nízkych frekvenciách sú spôsobené aerodynamickým hlukom. [1] Obr. 19 Akustické vlakové spektrum TGV Duplex [1] Výsledky na obrázku 19 boli namerané 25 km od trate pri rýchlostiach 200 km.h -1 znázornené bodkočiarkovanou čiarou, 250 km.h -1 znázornené čiarkovanou čiarou a 300 km.h -1 znázornené plnou čiarou. [1,9] 23

24 Aby bolo dosiahnuté zníženie hluku akéhokoľvek systému je nanajvýš dôležité vedieť, že čo je zdrojom hluku, alebo ak existuje viac ako jeden zdroj aký je ich relatívny význam. Preto je už dlho predmetom skúmania či je zdrojom železničného hluku koleso alebo železnica. [1,9] V roku 1984 vo Veľkej Británii boli sponzorované merania spoločnosťou ORE. Na koleso bolo umiestnených 6 meracích polôh a 10 bolo umiestnených na železnicu. Toto bolo vykonané pre štyri meracie rýchlosti v rozmedzí km.h -1 a pre rôzne drsnosti, čo spôsobilo rozsah A- váženej hladiny hluku 40 db. Po tomto výsledku bol použitý len jeden typ kolesa a jeden typ železničnej dráhy. [1,9] Jednotlivé komponenty hluku kolesa a koľajnice (vztiahnuté na celkové meranie hluku) sú znázornené na obrázku 20. Skutočný obsah frekvencie vyžarovaného hluku závisí na rýchlosti ako je vidieť na obrázkoch 18 a 19. [1,9] Obrázok 20 znázorňuje odhadované komponenty hluku z a) kolesa a b) koľajnice. Čiarkovanou čiarou je znázornená priemerná hodnota, čiarkovanou priemerná hodnota so smerodajnou odchýlkou a bodkovanou čiarou je znázornená priemerná hodnota mínus smerodajná odchýlka. [1,9] Obr. 20 Odhadované komponenty hluku z kolesa a koľajnice [1] Pomerné príspevky kolesa a koľajnice na celkovej hladine akustického tlaku závisia aj od rýchlosti. Koľajnica má väčší prínos pri nízkych otáčkach, zatiaľ čo do výsledku koleso prispieva pri vysokých rýchlostiach. Toto je znázornené na obrázku 21. [9] 24

25 Obr. 21 Odhadované príspevky kolesa a hluku zo železničnej dopravy vo vzťahu k celkovej A - váženej hladine hluku v závislosti na rýchlosti vlaku [1] 1.9. Vlakové súpravy Existujú rôzne typy vlakov, ktoré sú určené na špeciálne účely. Vlak môže pozostávať z kombinácie jednej alebo viacerých lokomotív a pripojených vagónov. V mnohých častiach sveta, najmä na ďalekom východe, sú vysokorýchlostné železnice používané najmä na prepravu ľudí. Nákladné vlaky sú zložené s vozňov alebo vozíkov. Existujú aj zmiešané vlaky, ktoré zahŕňajú prepravu osôb aj nákladu. Zvláštne vlaky sa používajú pre údržbu trate. [6] V Spojenom kráľovstve sa používajú vlaky ťahané dvoma lokomotívami a v Kanade a Spojených štátoch je bežné, že vlak ťahajú tri a viac lokomotív. [18] Podvozok Podvozok je kolesový voz alebo vozík. Z mechanického hľadiska to je rámec nesúci kolesá, ktorý je spojený s vozidlom. Podvozky môžu byť na svojom mieste pevné, otočné alebo húsenicové. [6] Zvyčajne má každý vagón dva podvozky, jeden na jednom a druhý na druhom konci vagóna. Väčšina podvozkov má dve nápravy kvôli jednoduchému dizajnu, ale niektoré vozne určené pre veľmi ťažké náklady boli postavené až s piatimi nápravami na podvozku. Ťažké vagóny môžu mať viac než dva podvozky pomocou priečnikov na vykompenzovanie zaťaženia a pripojenia podvozkov. Zvyčajne je podlaha vlaku na úrovni podvozku, okrem nízkopodlažných vlakov. Na obrázku 22 je zobrazený podvozok. [6,19] 25

26 Obr. 22 Podvozok [6] Hnacia energia Prvé vlaky boli ťahané lanom, koňmi alebo poháňané gravitáciou. Od začiatku 19.storočia bolo skoro všetky vlaky poháňané parnými lokomotívami. Neskôr začali byť nahradzované menej náročnými motorovými a elektrickými lokomotívami. Parné lokomotívy sa ešte používajú v lokalitách, kde je lacné uhlie a práca, napríklad v čínskej ľudovej republike. [6,10] Elektrická trakcia ponúka nižšie náklady na kilometer jazdy vlaku, ale má vyššie počiatočné náklady. Tie sú zanedbateľné iba pri dlhých dopravných linkách. [10] Nedávna zmena elektrickej lokomotívy je v palivovom článku, pri ktorom netreba elektrický systém. Avšak, počiatočné náklady takýchto vozidiel s palivovými článkami sú stále vysoké. [11] Osobné vlaky Osobný vlak je ten, ktorý zahŕňa vozidlá s cestujúcimi na palube, ktorý môže byť dlhý a rýchly. Osobné vlaky jazdia medzi stanicami, v ktorých môžu cestujúci nastúpiť alebo vystúpiť. Vo väčšine prípadov jazdia osobné vlaky podľa pevne stanoveného cestovného poriadku. [17] Niektoré osobné vlaky, hlavne tie na dlhé vzdialenosti, sa označujú ako double-decker. Vozne s dvoma úrovňami. Na obrázku 23 je zobrazený osobný vlak s dvoma úrovňami. [17] Obr. 23 Osobný vlak s dvoma úrovňami [21] 26

