Konzept-Bausteine für ein Monitoring des Schienenverkehrslärms · Dr.-Ing. Matthias Jelinski, IVE mbH, Hannover Dipl.-Ing Sascha Nesterow, TU Berlin, FG Schienenfahrzeuge Mainz,

Dr.-Ing. Matthias Jelinski, IVE mbH, Hannover

Dipl.-Ing Sascha Nesterow, TU Berlin, FG Schienenfahrzeuge

Mainz, 9. Oktober 2014

Konzept-Bausteine für ein Monitoring des Schienenverkehrslärms

Fachgebiet Schienenfahrzeuge

Ingenieurgesellschaft fürVerkehrs-und Eisenbahnwesen mbH

Inhalt

Bild 1Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms

(UFOPLAN) 3712 54 100 im Auftrag des UMWELTBUNDESAMTES09.10.2014

Unterscheidung von Konzept-Bausteinen

• Ziele und Randbedingungen

• Ableitung von Anforderungen

Beispiele für ausgewählte Konzept-Bausteine

• Festlegung: Anzahl und Lage erforderlicher Messstellen im Eisenbahnnetz

• Notwendige Systeme

• Messung und Auswertung der Zugvorbeifahrten

Kurz-Vorstellung des Vorhabens (UFOPLAN) 3712 54 100

� «Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms»

Inhalt

Bild 1.1Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms











Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms



Vorhaben (UFOPLAN) 3712 54 100

Projektziele und Arbeitsplan

• Auftraggeber • Forschungsnehmer

Beginn 10/2012

AP 4 – AP 6AP 1 – AP 3 AP 7 + AP 8

Kosten- und

Wettbewerbs-

bedingungen

untersuchen

Sektorinterne

Hemmnisse

identifizieren und

analysieren

Lösungsansätze

entwickeln und

Realisierbarkeit

abschätzen

Umsetzungskonzeption

• Monitoring

• Anreizsysteme

Abschluss 5/2016

Dr. Weinandy Prof. Mitusch Prof. Hecht Prof. Siefer Prof. Pache

Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms



Vorhaben (UFOPLAN) 3712 54 100

Projektziele und Arbeitsplan

• Auftraggeber • Forschungsnehmer

Beginn 10/2012

AP 4 – AP 6AP 1 – AP 3 AP 7 + AP 8

Kosten- und

Wettbewerbs-

bedingungen

untersuchen

Sektorinterne

Hemmnisse

identifizieren und

analysieren

Lösungsansätze

entwickeln und

Realisierbarkeit

abschätzen

Umsetzungskonzeption

• Monitoring

• Anreizsysteme

Abschluss 5/2016

Dr. Weinandy Prof. Mitusch Prof. Hecht Prof. Siefer Prof. Pache

Inhalt

Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms(UFOPLAN) 3712 54 100 im Auftrag des UMWELTBUNDESAMTES

09.10.2014










Konzeption Monitoring Schienenverkehrslärm



Konzept-Bausteine

Ziele,Strategien

Verfahren, Organisation

Technische Randbedingungen

TechnischeAnforderungen

Ausbildung Messstelle, Netzwerk, …

Rechtlicher Rahmen

Entw

icklu

ngsr

ichtu

ng

TOP

Down

Entw

icklu

ngsrich

tung

Bottom

Up

Monitoring des Schienen(güter)verkehrslärms für…



Ziel 2: Identifikation lauter Güterwagen

• Zuordnung: Schalldruckpegel – Wagen

• Information der EVU/Wagenhalter

• Überwachung im

laufenden Bahnbetrieb

Ziele, Strategien

Ziel 1: Erfassung des Schienenlärms

• Ist-Zustands, Langzeittrends

• Darstellung (zukünftiger)

