|
Miljøprojekt nr. 1014, 2005 Kildestyrkedata for togstøj til Nord2000Indholdsfortegnelse4 Kildestyrkedata til Nord2000 Bilag E - Nord2000 data for andre togtyper Sammenfatning og konklusionerRapporten omhandler støjmålinger på Øresundstog og Metrotog gennemført i efteråret 2004. Rapporten redegør for bearbejdningen af måleresultaterne og forslag til fastsættelse af kildestyrker til brug i den nordiske beregningsmetode for jernbanestøj, Nord2000. 1 Baggrund og formålDen nordiske beregningsmetode for jernbanestøj Nord2000 [1] forudsætter kildestyrkedata for forbikørende tog udtrykt ved lydeffektniveauet pr. 1/3-oktav pr. meter toglængde som funktion af hastigheden. Dette projekt har haft til formål at måle kildestyrken af de to danske togtyper, Øresundstog og Metro, som ikke findes i den nuværende database til Nord2000, samt at bearbejde måledata til et format, som svarer til Nord2000 kildestyrke. 2 Gennemførte målingerDer er gennemført målinger af støj fra forbikørende tog i to retninger ved tre målesteder for Øresundstog og to målesteder for Metro. For hvert målested er der målt på mindst 8 forbikørsler i hver retning. Målestederne er udvalgt som repræsenterende lange, lige strækninger med egnet skinnetilstand og udbredelsesforhold, dvs. omgivet af fladt, porøst terræn. Der er ikke foretaget en identifikation af de enkelte tognumre ved forbikørslerne. Forskelle i hjultilstand mv. for de enkelte tog forudsættes udlignet ved midling af et antal forbikørsler af forskellige tog. Ved målingerne er støjen fra de forbikørende tog registreret på en digital båndoptager via en målemikrofon anbragt i en enkelt måleposition ved hvert målested. Sideløbende er der foretaget radarregistrering af togets fart. Ved den efterfølgende analyse af båndoptagelserne i laboratoriet er dosisniveauet LE pr. 1/3-oktav og det A-vægtede dosisniveau LAE fundet. De gennemførte målinger opfylder de betingelser til målinger, der er angivet i KILDE notat N383 [2]. 2.1 ØresundstogØresundstogene er regionaltogsæt beregnet til kørsel mellem Sjælland og det sydlige Sverige. Øresundstogene er sammensat af op til 5 eldrevne togsæt. Et togsæt består af to motorvogne Litra ET og en mellemvogn Litra FT. Længden af hvert togsæt er 78,9 m. Den maksimale hastighed er 180 km/t. Målingerne har omfattet Øresundstog bestående af ét eller to togsæt. 2.1.1 Målesteder og -betingelserDELTA har foretaget målinger af støjen fra forbikørende Øresundstog ved tre målesteder på Kystbanen mellem København og Helsingør. Målestederne er angivet i Tabel 1. Alle målesteder har dobbeltspor. Ved hvert målested er der alene målt i en position på den ene side af banen. De to spor benævnes henholdsvis nær og fjern ud fra deres afstand til målepositionen. Målingerne er gennemført i efteråret 2004 mellem kl. 9 og kl. 14 i solrigt vejr (14-22°C, skydække 0/8) med vindstille til svag vind fra nord (0-3 m/s). Udvælgelsen af målestederne er foretaget i samarbejde med Banedanmark, der har vurderet skinnetilstanden som værende i orden på de tre målesteder. Det er dog efterfølgende fundet, at målested Nivå, fjern har en ringere skinnetilstand end de øvrige (rifler og skinnepletter) samt en isolering (skinnesamling) i nærheden af målepositionen. Overbygningen er udført med helstøbte betonsveller, ved målestedet Trepile dog med duoblokbetonsveller. Tabel 1: Målesteder for Øresundstog
2.1.2 MåleresultaterDer er i alt foretaget måling af støjen fra 64 forbikørende Øresundstog. Målingerne fordeler sig som anført i Tabel 2. Tabel 2: Antal forbikørende Øresundstog ved de tre målesteder