27 Vysokorýchlostné vlaky Vysokorýchlostné vlaky jazdia rýchlosťou vyššou ako 200 km.h -1 a často prechádzajú po vyhradených tratiach, ktoré sú konštruované na ich vysokú rýchlosť. Japonská Shinkansen začala prevádzku v roku 1964 a bol to prvý úspešný príklad vysokorýchlostného osobného železničného systému. [5, 26] Najrýchlejší kolesový vlak je francúzsky TGV (Train à Grande Vitesse, doslova vysokorýchlostný vlak ), ktorý dosiahol rýchlosť 574,8 km.h -1, čo je dvojnásobok rýchlosti vzletu prúdového lietadla Boeing 727, na základe testu v roku Najvyššia rýchlosť v súčasnej dobe je 350 km.h -1 na vysokorýchlostnej železnici v Číne. TGV jazdí maximálnou rýchlosťou km.h- 1, rovnako ako v Nemecku Inter-City Express a v Španielsku AVE (Alta Velocidad Española). [5,26] Vysokorýchlostná doprava môže časovo a nákladovo konkurovať leteckej doprave, ak vzdialenosť nie je väčšia ako 500 až 600 km. Na obrázku 24 je zobrazený francúzsky TGV. [5] Obr. 24 Francúzsky TGV [26] Niektoré vysokorýchlostné vlaky využívajú technológiu nakláňania s cieľom zlepšiť stabilitu v zákrutách. Príkladom takýchto vlakov sú Advanced Passenger Train (APT), Pendolino, N700 Series Shinkansen, Amtrak ACEL, Express a Talgo. [5] Naklápanie je dynamická forma prevýšenia, ktorá umožňuje produkovať pohodlnú jazdu pre cestujúcich. [5] Maglev Technológia Maglev bola vytvorená za účelom dosiahnutia rýchlejšej prevádzky ako 500 km.h - 1. Shanghai Maglev Train sa otvoril v roku 2003 a je to najrýchlejšia komerčná vlaková preprava pracujúca pri rýchlostiach do 430 km.h -1. Maglev foteraz nebol použitý pri medzimestskej hromadnej doprave. Na obrázku 25 je zobrazený Maglev. [17,26] 27

28 Obr. 25 Maglev [26] Vlaky Inter city Osobné vlaky môžu byť rozdelené do troch skupín: 1. Inter city vlaky slúžia na prepojenie miest v najrýchlejšom možnom čase a obchádzajú všetky medziľahlé stanice. 2. Rýchliky stoja vo väčších medziľahlých staniciach medzi mestami. 3. Regionálne (osobné) vlaky stoja na všetkých medziľahlých staniciach medzi mestami. [11] Rozdiel medzi jednotlivými typmi vlakov je tenký alebo dokonca neexistuje. Vlaky môžu jazdiť ako rýchliky medzi veľkými mestami a potom sa vrátiť k regionálnej doprave. [11] Regionálne vlaky sa prepájajú najčastejšie vidiecke oblasti. [11] skôr medzi mestami, ktoré majú dopyt po doprave, Vlaky na krátku vzdialenosť Pre kratšie vzdialenosti majú mnohé mestá zavedené prímestské vlaky, ktoré jazdia v predmestí mesta. Tie to vlaky sú veľmi efektívnym spôsobom dopravy vyrovnať sa dopytom po doprave v metropole. [6,11] Niektoré vozne môžu mať viac miesta na státie ako miest na sedenie z dôvodu uľahčenia prepravy kočíkov, bicyklov a invalidných vozíkov. Niektoré krajiny majú poschodové osobné vlaky, ale tieto sú častejšie v kontinentálnej Európe. [6,11] Vlaky na dlhú vzdialenosť Diaľkové vlaky jazdia medzi mestami a regiónmi, niekedy aj neprieč niekoľkými štátmi. Často majú jedálensky a lôžkový vozeň. V mnohých krajinách sa cestovanie na vzdialenosť cez 800km vykonáva leteckou dopravou, ale v niektorých krajinách je cestovanie vlakom stále populárne a hlavne to je lacný spôsob cestovania na dlhé vzdialenosti. [11] 28

