欧洲轨道交通噪声控制及铁路安全识别器

欧洲轨道交通噪声控制及铁路安全识别器

越来越多地采用高速铁路运输，有望减少公路交通和控制有害排放。汽车排放是空气污染问题的重中之重，占欧洲碳排放总量的14.5%。欧洲大约一半的航班都是短途飞行，航程不到1500公里，这比同等距离的铁路旅行产生更多的排放。

欧洲绿色协议（Green Deal）政策的特点是，计划到2030年将高速铁路增加一倍，到2050年增加两倍。目前，75%的货物是通过公路运输的，因此，到2050年，通过铁路运输的货物将翻一番。

让火车比公路和航空旅行更具竞争力意味着市场改革、改善乘客体验以及基础设施升级。优先考虑可持续的铁路运输可以带来巨大的好处，但不幸的是，它本身也有看不见的危险，不仅仅是对乘客。

低频

铁路运输不太为人所知的危害之一是没有人能听到的噪声污染。听不清的低频率的地面振动是由铁路上的车辆发出的。这些振动不仅会影响附近基础设施的结构完整性，还会对人们的健康产生有害影响，导致人们头痛、疲劳甚至易怒。

Phononic Vibes的联合创始人Giovanni Capellari说：“现在，通过在铁轨下放置橡胶垫来减少振动是有可能的。”“对于新铁路来说，这个系统没问题，因为你可以在建设期间安装它们。”他的公司专门从事噪声和振动技术。Capellari说，对于现有的铁路线来说，橡胶垫非常昂贵，因为你必须拆除轨道才能安装它们。

BioMetaRail项目正在研究和开发一种特殊的下潜式障碍物，它可以部署在轨道旁边，以吸收振动。屏障墙的降噪性能依赖于它们的形状，而不是材料的特性。

这些合成复合材料被称为超材料，具有自然界中不存在的设计特性。它们的内部结构被设计成与经过的火车的低频声波相互作用，从而捕捉和隔离它们。

Capellari说：“基本上，我们的想法是使用在铁路部门典型振动频率上具有一些共振效应的形状。”在这种情况下，振动的频率通常在30到60赫兹之间。设计的结果是一个2*3米的混凝土结构，类似于一个大窗户。

这适用于非常低的频率，这对铁路列车非常好。此外，“窗玻璃”可以被分成更小的尺寸，以捕捉更广泛的频率范围。

独特的设计

如果这些面板没有独特的形状和设计，只是简单的混凝土板，它们将无法像BioMetaRail的屏障那样有效地阻止火车通过地面传播的振动。为了便于安装，不需要提升铁路线路，因为这些面板可以像下沉的围栏一样插入轨道旁边的地面，以保护住宅或建筑物群。

该研究小组还在研究理想的材料、厚度和尺寸，以达到减振效果。

SAFETRACK项目的传感器可以捕捉到铁路轨道上的振动，并识别出声音的来源和原因

Capellari的BioMetaRail项目是BOHEME项目的一个分支，BOHEME是Bio-Inspired Hierarchical MetaMaterials的简称。BOHEME研究和开发了不同类型的机械超材料，其灵感来源于自然界中发现的原理。

Capellari说：“我们的目标是从BOHEME的研究结果出发，考虑到市场、成本、生产和安装等因素，试图理解（铁路屏障）的最佳几何形状。”“下一步是进入市场，”他说，以及获得振动阻断干预措施的认证。“目前市场上还没有这样的体系。”

最终，这些面板将沿着居民区的轨道排列在地面上，使铁路网在不影响附近居民和建筑的情况下显著提高铁路交通。

2021年有人提议，到2040年将跨欧洲运输网络列车的限速提高到160公里/小时或更高。不断增加的铁路交通也使得网络运营商能够实时监控铁路的整个长度变得至关重要。声学监测可以帮助实现这两个目标。

Richard Aaroe的下一代铁路技术公司（Next Generation Rail Technologies）开发了一种被动监听设备，可以为铁路运营商提供关于轨道上障碍物的早期预警。它甚至可以预测最有可能的阻碍是什么，以及它可能在哪里被发现。Aaroe说，SAFETRACK项目正在开发一个独立的系统，“对发生在基础设施上的任何事情提供准确的实时预警”。

该系统由传感器和软件组成，传感器可以捕捉轨道上的振动，软件可以识别轨道上声音的来源和可能的原因。

复杂的麦克风

“在某种程度上，这是一个非常非常复杂的麦克风，”Aaroe解释说。传感器捕捉到的轨道上的声波振动具有“独特的指纹”。例如，树枝落在轨道上的声音与泥石流的声音截然不同。Aaroe的公司建立了一个铁路声纹“图书馆”。

他将这项技术比作潜艇使用声纳通过接收声音信号来探测水面舰艇。Aaroe说：“今天，技术已经进步，你不仅可以探测到有船只经过，还可以探测到引擎的类型、船只本身的级别、速度、方向等等。”

同样的原理也适用于轨道声学。“每个事件都有其独特性，我们已经确认了这一点，然后我们可以向列车控制员、操作人员甚至司机本人报告。”

这些传感器相对较小，只有智能手机大小。该装置包括四个传感器，一个在轨道的每一根轨道上，另两个沿轨道10米远的地方。因为声音在固体轨道上的传播比在空气中要好得多，一个传感器包可以探测到每个方向5公里外的声音振动。

这项技术目前正在英国的国家铁路网络中进行试验，据Aaroe称，该系统很快将在另外三个国家部署。

作为欧洲绿色协议的一部分，欧盟致力于发展其铁路运输，该协议旨在到2050年使欧洲成为第一个碳中和的大陆。随着越来越多的人选择铁路而不是汽车，让火车更安全、更安静的技术将变得越来越重要。

信息源于：techxplore

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