I Bilag B er de ved målingerne fundne dosisniveauer LE pr. 1/3-oktav og det A-vægtede dosisniveau LAE for alle 64 forbikørende Øresundstog gengivet i tabelform. Ud fra disse data er den normaliserede LAE-værdi som funktion af farten fundet ved korrektion til 100 m toglængde og 10 m afstand til spormidte, jf [2]. Resultaterne er gengivet i Figur 1 og kan sammenlignes med tilsvarende resultater for andre togtyper, se f.eks. [3]. Figur 1: Normaliserede LAE-værdier som funktion af farten for 64 forbikørende Øresundstog
Det fremgår, at en gruppe af data (primært Nivå, fjern) har normaliserede LAE-værdier, der er væsentligt højere end de øvrige forbikørende Øresundstog. For målestedet Nivå, fjern må dette tilskrives skinnetilstanden, herunder evt. bidrag fra skinnesamlingen. Brugen af disse data som grundlag for fastsættelse af kildestyrkedata til Nord2000 er vurderet i Afsnit 4.1. 2.2 MetroMetrotogene er beregnet til kørsel på Metroen i København. Metrotoget er et eldrevet togsæt bestående af to endevogne og en mellemvogn. Togsættene kører kun enkeltvis. Længden af et togsæt er 39,0 m. Den maksimale hastighed er 80 km/t. 2.2.1 Målesteder og –betingelserDELTA har foretaget målinger af støjen fra forbikørende Metrotog ved to målesteder på Metroen. Målestederne er angivet i Tabel 3. Begge målesteder har dobbeltspor. Langs sporene ud mod et omgivende terræn er der på de to målesteder placeret ca.1,2 m høje stenskærme. Ved begge målesteder er der alene målt i en position på den ene side af banen. Målepositionen er placeret umiddelbart over skærmkronen. De to spor benævnes henholdsvis nær og fjern ud fra deres afstand til målepositionen. Målingerne er gennemført i efteråret 2004 mellem kl. 9 og kl. 13 i overskyet vejr (7-8°C, skydække 5-7/8) med svag vind fra øst (2-4 m/s). Målestederne er udvalgt i samarbejde med Rambøll, og skinnetilstanden ved de to målesteder er vurderet at være repræsentativ for Metroens sporanlæg. Overbygningen er udført med helstøbte betonsveller. Tabel 3: Målesteder for Metrotog
2.2.2 MåleresultaterDer er i alt foretaget måling af støjen fra 45 forbikørende Metrotog. Målingerne fordeler sig som anført i Tabel 4. Tabel 4: Antal forbikørende Metrotog ved de to målesteder
I Bilag B er de ved målingerne fundne dosisniveauer LE pr. 1/3-oktav og det A-vægtede dosisniveau LAE for alle 45 forbikørende Metrotog gengivet i tabelform. Ud fra disse data er den normaliserede LAE-værdi som funktion af farten fundet ved korrektion til 100 m toglængde og 10 m afstand til spormidte, jf [2]. Resultaterne er gengivet i Figur 2 og kan sammenlignes med tilsvarende resultater for andre togtyper, se f.eks. [3]. Figur 2: Normaliserede LAE-værdier som funktion af farten for 45 forbikørende Metrotog
Det fremgår, at en gruppe af data (Amager, fjern) har normaliserede LAE-værdier, der er noget højere end de øvrige forbikørende Metrotog. Ifølge Rambøll er det kendt, at der er en markant forskel på støjniveauet fra kørsel på de to spor på Amager. Årsagen hertil er dog endnu ikke fundet. Begge spor er slebet umiddelbart inden Metroens åbning. Brugen af disse data som grundlag for fastsættelse af kildestyrkedata til Nord2000 er vurderet i Afsnit 4.2. 3 Bearbejdede måleresultaterTil brug for Nord2000-beregninger skal de målte dosisniveauer omregnes til kildestyrke udtrykt ved lydeffektniveauet for 1 m toglængde LW,1m pr. 1/3-oktavbånd fra 25 Hz til 10kHz. Kildestyrken udtrykt ved lydeffektniveauet LW,1m pr. 1/3-oktavbånd fra 25 Hz til 10kHz bestemmes ud fra det målte dosisniveau LE som vist i formel (1):
hvor l er toglængden i m, v er farten i km/t, og C(50) er overføringsfunktionen mellem lydeffektniveau og dosisniveau ved en fart på 50 km/t som defineret i formel (2):