29 Nákladné vlaky Nákladné vlaky používajú vozne na prepravu tovaru alebo materiálu. Jedná sa o akýkoľvek vlak, ktorý sa nepoužíva na prepravu osôb. Veľa svetového nákladu sa preváža nákladnými vlakmi. V Spojených štátoch sa železničný systém využíva viac na prepravu nákladu ako na prepravu osôb. [6,10,11] Preprava nákladu železničnou dopravou je ekonomická a energeticky účinnejšia ako preprava po ceste. Železničná nákladná doprava je najekonomickejšia vtedy, ak nesený náklad je vo väčších množstvách a je prepravovaný na veľké vzdialenosti. Hlavnou nevýhodou železničnej dopravy je nedostatok flexibility. [10,11] Existuje množstvo typov nákladných vlakov, ktoré sa používajú na prepravu rôzneho druhu materiálu. Jedným z najbežnejších typov na moderných železniciach sú vlakové kontajnery, ktoré je možné nadvihnúť pomocou žeriavu a presúvať na vlak, kamión alebo loď. V Spojených štátoch bol tento druh dopravy nahradený tzv. Boxcar. Je to typ nákladného vlaku, kde náklad musí byť naložený alebo vyložený ručne. Na obrázku 26 je zobrazený nákladný vlak. [11] Obr. 26 Nákladný vlak [21] Existuje aj mnoho ďalších typov, ako sú napríklad vozne na prepravu vozidiel, vozne na prepravu minerálnych látok a sypkého materiálu, vozne na prepravu uhlia a tankery na prepravu kvapalín a plynov. Na obrázku 27 je znázornený vozeň na prepravu automobilov. [11] Obr. 27 Vozeň na prepravu automobilov [21] 29

30 V nasledujúcej tabuľke sú uvedené niektoré parametre najčastejších vlakových súprav. Tab. 1 Parametre vlakových súprav [11,21,26] Typ Najvyššia Počet Dĺžka Šírka Hmot- Výkon rýchlosť sedadiel (m) (m) nosť (t) (pri 25 (km.h -1 ) kw) PSE (Paris Sud Est) ,2 2, La Poste (prerobené z PSE) Atlantique ,5 2, AVE S-100 * TGV AVE S-101 Euromed * Réseau , Duplex , Thalys PBA (Paris Brusel , Amsterdam) Thalys PBKA ( Paris Brusel , Köln/Amsterdam) Eurostar Three Capitals ,7 2, Eurostar North of Londo ,9 2, KTX (Korea Train Express) POS , AGV (pred začiatkom výroby) Duplex Argentina (plánované) * odvodené z Atlantique, pre trate rozchodu mm údaje označené pomlčkou neboli dostupné Vlakové súpravy na Slovensku Vlaky sa na Slovensku označujú druhovou skratkou a číslom, ktoré je v daný deň na celej sieti ŽSR použité iba raz. V nasledujúcich troch tabuľkách sú rozdelené vlakové súpravy na Slovensku s ich označením a charakteristikou. 30

31 Tab. 2 Vlaky osobnej dopravy na Slovensku Názov vlaku Skratka Charakteristika Príklad EuroCity EC - medzinárodný vlak - vozne 1. a 2. triedy, reštauračný vozeň - všetky vozne sú klimatizované - priemerná rýchlosť je vyššia ako - EC 130/131 Varsovia - EC 170/171 Hungaria - EC 177/378 Slovenská strela 90 km.h.1 EuroNight EN - v rámci európskej železničnej siete - jazdí iba v noci - EN 444/445 Slovakia - EN 476/477 Metropol InterCity IC - sú prispôsobené miestnym podmienkam, čiže je ťažko určiť štandard týchto vlakov - IC 500 Tatran - IC 501 MARTINUS.SK - IC 502/507 LYONESS - IC 504 Kriváň Expresný vlak Ex - spája mestá a krajiny na veľké vzdialenosti - Ex 222 Detvan - Ex 146 Kysuca - Ex 22é Fatra RegionalExpres REx - vlaky na trati Bratislava Viedeň - REx REx REx 2533 Rýchlik R - vozne 1. a 2. triedy - veľkopriestorové aj oddielové kupé Elektrické zásuvky (230V), Wi-Fi - plošina pre imobilných cestujúcich - R 600 Váh - R 607 Liptov - R 610/611 Považan - R 441/443 Šírava - priestor pre bicykle EuroRegio ER - vlaky na trati Bratislava Viedeň Zrýchlený vlak Zr - spojenie miest v regiónoch - pomaly nahradzovaný kategóriou vlakov REx - Zr 220/221 Fatra - Zr 222/223 Detvan - Zr 1840/1841 Turiec Osobný vlak Os - krátke vzdialenosti - zastavuje vo všetkých staniciach - Os Os Os 8780 Súpravový vlak Sv - zabezpečuje premiestnenie súprav osobnej dopravy údaje pre rok

