减少噪音污染和铁路安全放大器的轨道上

随着越来越多的人走上可持续高速铁路的轨道，减少噪音污染和复杂的交通管理将促进采用。铁轨上的哨声是欧洲铁路复兴的声音。即将到来的是高速铁路运输的增加，这有望减少道路交通并遏制有害排放。汽车是空气污染的罪魁祸首，占欧洲碳排放总量的 14.5%。欧洲大约有一半的航班是短途旅行，距离不到 1,500 公里，这比同等的铁路旅行产生的排放要多得多。

欧洲绿色协议政策的特点是计划到 2030 年将高铁翻一番，到 2050 年翻一番。目前，75% 的货物通过公路运输，因此到 2050 年铁路货物运输将翻一番。

使火车在公路和航空旅行中更具竞争力意味着市场改革和乘客体验的改善以及基础设施的升级。优先考虑可持续的铁路运输有望带来巨大的好处，但不幸的是，它本身也带来了看不见的危险，而不仅仅是对乘客而言。

低频

铁路运输鲜为人知的危害之一是无人能听到的噪音污染。铁路上的机车车辆在经过时会发出听不见的低频地面振动。除了影响附近基础设施的结构完整性外，这些振动还会对人们的健康产生不利影响，导致人们出现头痛、疲劳甚至易怒。

“现在，可以通过在轨道下方放置橡胶垫来减少振动，”Phononic Vibes的联合创始人 Giovanni Capellari 说。“该系统适用于新铁路，因为您可以在施工期间将它们放入。” 他的公司专门研究噪音和振动技术。Capellari 表示，对于现有的铁路线，橡胶垫非常昂贵，因为您必须拆除轨道才能安装它们。

BioMetaRail项目正在研究和开发特殊的水下屏障，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，具有自然界中没有的设计特性。它们的内部结构经过精心设计，可以与经过的火车的低频声波相互作用，以捕获和隔离它们。

“基本上，我们的想法是我们使用的形状在铁路部门振动的典型频率下具有一些共振效应，”Capellari 说。在这种情况下，振动频率通常在 30 到 60 赫兹之间。结果是设计了一个 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，这对铁路列车非常有用。此外，“窗格”可以分成更小的尺寸以捕获更广泛的频率。

独特的设计

如果面板没有其独特的形状和设计，而仅仅是混凝土板，那么它们将无法像 BioMetaRail 的屏障那样有效地阻止火车的地面振动。为了便于安装，无需提升铁路线，因为这些面板可以像下沉的栅栏一样插入轨道旁边的地面，以保护房屋或建筑物群。

研究小组还在研究屏障的理想材料、厚度和尺寸，以发挥其减振效果。

SAFETRACK 项目的传感器可以检测铁路轨道上的振动，并确定声音在轨道上的来源以及可能导致声音的原因。图片来源：© NGRT SL

Capellari 的 BioMetaRail 项目是 BOHEME 项目的一个分支，代表 Bio-Inspired Hierarchical MetaMaterials。BOHEME 研究和开发受自然界中发现的原理启发的不同类型的机械超材料。

从蜘蛛网到贝壳螺纹，BOHEME 描绘了自然系统并研究了它们的可能应用。“我们的目标是从 BOHEME 获得结果，并尝试了解考虑市场、成本、生产和安装的最佳几何形状(用于铁路护栏)，”Capellari 说。

“下一步是进入市场，”他说，并获得防振干预的认证。“目前市场上没有这样的系统。”

最终，这些面板将铺设在住宅区轨道旁边的地面上，使铁路网络能够显着增加其火车交通量，而不会对附近的人和建筑物产生不利影响。

2021 年，有人提议到 2040 年将泛欧运输网络列车的速度限制提高到 160 公里/小时或更高。增加铁路交通也使得网络运营商能够实时监控其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有关轨道障碍物的早期预警。它甚至可以预测最有可能的障碍物是什么，以及它可能在哪里被发现。SAFETRACK项目正在开发一个独立系统，以“对基础设施上发生的任何事情提供准确的实时警告，”Aaroe 说。

该系统包括传感器，用于检测轨道上的振动，以及识别声音在轨道上的位置以及可能导致声音的原因的软件。

精密麦克风

“在某种程度上，它是一个非常非常复杂的麦克风，”Aaroe 解释道。传感器接收到的轨道上的声学振动具有“独特的指纹”。例如，树枝落在轨道上的声音与泥石流不同。Aaroe 的公司建立了这些铁路声学指纹的“图书馆”。

他将这项技术与潜艇使用声纳通过拾取声波特征来探测水面舰艇的情况进行了比较。“今天，这项技术已经发展到你不仅可以知道有一艘船经过，还可以知道发动机的类型、船只本身的类别、速度、方向等等，”Aaroe说。

同样的原理也适用于轨道声学。“每个事件都有其独特性，我们已经确定了这一点，然后我们可以将其报告给列车控制员、操作员甚至司机自己。”

传感器相对较小，约为智能手机的大小。一个装置包括四个传感器，一个在轨道的每条轨道上，然后另一个在轨道上 10 米处。由于声音在实心轨道中的传播比在空气中传播的效果要好得多，因此一个传感器包可以检测到每个方向 5 公里的声学振动。

据 Aaroe 称，该技术目前正在英国、德国和西班牙的国家铁路网络中进行试验，并将很快在另外三个国家部署。

作为欧洲绿色协议的一部分，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。随着越来越多的人选择铁路而不是汽车，使火车更安全、更安静的技术将越来越多重要的。