Overføringsfunktionen C(50) er beregnet med Nord2000 [4] for det aktuelle terræn mellem tog og måleposition. Ved beregningerne er anvendt default-kildemodellen beskrevet i [1], hvor kildehøjden er 2,5 m over skinnen i frekvensområdet 25 Hz -160 Hz, mens energien er fordelt ligeligt på højderne 0,01 m, 0,35 m og 0,7 m i frekvensområdet 200 Hz -10 kHz. Det ved beregning af C(50) anvendte terræn for de enkelte målesteder og spor samt andre beregningsparametre anvendt i beregningerne er angivet i Bilag A. Måleresultaterne er således bearbejdet til kildestyrker LW,1m pr. 1/3-oktav og LAW,1m. Overføringsfunktionen C(50) for de enkelte målepositioner er gengivet i tabelform i Bilag C. 4 Kildestyrkedata til Nord2000Ifølge Nord2000-metoden skal kildestyrken LW,1m pr. 1/3-oktavbånd udtrykkes ved en fartafhængighed som angivet i formel (3):
hvor v er farten i km/t, mens a og b er konstanter bestemt ved lineær regression. 4.1 ØresundstogResultaterne for Øresundstogene viser en del variationer for de enkelte målesteder (Trepile, Rungsted og Nivå) og spor (nær og fjern). Med de foreliggende måledata fra 64 forbikørende Øresundstog er der således for store variationer, til at a kan bestemmes på en statistisk sikker måde. Det anbefales, at der i stedet anvendes en værdi på a = 30, som er en typisk værdi i det høje frekvensområde. Denne værdi svarer stort set til den fartafhængighed, der observeres for det for målingerne beregnede A-vægtede totale lydeffektniveau LAW,1m, når der ses bort fra resultater, som afviger fra den generelle tendens (alle målinger for det fjerneste spor i Nivå og i alt fire målinger fra de øvrige målesteder). I Figur 3 er de fundne LAW,1m-værdier afbildet som funktion af farten for de målte Øresundstog. Figur 3: LAW,1m-værdier afbildet som funktion af farten for de målte Øresundstog. De data (Nivå, fjern), der nedenfor er foreslået udeladt ved fastsættelse af parameteren b i kildestyrkedata til Nord2000, er vist med udfyldt signatur.
Til bestemmelse af parameteren b er energimiddelværdien beregnet for alle målesteder, og denne værdi er antaget at svare til gennemsnitshastigheden for alle målesteder. Herefter er b fundet ved at korrigere dette resultat til en fart på 100 km/t med fartafhængigheden i formel (3). De herved fundne værdier af b er angivet i Tabel 5. Som ovenfor nævnt er der variationer mellem målesteder og spor, som må formodes at skyldes skinnernes tilstand eller andre lokale forhold. I et enkelt tilfælde (fjerneste spor i Nivå) er der dog konstateret så markant højere støjniveauer, end der er fundet de øvrige steder, at det må overvejes, om disse målinger skal udelades af analysen. Tabel 6 indeholder derfor en bestemmelse af b, når disse værdier udelades. Til illustration af betydningen af at udelade målinger fra datagrundlaget er der i Figur 4 vist de beregnede middelspektre for Øresundstog ved gennemsnitsfarten for de målte forbikørsler, 106 km/t for alle data, 105 km/t for det reducerede datagrundlag Figur 4: Middelspektre for kildestyrke for Øresundstog pr. 1/3-oktav ved gennemsnitsfarten for de målte forbikørsler. Total og reduceret datamængde, jf ovenfor
Variationsområdet for farten i målingerne er ca. 80-120 km/t. Det må anbefales kun at anvende de anførte kildedata inden for dette fartinterval, da nøjagtigheden ved større og mindre fart ikke kan vurderes på det foreliggende grundlag. Tabel 5: Forslag til konstanter til beregning af fartafhængig kildestyrke for Øresundstog, alle data
Tabel 6: Forslag til konstanter til beregning af fartafhængig kildestyrke for Øresundstog, datagrundlag reduceret.