32 Tab. 3 Vlaky nákladnej dopravy na Slovensku Názov vlaku Skratka Charakteristika Nákladný vlak Nex - doprava dôležitej záťaže km.h -1 Priebežný nákladný vlak Pn - vlak určený na dopravu medzi miestami nakládky a vykládky - 90 km.h -1 Manipulačný vlak Mn - slúži na obsluhu manipulačných miest - 60 km.h -1 Vlečkový vlak Vleč - slúži na obsluhu vlečiek - 50 km.h -1 údaje pre rok 2014 Tab. 4 Vlaky osobitého určenia na Slovensku Názov vlaku Skratka Charakteristika Rušňový vlak Rv - slúži na dopravu činných a nečinných rušňov, vozňov (pokiaľ sa nejedná o súpravový vlak) - 80 km.h -1 Služobný vlak Služ - slúži pre potreby ŽSR údaje pre rok Technické parametre jednotlivých vlakových súprav V nasledujúcej tabuľke sú uvedené technické parametre jednotlivých vlakových súprav. Rozchod koľajníc na Slovensku je mm. Tab. 5 Technické parametre jednotlivých vlakových súprav [11] Typ Maximálna Výkon Rozsah Šírka Výška Hmotnosť súpravy vlaku rýchlosť vozňov EC 230 km.h kw ,8 m 4,31 m 385 t IC 200 km.h kw ,8 m t R 230 km.h kw - 2,8 m t Os 160 km.h ,8 m - - Výkon a dĺžka osobného vlaku sa nedá presne určiť a to z dôvodu, že oba parametre závisia na type osobného vlaku. 32

33 V nasledujúcich dvoch tabuľkách sú zobrazené rušne a vozne, ktoré jazdia na Slovensku. Tab. 6 Rušne na Slovensku [11,21] Názov Charakteristika Obrázok Rušne elektrické jednosystémové (3 kv) Rušne elektrické jednosystémové (25 kv 50 Hz) Rušne elektrické viacsystémové Rušne motorové - elektrický rušeň na jednosmerný prúd - na vedenie osobných a nákladných vlakov - max.rýchlosť: 120 km.h -1 - hmotnosť: 85 t - výška: 4,64 m - šírka: 2,94 m - elektrický rušeň na jednosmerný prúd - na vedenie osobných a nákladných vlakov - max.rýchlosť: 120 km.h -1 - hmotnosť: 85 t - výška: 4,64 m - šírka: 2,94 m - prevádzka na koridorových tratiach - napájanie z troch trakčných napájacích sústav - max.rýchlosť: 200 km.h -1 - hmotnosť: 86 t - výška: 4,27 m - šírka: 3,08 m - elektrický prenos výkonu - štvornápravový rušeň s usporiadaním pojazdu - maximálna rýchlosť: 100 km.h -1 - hmotnosť: 75 t - výška: 4,103 m - šírka: 2,94 m 33

34 Tab. 7 Vozne na Slovensku [21] Názov Osobné vozne Obrázok Ležadlové a lôžkové vozne Reštauračné vozne Služobné vozne Nákladné vozne 34

35 Názov Batériové vozne Obrázok Historické vozne Aerodynamický hluk Ako jeden z hlavných zdrojov aerodynamického hluku vysokorýchlostných vlakov je podvozok, ktorý obsahuje mnoho prvkov a prúdenie vzduchu okolo neho je veľmi dynamické. U vysokorýchlostných vlakov sa aerodynamický hluk stáva významným v momente, keď vlak presiahne rýchlosť 200 km.h -1. [2,3] Vonkajšia aerodynamika má vplyv na jazdné vlastnosti koľajových vozidiel a vlakových súprav. Aerodynamické sily, ktoré vznikajú pri jazde vozidla s rýchlosťou v rozmedzí km.h -1, ovplyvňujú veľkosť nutného výkonu pohonných jednotiek, stabilitu vozidla, zaťaženie karosérie a detailov na povrchu vozidla. [2,4] Simulácie jazdy vozidla v otvorenej krajine boli vykonané vo forme virtuálneho aerodynamického tunelu, tzn. model nepohyblivého vozidla bol umiestnený vo výpočtovej oblasti a relatívny pohyb medzi vozidlom a okolitým prostredím bol daný parametrami okrajových podmienok na vstupnej ploche výpočtovej oblasti. Pre využitie tejto metódy sú dôležité oblasti a zložitosť povrchu vozidla. [1,3] 35

36 Pre overenie výberu vhodných typov a vhodného nastavenie hodnôt okrajových podmienok pre virtuálny aerodynamický tunel boli vykonané jednoduché výpočtové testy zamerané na porovnanie spôsobu modelovania relatívneho pohybu medzi idúcim vozidlom a obtekajúcim vzduchom. Vybrané ilustračné príklady sú zobrazené na obrázkoch 28 a 29. [1,3] Obr. 28 Obtekanie modelu súpravy vlaku [2] Obr. 29 Rozloženie tlaku na povrchu prototypu lokomotívy [2] Výsledky simulácií umožňujú rozhodnúť o vhodných tvaroch čelných častí koľajových vozidiel (sklon čela, prechody, zaoblenie čelných plôch, tvarovanie detailov), vhodne umiestniť a tvarovať vstupy alebo výstupy klimatizácie na povrchu vozidla, posúdiť aerodynamické zaťaženie detailov na povrchu atď. [3,4] Usporiadanie a povrch okolitej trate má podstatný vplyv na šírenie hluku. Najväčší vplyv majú prekážky, ktoré sa nachádzajú v bezprostrednom okolí trate. [2] Na nasledujúcich obrázkoch sú znázornené jednotlivé príklady. 36