Verbesserungen

• Überprüfung der Lärmkartierung

� Technische Innovationen

� Ergriffene Maßnahmen

� Fahrzeug-Instandhaltung

�Sanktionsregime: Boni, Strafzölle

�Betriebsbeschränkungen

Monitoring des Schienen(güter)verkehrslärms für…



Ziele, Strategien

Tech

nisch

eAnfo

rderu

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Rech

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Klä

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edarf

Bete

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geringer

höher


• Zuordnung: Schalldruckpegel – Wagen

• Information der EVU/Wagenhalter

• Überwachung im

laufenden Bahnbetrieb


• Ist-Zustands, Langzeittrends

• Darstellung (zukünftiger)

Verbesserungen

• Überprüfung der Lärmkartierung

Monitoring des Schienen(güter)verkehrslärms durch…



Technische Randbedingungen

�Grenz-/ Eingreifwerte für Lärm

�Achsabstände

�Schnittstellen für Vernetzung

Fahrwegseitige Messung

Notwendige Systeme: Grundausstattung einer Messstelle

• Schallmessung durch 2 Mikrofone

• Achsdetektoren �Steuerung des Auswertezeitraums

�Bezug Schallmessung – Zugvorbeifahrt

� Erkennen von Gv, Pv, Wagen

�Verkehrsaufkommen

�Züge, Wagen

• Auswertesystem und

-algorithmen

• Kommunikationssystem

Anforderungen an ein Monitoringsystem – Top-Down



Ziele, Strategien

Reproduzierbarkeit der

Messungen

• Doppel-/ Mehrfach-Auswertung

� Zentrale Datenhaltung

• Beobachtungzeitraum

� Datenarchivierung

Betreibermodelle

• Empfehlung: Öffentlicher Betreiber

� Daten-Zugriff, Datenschutz

Überwachungsdichte

• Anzahl und Lage

der Stationen im Netz

Verfahren, OrganisationRechtlicher Rahmen

Technische Anforderungen

Anforderungen an ein Monitoringsystem – Top-Down + Bottom-Up



Technische Anforderungen

Ergänzungssysteme

• Kommunikationssysteme,

notwendige Schnittstellen

• Datenarchivierung für

Langzeit-Untersuchungen

• Identifikationssysteme:

Zug, Fahrzeug, Wagen

• Technischer Daten-Server

Ziele, StrategienTechnische Randbedingungen

Messstelle, Akustikmodul

• Örtlichkeit

• Infrastruktur der Station

• Gleislage

• Gleisabklingrate (TDR)

• Schienenrauheit

�Normiertes Umfeld

� Instandhaltung: Messstelle + Gleis

Inhalt


09.10.2014










Grobkonzeption fahrwegseitiges Monitoringsystem



Erforderliche Messstellen im

Eisenbahnnetz

• Lage im Netz

� Eisenbahnbetrieblich sinnvoll

• Anzahl der Messstellen

� Zwei Ansätze

� Ziele des Monitorings

Aufkommen des SGV

• Quellen: IVE, destatis,

DB-Veröffentlichungen

• Stand 2013

• Anzahl Güterzüge:

ca. 895,61 Mio. Züge

Anzahl und Lageder Stationen im Netz

Bild 8.109.10.2014Strategien zur effektiven Minderung

des Schienengüterverkehrslärms

Aufkommen des SGV

• Quellen: IVE, destatis,

DB-Veröffentlichungen

• Stand 2013

• Anzahl Güterzüge:

ca. 895,61 Mio. Züge

�Verkehrsleistung: Zug-km

Grobkonzeption Monitoringsystem


Bild 909.10.2014

1. Ansatz: 15 Stationen

• Verteilung im Netz

• Ziel 1: Erfassung des Lärms

Aufkommen des SGV

• Stand 2013

Strategien zur effektiven Minderungdes Schienengüterverkehrslärms

Erforderliche Messstellen


Bild 9.1 09.10.2014




Aufkommen des SGV

• Stand 2013

Abgleich

Schienenverkehrslärm

• Nächtliche Schall-

emissionen 2012

• Quelle: DB Umwelt-

zentrum, ISU LENa




Bild 9.2 09.10.2014

Anteil der erfassten

Verkehrsleistung

• Verkehrsleistung: Zug-km

• Keine Beachtung von

Mehrfach-Messungen




� 15 Stationen: 69% der Zug-km




Bild 9.309.10.2014


Verkehrsleistung


• Keine Beachtung von

Mehrfach-Messungen









Bild 1009.10.2014Strategien zur effektiven Minderung

des Schienengüterverkehrslärms


Verkehrsleistung


2. Ansatz: Zugverfolgung

• Doppel- / Mehrfach-

Auswertung

• Ziel 2: Identifikation

�Streckenabschnitte


Bild 10.109.10.2014


Verkehrsleistung


� Anteil an der Gesamtleistung

2. Ansatz: Zugverfolgung

• Doppel- / Mehrfach-

Auswertung

• Ziel 2: Identifikation

� 8 Abschnitte: 52 % der Zug-km

� 16 Stationen


�Streckenabschnitte


Ausstattungsvarianten der Messstelle



Subsysteme an einer Messstelle

Notwendige Arbeiten

• Kalibrierung + System-Check

• Instandhaltung Gleis

7,5 m 7,5 m

1,2 m ü. SO

1,2 m ü. SO

• Akustikmodul

• Energie + Infrastruktur

• Kommunikationssystem

LST

• Identifikationssystem

• Schnittstellen, z. B. LST

Netzwerk-Umgebung für alle Messstellen



Einmal-Entwicklungen

• Bildauswerte-Software

• Schnittstellen

Fahrzeug-/ Wagen-Datenbanken

Personale

• Auswertung Akustik

• Verwaltung / Instandhaltung

des Systems• Datenbank «Akustik»

• Auswerte-Server

«Überwachung»

• Technischer

Daten-Server

Alle Messstellen

• Ergebnisse

• Lebens-

zeichen

Subsysteme der Umgebung

Lösungsansätze




• Empfehlung: Messaufbau

nach TSI Noise

• Bestimmung des Vorbeifahrt-

pegels LAeq für gesamten Zug

nach TSI Noise

• Bestimmung des Tag-, Abend-,

Nacht-Pegel LDEN

nach TA Lärm

�Akustischer Zustand des Gleises

nach TSI Noise nicht zwingend

notwendig

� «Leise» Wagen kaum einen

Einfluss auf Vorbeifahrtpegel

-300

-200

-100

0

100

200

300

Mik

rofo

nsi

gn

al [

mV

/Pa

]

1

2

3

4

5

6

Ach

ssig

na

l [V

]

-5 0 5 10 15 20 25 30

s

0

5

10

15

20

25

Zeit

[s]

0 1 2 3 4 5Frequenz [kHz]

40

50

60

70

80

Sch

alld

ruck

peg

el [

dB]

Messung und Auswertung einer Zugvorbeifahrt



Mikrofon

Achsdetektion

Mikrofon- und Achssignal

Frequenzverlauf

Schallpegelverlauf

60

65

70

75

80

85

90

Sch

alld

ruck

pe

ge

l [d

B(A

)]

-5 0 5 10 15 20 25 30Zeit [s]

Beispiel: 4-achsige Lok, 1 × 4-achsiger Aufenthaltswagen, 15 × Sggrss-Wagen (6-achsige Gelenkwagen)am 02.04.2014 zwischen Waidbruck und Klausen (Südtirol), V ≈ 75km/h


Bild 15 Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms


Vorbeifahrt (apl=0,20)LAeq=89,2 dB(A) (LAeq,80=90,1 dB(A))

60

65

70

75

80

85

90

Sch

alld

ruck

pe

ge

l [d

B(A

)]

-5 0 5 10 15 20 25 30Zeit [s]

TSI-Grenzwert (Neubau)

LAeq=83 dB(A)

TSI-Grenzwert(Erneuerung)LAeq=85 dB(A)

Achssensoren

Beispiel: 4-achsige Lok, 1 × 4-achsiger Aufenthaltswagen, 15 × Sggrss-Wagen (6-achsige Gelenkwagen)am 02.04.2014 zwischen Waidbruck und Klausen (Südtirol), V ≈ 75km/h