En sammenligning med tidligere bestemte Nord2000 data for andre togtyper, se Bilag E, er foretaget i Figur 5. Figuren viser værdien af b som foreslået for Øresundstog (reduceret datagrundlag) og tidligere fastsat for togtype A og D (IC3 og IR4 togsæt). Figuren repræsenterer kildestyrkespektret ved 100 km/t. Figur 5: Konstanten b pr. 1/3-oktav som foreslået for Øresundstog (reduceret datagrundlag) og tidligere fastsat for togtype A og D (IC3 og IR4 togsæt), se Bilag E
4.2 MetroResultaterne for Metrotogene viser mindre variationer end for Øresundstogene. I tre situationer (nærmeste og fjerneste spor på Frederiksberg og nærmeste spor på Amager) er resultaterne meget ensartede, mens det fjerneste spor på Amager giver 3-6 dB højere værdier. Det er ikke muligt ud fra de indsamlede data at afgøre årsagen hertil, men som nævnt i Afsnit 2.2.2 er det et kendt problem. Med de foreliggende måledata fra 45 forbikørende Metrotog er der for store variationer mellem kildestyrkerne som funktion af farten til at bestemme a på en statistisk sikker måde for de enkelte frekvensbånd. Det anbefales derfor at anvende en værdi på a = 31, som er den observerede fartafhængighed for det A-vægtede totale lydeffektniveau LAW,1m, der beregnes ud fra målingerne, når der ses bort fra resultaterne fra det fjerneste spor på Amager. I Figur 6 er de fundne LAW,1m-værdier afbildet som funktion af farten for de målte Metrotog. Figur 6: LAW,1m-værdier afbildet som funktion af farten for de målte Metrotog. De data (Amager, fjern), der nedenfor er foreslået udeladt ved fastsættelse af kildestyrkedata til Nord2000, er vist med udfyldt signatur.
Parameteren b er bestemt på samme måde som for Øresundstogene. De herved fundne værdier af b er angivet i Tabel 7. Som ovenfor nævnt afviger måledata for det fjerneste spor på Amager fra de øvrige steder. Det må derfor overvejes, om disse målinger skal udelades af bestemmelsen af b. Tabel 8 indeholder derfor en bestemmelse af b, når disse værdier er udeladt. Til illustration af betydningen af at udelade målinger fra datagrundlaget er der i Figur 7 vist de beregnede middelspektre for Metrotog ved gennemsnitsfarten for de målte forbikørsler, 67 km/t for alle data, 69 km/t for reduceret datagrundlag. Figur 7: Middelspektre for kildestyrke for Metrotog pr. 1/3-oktav ved gennemsnitsfarten for de målte forbikørsler. Total og reduceret datamængde, jf ovenfor.
Variationsområdet for farten i målingerne er ca. 50-80 km/t. Det må anbefales kun at anvende kildedata inden for dette fartinterval, da nøjagtigheden uden for dette interval ikke kan vurderes på det foreliggende grundlag. Tabel 7: Forslag til konstanter til beregning af fartafhængig kildestyrke for Metrotog, alle data
Tabel 8: Forslag til konstanter til beregning af fartafhængig kildestyrke for Metrotog, datagrundlag reduceret
5 KonklusionResultaterne af projektets målinger af støj fra forbikørende Øresundstog og Metrotog har ført til forslag til kildestyrkedata til brug for Nord2000-beregninger for de to togtyper. Måleresultaterne viser som ventet store indbyrdes variationer, der primært kan tilskrives skinnetilstanden og andre forhold ved de enkelte spor. Variationerne vanskeliggør bestemmelsen af de to konstanter a og b til angivelse af den fartafhængige kildestyrke pr. 1/3-oktav. Forslagene indeholder således både alternative værdier, hvor de mest afvigende resultater er udeladt, og begrænsninger med hensyn til fartintervaller. 6 Referencer[1] "Nord2000, New Nordic Prediction Method for Rail Traffic Noise", SP Rapport 2001:11, Borås 2001 [2] "Jernbanestøy. Dokumentation av togstøydata for nordisk reknemetode for jernbanestøy (NoJe94)", KILDE notat N383, Voss 1993 [3] "Måling af støj fra danske tog", DELTA Rapport AV 1008/97, Lyngby 1997 [4] "Nord2000. Comprehensive Outdoor Sound Propagation Model. Part 1: Propagation in an Atmosphere without Significant Refraction", DELTA Report AV 1849/00, Lyngby 2001 [5] "Kildestyrker af danske tog" (in Danish), DELTA Acoustics & Vibration, Report AV 1554/98, Lyngby 1998 Kontakter vedrørende udvælgelse af målesteder: Øresundstog: Michael Hansen, Banedanmark