37 Obr. 30 Trať vedená na úrovni okolitého terénu [4] Obr. 31 Trať vedená na úrovni okolitého terénu s protihlukovým valom vysokým 5 m [4] Obr. 32 Trať vedená na úrovni okolitého terénu s protihlukovou stenou vysokou 2,5 m [4] Obr. 33 Trať vedená v záreze hlbokom 5 m [4] 37

38 2. Možnosti vizualizácie železničného hluku V súčasnej dobe sa stále viac uplatňuje tvorba hlukových máp z dopravy. Tieto hlukové mapy nám umožňujú získavať informácie k tvorbe predpokladov pre rozhodovanie o dopadoch hluku na človeka a okolie. [8] Pre vytvorenie hlukových máp máme dva postupy. Prvý postup je pomocou výpočtového softvéru. Pri tomto postupe je možné použiť aktuálny stav, alebo ho použiť pre budúce zisťovanie očakávaného stavu akustickej situácie. Výhodou softvérov je vysoká automatizácia pri získavaní požadovaných údajov, znížená pracnosť, organizačná a časová náročnosť a možnosť opravy pri zmene vstupných údajov. Medzi spomínané softvéry patrí napríklad HLUK+, LimA a CadnaA. [8,22] Druhým je vytvorenie pomocou jedného merania aktuálnej situácie. Takto získané údaje sú viazané na meraný profil komunikácie a podmienky merania. Nevýhoda druhého postupu vzniká pri zmene územia, ako urbanistického tak aj dopravného charakteru. Tento postup nemôže pružne reagovať na vyvolané zmeny a podchytiť ich, preto sú nutné nové merania. Ďalšou nevýhodou je časová náročnosť pri zisťovaní terénnych údajov, vysoká finančná a organizačná náročnosť merania. [8,22] 2.1. CadnaA CadnaA je originálny Windows program pre výpočet a vyhodnotenie imisií hluku spôsobených: - cestnou a koľajovou prevádzkou, - obchodnými podnikmi a priemyselnými závodmi, - športovými a rekreačnými zariadeniami, - alebo inými hlučnými zariadeniami. [23] Jeho prevádzka a výmena dát sú ľahko integrované do softvérového prostredia systému Windows, ako je spracovanie textu, tabuliek a ďalších aplikácií. Toto odlišuje program CadnaA od ostatných programov, ktoré používajú rozhranie systému Windows, ale v skutočnosti bežia v pozadí DOS programy. [22,23] Základný štandardný program s prekážkami (1 000 objektov a bariér) má teoreticky neobmedzený počet zdrojov a imisných bodov. Obsahuje všetky konfigurácie výpočtu s výnimkou lietadiel. Na obrázku 34 je grafický výstup z programu CadnaA s budovou a cestnou premávkou. [22,23] 38

39 Obr. 34 Grafický výstup z programu CadnaA [22] Všetky údaje o projekte sú spracované v jednom súbore, ktorý je možné uložiť. To umožňuje veľmi jednoduchú správu variantov. Objekty je možné editovať, mazať, meniť, posúvať, kopírovať alebo meniť tvar. 3D pohľad umožňuje pohybovať sa vnútri virtuálnej scenérie pre kontrolu modelu. Obrázok 35 znázorňuje grafický výstup 3D pohľadu programu CadnaA. [22,23] Obr. 35 3D model programu CadnaA [23] CadnaA používa veľmi flexibilný systém pre zoskupenia objektov. Všetky objekty, ktoré patria do skupiny môžu byť aktivované alebo deaktivované pomocou jednoduchého kliknutia myšou. [23] Ak sa plánujú diaľnice alebo železničné trasy, hladiny hluku v okolí by mali byť vypočítané. Ak sú hodnoty prekročené, potrebné opatrenia ako protihlukové steny môžu byť testované. Výsledok obsahuje zoznam opatrení, farebné grafy a tabuľky s úrovňou hluku pre akýkoľvek výpočtový imisný bod. [22,23] 39

40 2.2. HLUK+ Program HLUK+ umožňuje výpočet hluku generovaného najvýznamnejšieho zdroja hluku, ktoré sú: - pozemná doprava, - priemyselné zdroje. [25] Nástroje: - výpočet v období deň / večer / noc, - zadávanie líniových a plošných priemyselných zdrojov a ich automatické nahradenie bodovými zdrojmi, - redukcia jednotlivých priemyselných zdrojov, - 3D pohľad. [25] Na nasledujúcom obrázku je zobrazený grafický výstup z programu HLUK+. Obr. 36 Grafický výstup z programu HLUK+ [25] 2.3. LimA Program LimA bol vyvinutý nemeckou firmou. Používa sa k výpočtom šírenia hluku vo vonkajšom prostredí. Poskytuje spoľahlivé výsledky i názorné grafické výstupy. Tento program umožňuje tvorbu hlukových máp v 3D. [12,24] Tvorbu hlukovej štúdie v programe LimA možno rozdeliť do týchto krokov: - príprava podkladov, - zadanie vstupných dát do programu, - modelovanie terénu, - spustenie výpočtu, - tvorba výstupu. [24] 40

