På vej til reduceret støjforurening og jernbanesikkerhedsforstærkere

Med flere mennesker på vej til bæredygtig højhastighedstog, vil reduktion af støjforurening og sofistikeret trafikstyring øge adoptionen.

Fløjten, der kommer ned ad sporene, er lyden af ​​Europas jernbanerenæssance. På vej rundt i svinget er øget brug af højhastighedstogtransport, som lover at reducere vejtrafikken og at begrænse skadelige emissioner. Biler er store syndere i luftforurening og tegner sig for 14,5 % af Europas samlede kulstofemissioner. Omkring halvdelen af ​​flyvningerne i Europa er korte ture på mindre end 1.500 km, hvilket genererer mange flere emissioner end den tilsvarende rejse med jernbane.

Den europæiske Green Deal-politik indeholder planer om at fordoble højhastighedstog inden 2030 og tredoble den inden 2050. I øjeblikket flyttes 75 % af godset ad vej, så godstransporten med jernbane er indstillet til at fordobles i 2050.

At gøre togene mere konkurrencedygtige med vej- og flyrejser betyder markedsreformer og forbedringer af passageroplevelsen samt infrastrukturelle opgraderinger. At prioritere bæredygtig jernbanetransport lover betydelige fordele, men desværre kommer det med usynlige farer i sig selv og ikke kun for passagererne.

Lav frekvens

En af de mindre kendte farer ved jernbanetransport er den slags støjforurening, som ingen kan høre. Uhørlige lavfrekvente jordvibrationer udgår fra det rullende materiel på jernbanen, når det passerer. Ud over at påvirke den strukturelle integritet af nærliggende infrastruktur, kan disse vibrationer have en skadelig effekt på folks helbred og forårsage hovedpine, træthed og endda irritabilitet hos mennesker, der oplever dem.

"Lige nu er det muligt at reducere vibrationer ved at lægge gummipuder under skinnerne," sagde Giovanni Capellari, medstifter af Phononic Vibes. "Det system er okay for nye jernbaner, fordi man kan sætte dem ind under byggeriet." Hans virksomhed har specialiseret sig i støj- og vibrationsteknologi. For en eksisterende jernbanestrækning er gummipuder meget dyre, fordi man skal fjerne skinnerne for at installere dem, ifølge Capellari.

BioMetaRail-projektet forsker i og udvikler specielle neddykkede barrierer, der kan placeres langs sporet for at absorbere vibrationerne. Barrierevæggene er afhængige af deres form for deres støjreducerende ydeevne snarere end materialets egenskaber.

Kendt som metamaterialer, har disse syntetiske kompositmaterialer designeregenskaber, der ikke findes i naturen. Deres interne strukturer er konstrueret til at interagere med lavfrekvente lydbølger fra et passerende tog for at fange og isolere mod dem.

"Grundlæggende er ideen, at vi bruger former, der har nogle resonanseffekter ved frekvenser, der er typiske for vibrationer i jernbanesektoren," sagde Capellari. I denne sammenhæng er frekvensen af ​​vibrationer typisk mellem 30 og 60 Hertz. Resultatet er et design til en to gange tre meter betonkonstruktion, der ligner et stort vindue.

Dette fungerer for meget lave frekvenser, hvilket er meget godt for jernbanetog. Derudover kunne "vinduesruderne" opdeles i endnu mindre størrelser for at fange et bredere frekvensområde.

Særpræget design

Hvis panelerne ikke havde deres karakteristiske form og design og blot var plader af beton, ville de ikke være i stand til at standse togets jordbårne vibrationer lige så effektivt som BioMetaRails barrierer. For at lette installationen er det ikke nødvendigt at løfte jernbanelinjen, da disse paneler kan indsættes i jorden langs sporet som et nedsænket hegn for at beskytte klynger af boliger eller bygninger.

Forskerholdet undersøger også det ideelle materiale, tykkelse og størrelse af barriererne for deres vibrationsdæmpende effekter.