Bild 15.1 Strategien zur effektiven Minderung des Schienengüterverkehrslärms


60

65

70

75

80

85

90

Sch

alld

ruck

pe

ge

l [d

B(A

)]

-5 0 5 10 15 20 25 30Zeit [s]

• Beispiel: Sggrss

• Wagenscharfe Messung

LAeq, Wagen= 83 dB(A)

• Achsscharfe Messung

mit Impulszeitbewertung

� nicht nach TSI

LAeq,1 = 81,7 dB(A)

LAeq,2 = 81,9 dB(A)

LAeq,3 = 77,8 dB(A)

LAeq,4 = 77,8 dB(A)

LAeq,5 = 87,2 dB(A)

LAeq,6 = 87,5 dB(A)Achssensor

Lösungsansätze




• Empfehlung: Messaufbau nach TSI Noise

• Gleiszustand nach TSI Noise (Schienenrauheit, Abklingrate)

• Wagen- oder Achsscharfe Detektion

• Bestimmung von Eingreifwerten

� für die Information

der EVU und Wagenhalter

� für Boni oder Strafzölle

�Grenzwerte nach TSI Noise

nicht geeignet

�Akustische Neutralität der

Nachbarwagen kann nicht

gewährleistet werden

• Kurzer Zeitbereich bei der Vorbeifahrt (neue Zeitbewertung)

� Frequenzanalyse zur Detektion von tonhaltigen Geräuschen

Zusammenfassung Monitoringsystem



Konzept-Bausteine für ein Monitoringsystem

• Ableitung technischer Anforderungen

Grobkonzeption für ein fahrwegseitiges Monitoring

• Lage der Messstellen im Netz

• Notwendige Anzahl von Messstellen

�Ausrichtung des Monitoringsystem auf die Zielsetzung

• Ziel 1 «Erfassung»

• Ziel 2 «Identifikation lauter Güterwagen»

�Festlegung eines rechtlichen Rahmens und von Standards

Dr.-Ing. Matthias Jelinski, IVE mbH, Hannover

Dipl.-Ing Sascha Nesterow, TU Berlin, FG Schienenfahrzeuge

Mainz, 9. Oktober 2014

Konzept-Bausteine für ein Monitoring des Schienenverkehrslärms

Fachgebiet Schienenfahrzeuge

Ingenieurgesellschaft fürVerkehrs-und Eisenbahnwesen mbH

Kostenhochrechnung für eine Messstelle

Bild 1809.10.2014

Subsystem Investitions-kosten

in [€]

LebensdauerRevisions-zeitraumin [a]

Laufende Kosten

in [€]

Energie und Infrastruktur 20.000 20 12.000

Akustikmodul,Erst-Kalibrierung und Installation

70.000 6 15.000

Identifikationssystem mit intelligenter Videotechnik

80.000 5 10.000

Kommunikationssystem mit netzwerkfähiger Datenverbindung

15.000 5 2.000

Instandhaltung der Messstelle mit Kalibrierung und System-Checks

2.000

Instandhaltung der Gleise 15.000

Kosten-Ansätze für eine Messstelle 185.000 56.000

Summe für 16 Messstellen 2,96 Mio. 896.000


Kostenhochrechnung Monitoringsystem

Bild 1909.10.2014

Datenbank Akustik 60.000 3 195.000

Auswerte-Server Überwachung 60.000 3 5.000

Entwicklung Bildauswerte-Software 100.000 4 0

Schnittstellen zur Fz-Identifikation 50.000 250.000

Technischer Daten-Server 35.000 3 140.000

Summe 305.000 590.000

Subsystem Investitions-kosten

in [€]

LebensdauerRevisions-zeitraumin [a]

Laufende Kosten

in [€]

Summen 3,265 Mio. 1,486 Mio.

Ansatz Netzwerk-Umgebung

Kostenansätze Monitoring


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