41 Nasledujúci obrázok zobrazuje grafický výstup z programu LimA. Obr. 37 Grafický výstup z programu LimA [24] Pre vypracovanie hlukových máp v bode 3 sme vybrali program CadnaA pre jeho výhody oproti spomenutým programom, ako napríklad: správa variantov je jednoduchšia, objekty sa dajú editovať, mazať, meniť tvar, možnosť zobrazenia v 3D a možnosti uloženia dát Akustická kamera Akustická kamera je zariadenie, ktorým je možné detailne identifikovať zdroje emisii hluku pomocou mikrofónovej sústavy a následne namerané akustické dáta graficky prezentovať. Vďaka svojim technickým vlastnostiam a modulárnej skladbe je možné uplatnenie akustickej kamery pri lokalizácii hluku v rôznych oboroch ľudskej činnosti vo vnútornom aj vonkajšom prostredí. [20] Sústava akustickej kamery sa skladá z niekoľkých mikrofónových jednotiek, ktoré sú usporiadané podľa potreby do kruhu, trojuholníka alebo do sféry. [20] Systém pre použitie akustickej kamery je obvykle nastavený takto: akustický fotoaparát (mikrofón so vstavaným fotoaparátom) je pripojený k zariadeniu na ukladanie dát (počítač). Celý tento systém je potrebný na vytvorenie konečného obrazu, ktorý znázorňuje zdroj a intenzitu zvuku. [20] Každý mikrofón zachytí samostatný zvukový signál pretože mikrofóny majú v poli inú pozíciu. Oneskorenie je závislé na vzdialenosti medzi mikrofónom a zdrojom hluku. Spracovanie výsledkov prebieha priamo na mieste v reálnom čase, alebo môže byť vykonané neskôr. Zobrazovací softvér priradí bodom v priestore prislúchajúcu farbu na základe intenzity hluku v každom okamihu. Hneď ako sa ukončí priraďovanie farieb, výstupom je obrázok alebo 3D model. [20] V nasledujúcej tabuľke sú znázornené vybrané typy akustickej kamery s ich charakteristikou. 41

42 Tab. 8 Typy akustických kamier [20] Názov Charakteristika Obrázok Kruhové mikrofónové pole vzdialenosť: 0,5 5 m - mapovanie: 400 Hz 20 khz - 48 mikrofónov - priemer: 75 cm Kruhové mikrofónové pole vzdialenosť: 0,7 3 m - mapovanie: 400 Hz 20 khz - 32 mikrofónov - priemer: 75 cm Kruhové mikrofónové pole vzdialenosť: 0,35 2 m - mapovanie: 400 Hz 20 khz - MicBus mikrofóny - priemer: 35 cm Kruhové mikrofónové pole vzdialenosť: 2 20 m - mapovanie: 250 Hz 20 khz - 72 mikrofónov - priemer: 140 cm 42

43 Názov Charakteristika Obrázok Sférické mikrofónové pole 32 - vzdialenosť: 0,3 1,5 m - priemer: 35 cm - hmotnosť: 1 kg - použitie v interiéri Sférické mikrofónové pole vzdialenosť: 0,5 3,5 m - priemer: 60 cm - hmotnosť: 2 kg mikrofónov - použitie v interiéri Hviezdicové mikrofónové pole - vzdialenosť: m - hmotnosť: 10 kg - dĺžka kamery (zložený stav): 2 m K prednostiam akustickej kamery patrí možnosť zachytiť a monitorovať rôznu úroveň zvuku, a to aj v závislosti na časovom priebehu a schopnosť analyzovať pohyblivé zdroje hluku. Taktiež dovoľuje vytvoriť súvislý zvukový záznam extrémne rýchlych dejov. Samotná kamera má veľký dynamický rozsah, malú citlivosť na šum pozadia a v reálnom čase je schopná zachytiť akustický tlak a akustický rýchlosť. [20] Zostava akustickej kamery dovoľuje voľnú konfiguráciu veľkosti snímacej siete. Pre akustické laboratória sa osvedčuje kruhová zostava s 32 až 72 mikrofónmi, pre všestranné meranie sa používa sférická anténa so 120 mikrofónmi a k tejto rade antén patrí aj hviezdicové pole pre meranie na väčšie vzdialenosti. [20] 43

44 3. Meranie prejazdov rôznych vlakových súprav a ich vyhodnotenie 3.1. Všeobecné údaje Meranie sme vykonali v blízkosti železničnej trate, ktorá sa nachádza neďaleko kameňolomu Hradová. Predmetom merania bola hlučnosť prejazdu vlakových súprav Situačný popis Úsek železničnej trate, pri ktorej boli vykonané merania, sa nachádza v blízkosti kameňolomu Hradová a rieky Hornád. Na obrázku 38 je vyznačené miesto merania. Obr. 38 Miesto merania 3.3. Použité prístroje Pri meraní sme použili zvukomer značky NORSONIC, ktorý je zobrazený na obrázku 39. NORSONIC NOR-140 je presný impulzný integračný zvukomer, ktorý meria s váhovými filtrami A a C. Jeho dynamický rozsah je 120 db. Obr. 39 NORSONIC NOR