Metro: Max Vibæk, Rambøll Bilag A BeregningsparametreDer er regnet med en sporhøjde på 0,2 m over terræn (ballast), og både ballast og det øvrige terræn er regnet at have en strømningsmodstand på 200000 Nsm-4. Terrænets form er angivet i de følgende tabeller for hvert målested og spor. Terrænet er ikke direkte opmålt, men vurderet i forbindelse med udførelse af målingerne. I tabellerne er X afstanden målt vinkelret på sporet fra midten af nærmeste spor, mens Z er terrænets højde. For det fjerneste spor er skinnerne for det nærmeste spor medtaget som en del af terrænet. Positive X-værdier betyder, at terrænpunktet er på samme side som målemikrofonen og negative værdier på modsat side. Det er forudsat, at terrænets form ikke ændrer sig langs sporene. Kilderne er regnet placeret over den nærmeste skinne svarende til den laveste X-værdi i tabellerne, men målemikrofonen er placeret ved den højeste X-værdi. Mikrofonens højde over terræn er regnet at være 1,2 m for Øresundstogene (Trepile, Rungsted, Nivå) og 1,45 for metroen (Frederiksberg og Amager). I beregningerne for Metrotog er den lydudbredelsesmæssige effekt af skærmene langs de to spor ignoreret. Målemikrofonen var anbragt over den ene skærm, og det vurderes, at denne skærm ikke havde indflydelse på det målte lydtrykniveau. I beregningerne er togets passage simuleret ved at opdele strækningen i en række punktkilder horisontalt langs den nærmeste skinne. Den samlede kildestrækning, som indgår i beregningerne, er ±5 gange den korteste afstand mellem skinne og mikrofon. Denne strækning er opdelt i 51 punkter (25 på hver side af det nærmeste punkt). Herved bliver afstanden mellem punkterne den korteste afstand divideret med 5. De øvrige udbredelsesparametre er:
Trepile, nærmeste spor
Trepile, fjerneste spor
Rungsted, nærmeste spor
Rungsted, fjerneste spor
Nivå, nærmeste spor
Nivå, fjerneste spor
Frederiksberg, nærmeste spor
Frederiksberg, fjerneste spor
Amager, nærmeste spor
Amager, fjerneste spor
Bilag B MåledataMåledata Øresundstog, 3 målesteder, nærmeste spor Måledata Øresundstog, 3 målesteder, fjerneste spor Måledata Metrotog, 2 målesteder, nærmeste spor Måledata Metrotog, 2 målesteder, fjerneste spor Måledata Øresundstog, 3 målesteder, nærmeste spor Måledata Øresundstog, 3 målesteder, fjerneste spor Måledata Metrotog, 2 målesteder, nærmeste spor Måledata Metrotog, 2 målesteder, fjerneste spor Bilag C OverføringsfunktionOverføringsfunktion, Øresundstog, 3 målesteder Overføringsfunktion, Metrotog, 2 målesteder Overføringsfunktion, Øresundstog, 3 målesteder Overføringsfunktion, Metrotog, 2 målesteder Bilag D MåleudstyrVed målinger og analyse er der anvendt det nedenfor anførte måleudstyr.
Bilag E Nord2000 data for andre togtyperDette bilag indeholder omregnede kildestyrkedata for en række danske togtyper. Omregningen er udført i 2002, men endnu ikke indarbejdet i Nord2000 [1], hvor siderne skal erstatte det nuværende Annex A4. A.4 Denmark The Danish data have been taken from [5] planned to be included in the present Nordic model, and converted to dB/m using eq. (2) in that model. The Danish train types and corresponding designation codes are: Passenger train sets: A: Diesel trains (IC3) Locomotive-driven trains: B: Diesel passenger trains with MZ or ME locomotive(MZ/P, ME/P) Local trains: F2,F3: S-trains 2nd and 3rd generation 1/3 octave data have been obtained from interpolation between the octaves and then normalized to the correct octave band sound power level. Provisionally, as [5] only covers 63-4000 Hz, 31.5 Hz has been chosen as the value at 63 Hz and 8000 Hz as the value at 4000 Hz minus 10 dB. At the boundaries 25 Hz and 10000 Hz have been given the values at 31.5 Hz and 8000 Hz, respectively. Table A.4.1: Input data for Danish trains
As the sound power levels in [5] were obtained using different propagation and source models compared to Nord2000, they have been corrected for ground effect. The source model to be used for the Danish trains corresponds to the model given for Norwegian trains in Nord2000, Table A.3.2.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