Capellaris BioMetaRail-projekt er en udløber af BOHEME-projektet, som står for Bio-Inspired Hierarchical MetaMaterials. BOHEME undersøger og udvikler forskellige typer af mekaniske metamaterialer inspireret af principper, der findes i naturen.

Fra edderkoppespind til skalhvirvler, BOHEME karakteriserer naturlige systemer og studerer deres mulige anvendelser. "Målet er at tage resultaterne fra BOHEME og forsøge at forstå den bedste geometri (for skinnebarriererne) i betragtning af markedet, omkostningerne, produktionen og installationen," sagde Capellari.

"Det næste skridt er at gå på markedet," sagde han, samt opnå certificering for den vibrationsblokerende intervention. "Der er ikke sådan et system på markedet lige nu."

I sidste ende vil disse paneler beklæde jorden langs sporet i boligområder, hvilket gør det muligt for jernbanenettet at øge deres togtrafik markant uden at påvirke mennesker og bygninger i nærheden negativt.

I 2021 blev det foreslået at øge hastighedsbegrænsningerne på tog fra det transeuropæiske transportnet til 160 km/t eller mere i 2040. Stigende jernbanetrafik gør det også afgørende, at netoperatører er i stand til at overvåge hele længden af ​​deres jernbaner i realtid. Akustisk overvågning kan hjælpe med at nå begge disse mål.

Richard Aaroes Next Generation Rail Technologies har udviklet en passiv lytteanordning, der kan give jernbaneoperatører en tidlig advarsel om forhindringer på banen. Det kan endda forudsige, hvad obstruktionen højst sandsynligt er, og hvor den kan blive fundet. SAFETRACK-projektet arbejder på et selvstændigt system for at 'give nøjagtige advarsler i realtid om alt, hvad der sker på infrastrukturen,' sagde Aaroe.

Systemet består af sensorer, som opfanger vibrationer på banen, og software, der identificerer, hvor på banen lyden stammer fra, og hvad der kunne have forårsaget den.

Avanceret mikrofon

"På en måde er det en meget, meget sofistikeret mikrofon," forklarede Aaroe. De akustiske vibrationer på banen, som opfanges af sensorerne, har et "unikt fingeraftryk." Lyden af ​​en gren, der falder på sporet, er forskellig fra et mudderskred. Aaroes virksomhed har opbygget et "bibliotek" af disse jernbaneakustiske fingeraftryk.

Han sammenligner teknologien med, når ubåde bruger sonar til at detektere overfladeskibe ved at opfange dens akustiske signatur. "I dag har den teknologi udviklet sig, så du ikke kun kan opfange, at der passerer et fartøj, men du kan opfange typen af ​​motor, selve fartøjets klasse, hastigheden, retningen og så videre," Aaroe sagde.

De samme principper gælder for skinneakustik. "Hver hændelse har en unikhed, og det har vi identificeret, og så kan vi rapportere dette til enten toglederen, operatøren eller endda lokomotivføreren selv."

Sensorerne er relativt små, omtrent på størrelse med en smartphone. En installation omfatter fire sensorer, en på hver skinne på banen og så yderligere to 10 meter længere hen ad banen. Fordi lyd bevæger sig gennem solide skinner meget bedre end gennem luft, kan en sensorpakke registrere akustiske vibrationer fem kilometer i hver retning.

Teknologien er i øjeblikket ved at blive afprøvet af nationale jernbanenetværk i Storbritannien, Tyskland og Spanien, og den vil snart blive implementeret i yderligere tre lande, ifølge Aaroe.

Den Europæiske Union er forpligtet til at øge sin jernbanetransport som en del af den europæiske grønne aftale, som har til formål at gøre Europa til det første CO2-neutrale kontinent i 2050. Efterhånden som flere mennesker vælger jernbane frem for biler, vil teknologi, der gør togene mere sikre og støjsvage vigtig. + Udforsk yderligere

Hvordan fremtidige tog kan være mindre støjende