45 Meranie sme vykonali v dvoch meracích bodoch. Prvý merací bod bol umiestnený 7,5 m od osi koľaje a druhý merací bod bol umiestnený 30 m od osi koľaje. Na obrázku 40 je zobrazený druhý merací bod. Obr. 40 Druhý merací bod 30 m od osi koľaje 3.4. Výsledky merania V nasledujúcej tabuľke sú uvedené parametre prechádzajúcich vlakových súprav počas merania. Tab. 9 Parametre prechádzajúcich vlakových súprav Typ vlaku Počet vagónov Maximálna povolená Smer rýchlosť na danom úseku 1. Rýchlik IC km.h -1 Košice - Kysak 2. Osobný vlak 4 60 km.h -1 Košice - Kysak 3. Rýchlik IC 7 70 km.h -1 Kysak - Košice 4. Osobný vlak 7 60 km.h -1 Kysak - Košice 5. Rýchlik IC 7 70 km.h -1 Kysak - Košice 6. Osobný vlak 5 60 km.h -1 Košice - Kysak 7. Nákladný vlak km.h -1 Košice - Kysak 45

46 Pri spracovaní výsledkov sme pracovali s programom Nor-Xfer a s programom NorReview. Nasledujúca tabuľka uvádza ekvivalentnú hladinu A- zvuku v prvom a druhom meracom bode. Tab. 10 Ekvivalentná hladina A-zvuku v prvom a druhom meracom bode Typ vlaku L Aeq,T v prvom meracom bode L Aeq,T v druhom meracom bode 1. Rýchlik IC 79,2 db 73,1 db 2. Osobný vlak 81,8 db 75,5 db 3. Rýchlik IC 85,6 db 80,1 db 4. Osobný vlak 82,9 db 77,7 db 5. Rýchlik IC 79,8 db 75,4 db 6. Osobný vlak 83,0 db 59,8 db 7. Nákladný vlak 82,8 db 76,9 db 3.5. Vyhodnotenie Na nasledujúcich dvoch grafoch sú znázornené prejazdy rýchlikov IC v prvom a druhom meracom bode. Prvý rýchlik mal 10 vagónov a druhý a tretí rýchlik mali 7 vagónov. Maximálna povolená rýchlosť na danom úseku pre rýchliky je 70 km.h -1. Obr. 41 Prejazdy rýchlikov IC v prvom meracom bode 46

47 Obr. 42 Prejazdy rýchlikov IC v druhom meracom bode Nasledujúce grafy znázorňujú prejazdy osobných vlakov v prvom a druhom meracom bode. Pri meraní prejazdu tretieho osobného vlaku bola potrebná výmena batérie v druhom meracom bode čo spôsobilo, že merací prístroj nezaznamenal hodnoty potrebné pre vyhodnotenie. Prvý osobný vlak mal 4 vagóny, druhý osobný vlak mal 7 vagónov a tretí osobný vlak mal 5 vagónov. Maximálna povolená rýchlosť na danom úseku pre osobné vlaky je 60 km.h -1. Obr. 43 Prejazdy osobných vlakov v prvom meracom bode 47

48 Obr. 44 Prejazdy osobných vlakov v druhom meracom bode Nasledujúce grafy znázorňujú prejazd nákladného vlaku. Nákladný vlak mal 34 vagónov. Maximálna povolená rýchlosť na danom úseku pre nákladné vlaky je 45 km.h -1. Obr. 45 Prejazd nákladného vlaku v prvom meracom bode 48

49 Obr. 46 Prejazd nákladného vlaku v druhom meracom bode 49

50 4. Tvorba hlukových máp základných situácií a komparácia výsledkov modelovania V tejto kapitole sa venujeme tvorbe hlukových máp v programe CadnaA a komparácii výsledkov modelovania. Na nasledujúcom obrázku je zobrazený výstup z programu CadnaA pre rýchlik, ktorý mal dĺžku 254 m a išiel rýchlosťou 70 km.h -1. Prvý merací bod sme umiestnili 7,5 m od osi koľaje a druhý merací bod 30 m od osi koľaje. Šíreniu hluku nebránili žiadne prekážky. Obr. 47 Šírenie hluku zo železničnej dopravy 4.1. Hlukové mapy Na nasledujúcich obrázkoch sú hlukové mapy niektorých základných situácií. Obrázok na pravej strane (PS) znázorňuje prejazd vlakovej súpravy po zemi a obrázok na ľavej strane (ĽS) prejazd po moste. Výsledky v meracích bodoch sú uvedené v tabuľke. 1. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška imisných bodov: 2 m - výška lesa: 30 m. 50

51 Tab. 11 Výsledky prvej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Výsledok [db] 78,4 75,1 63,0 66,5 60,0 63,5 2. Situácia Vstupné údaje: Obr. 48 Prvá situácia - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška imisných bodov: 2 m, - výška lesa: 30 m, - asfaltová cesta Tab. 12 Výsledky druhej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Výsledok [db] 76,2 74,6 70,4 72,0 62,7 65,7 51

52 Obr. 49 Druhá situácia 3. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška imisných bodov: 2 m, - výška lesa: 30 m, - asfaltová cesta. Tab. 13 Výsledky tretej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Štvrtý bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Výsledok [db] 74,3 73,4 69,1 70,3 61,0 62,5 59,2 62,4 Obr. 50 Tretia situácia 52

53 4. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - výška kopca: 70 m, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška imisných bodov: 2 m. - výška mosta: 22 m, Tab. 14 Výsledky štvrtej situácie Prvý bod Druhý bod Simulácia PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Za kopcom Za kopcom Výsledok [db] 69,8 71,8 36,9 39,3 5. Situácia Vstupné údaje: Obr. 51 Štvrtá situácia - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška kopca: 70 m, - výška imisných bodov: 2 m, - výška lesa: 30 m. Tab. 15 Výsledky piatej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Za kopcom Za kopcom Výsledok [db] 72,9 73,2 54,8 60,6 36,2 39,5 53

54 Obr. 52 Piata situácia 6. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - výška kopca: 150 m, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška imisných bodov: 2 m. - výška mosta: 22 m, Tab. 16 Výsledky šiestej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Na kopci Na kopci Za kopcom Za kopcom Výsledok [db] 74,4 73,8 66,0 67,6 32,8 34,2 Obr. 53 Šiesta situácia 54

55 7. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - rozmer domu: 13 x 17 x 12 m, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška imisných bodov: 2 m. - výška mosta: 22 m, Tab. 17 Výsledky siedmej situácie Prvý bod Druhý bod Simulácia PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Za domom Za domom Výsledok [db] 74,5 73,8 63,4 67,0 8. Situácia Vstupné údaje: Obr. 54 Siedma situácia - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška imisných bodov: 2 m, - 10 domov o rozmeroch: 13 x 17 x 12 m, - výška lesa: 30 m. 55

56 Tab. 18 Výsledky ôsmej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Simulácia PS ĽS PS ĽS PS ĽS Vzdialenosť od trate [m] Za domami Za domami Výsledok [db] 71,6 62,9 58,9 51,4 49,5 44,8 Obr. 55 Ôsma situácia 9. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška mosta: 22 m, - výška imisných bodov: 2 m, - bariéra má výšku 2,5 m. Tab. 19 Výsledky deviatej situácie Prvý bod Druhý bod Vzdialenosť od trate [m] 7 15 Výsledok [db] 75,0 64,5 56

57 Obr. 56 Deviata situácia 10. Situácia Vstupné údaje: - rýchlosť vlaku: 70 km.h -1, - dĺžka vlaku: 255 m, - výška imisných bodov: 2 m, - bariéra má výšku: 2,5 m. Tab. 20 Výsledky desiatej situácie Prvý bod Druhý bod Tretí bod Vzdialenosť od trate [m] Za domami Výsledok [db] 65,5 56,8 50,5 Obr. 57 Desiata situácia 57

58 V nasledujúcich troch tabuľkách sú zobrazené situácie prejazdov vlakov a ich vstupné údaje. Prvá tabuľka je pre rýchlik IC, druhá pre osobné vlaky a tretia pre nákladný vlak. Oproti obrázku 47 pribudli dve vedľajšie cesty, ktoré nie sú veľmi frekventované a les po oboch stranách trate. Výška stromov je vo všetkých prípadoch 30 m. Tab. 21 Hlukové mapy pre rýchliky IC Typ vlaku Vstupné údaje Hluková mapa 1. Rýchlik IC Dĺžka vlaku: 254 m Rýchlosť: 70 km.h -1 Lôžko: štrkové 2. Rýchlik IC Dĺžka vlaku: 175 m Rýchlosť: 70 km.h -1 Lôžko: štrkové 3. Rýchlik IC Dĺžka vlaku: 175 Rýchlosť: 70 km.h -1 Lôžko: štrkové 58

59 Tab. 22 Hlukové mapy pre osobné vlaky Typ vlaku Vstupné údaje Hluková mapa 1. Osobný vlak Dĺžka vlaku: 96 m Rýchlosť: 60 km.h -1 Lôžko: štrkové 2. Osobný vlak Dĺžka vlaku: 175 m Rýchlosť: 60 km.h -1 Lôžko: štrkové 3. Osobný vlak Dĺžka vlaku: 123 m Rýchlosť: 60 km.h -1 Lôžko: štrkové 59

60 Tab. 23 Hluková mapa pre nákladný vlak Typ vlaku Vstupné údaje Hluková mapa 1. Nákladný vlak Dĺžka vlaku: 887 m Rýchlosť: 45 km.h -1 Lôžko: štrkové 4.2. Porovnanie výsledkov V tabuľke 24 je porovnanie výsledkov merania pri kameňolome Hradová a výsledkov z programu CadnaA. Tab. 24 Porovnanie výsledkov Typ vlaku Meranie CadnaA Prvý bod Druhý bod Prvý bod Druhý bod Rýchlik IC 1. 79,2 73,1 77,8 72, ,6 80,1 83,9 78, ,8 75,4 79,9 74,3 Osobný vlak 1. 81,8 75,5 79,9 74, ,9 77,7 82,5 76, ,0 59,8 81,0 75,4 Nákladný vlak 1. 82,8 76,9 80,1 74,5 60