NAPREDNE METODE DIGITALNE OBRADE SIGNALA
Projektni zadatak
Analiza ravnosti vozne površine tračnica i buke
tračničkih vozila
Ana Bulović, 0036434983
Filip Lemić, 0036435725
Mislav Jordanić, 0036437163
Sadržaj
1. Uvod ................................................................................................................................................ 3
2. Ispitivanje buke tračničkih vozila ..................................................................................................... 4
3. Analiza ravnosti vozne površine tračnica ........................................................................................ 7
4. Analiza buke tračničkih vozila ........................................................................................................ 11
5. Upute za pokretanje programa ..................................................................................................... 15
6. Zaključak ........................................................................................................................................ 15
7. Literatura ....................................................................................................................................... 16
1. Uvod
Iako, povijesno gledano, buka u okolišu i njen štetan utjecaj nisu novost, u novije vrijeme, razvojem
tehnologije i samog čovječanstva, ovaj oblik onečišćenja okoliša prepoznat je kao popriličan problem
cjelokupnog svjetskog društva. Zaštita od prekomjernog djelovanja buke u okolišu tako je s
vremenom postala veoma bitan čimbenik prilikom projektiranja građevina, strojeva i uređaja.
Rezultat te povećane pažnje prema problemu buke je niz propisa i normi koje moraju zadovoljiti kako
novoprojektirani vlakovi i pruge, tako i oni starije proizvodnje. Problem buke uzrokovane kretanjem
tračničkih vozila bit će detaljnije opisan u nastavku ovoga rada. Za sada je dovoljno iznijeti dvije važne
činjenice. Prva među njima je ta da ovaj problem nije u potpunosti istražen te da su mjerenja i
proračuni buke, za dio europskih zemalja pa tako i za nas, novost. Druga važna činjenica je da su
određeni propisi već stupili na snagu, kako u Europskoj Uniji, tako i u Hrvatskoj. Ukoliko Hrvatska želi
biti konkurentna s proizvodima i ukoliko se uopće želi s njima prezentirati na tržištu, proizvodi moraju
zadovoljavati propise i zahtjeve koje tržište određuje. Samim time, i sva, u novije vrijeme,
projektirana tračnička vozila moraju zadovoljiti sve tehničke zahtjeve koji se na njih postavljaju. Jedan
od njih je i zahtjev da se emisijske vrijednosti razina buke, uzrokovane kretanjem vozila u prethodno
definiranim uvjetima, nalaze unutar dopuštenih granica. Radi ispunjenja tog zahtjeva potrebno je
provesti tipsko ispitivanje buke. Kako bi rezultat ispitivanja bio mjerodavan potrebno je provjeriti
prethodno definirane uvjete pod kojima ispitivanje treba biti obavljeno, što podrazumijeva kontrolu
stanja gornjeg ustroja kolosijeka na navedenim dionicama, odnosno testiranje ravnosti površine
tračnica. U ovom je radu u tom pogledu izračen program za ispitivanje stanja kolosijeka i utvrđivanje
može li kolosijek biti mjerodavan za ispitivanje emisijskih razina buke vlakova. Također, drugi dio
projektnog zadatka uključuje ispitivanje same buke koju proizvode tračnička vozila.
2. Ispitivanje buke tračničkih vozila
O problemu buke u okolišu te njenom štetnom utjecaju na čovjeka ozbiljnije se počelo govoriti 30-tih
godina 19-og stoljeća. Zbog same činjenice da je buka svaki neželjeni zvuk u prirodi može se zaključiti
da buka postoji otkad je čovjeka. Ipak, tek je razvojem industrije i prometa buka postala ozbiljan
problem za čovjekovo zdravlje. Povećanjem razina buke u okolišu buka također postaje izvor
nezadovoljstva stanovništva te javnost postaje sve svjesnija tog problema. To je rezultiralo
postupnim uvođenja propisa za ograničavanje razina zvuka na mjestima emisije. Jedan od bitnih
dokumenata je „Future Noise Policy, European Commission Green Paper“, značajan kao prekretnica u
Europskoj politici prema buci u okolišu, upućuje na ozbiljnost ovog problema. Navedeni dokument
daje procjenu da je 1996. godine 20% stanovništva zapadne Europe živjelo u područjima
ambijentalne buke više od 65 dB, a čak 60% u područjima gdje je razina buke viša od 55 dB [1].
Naravno, ovakve procjene su dovele do niza reakcija, kako javnosti tako i stručnjaka diljem Europe, te
je uz zajedničku suradnju zemalja članica konačno formirana jedinstvena politika prema buci u
okolišu. Rezultat je stigao vrlo brzo i to Direktivom Europske komisije 2002 godine.
„Environmental Directive on the Assessment and Management of Environmental Noise 2002/49EC“,
poznatija pod skraćenim nazivom „Environmental Noise Directive (END – direktiva 2002/49/EC)“
donesena je u lipnju 2002. godine. Direktiva vrlo jasno pristupa problemu buke u okolišu te zahtjeva
sprječavanje, izbjegavanje i smanjivanje štetnih posljedica ambijentalne buke. Temeljni zahtjevi
direktive su usklađivanje postupaka izrada karata buke, određivanje ukupnog broja stanovnika
izloženih prekomjernim razinama buke te informiranje javnosti i Europske komisije o postojećem
stanju i financiranju mjera (izrada i provođenje akcijskih planova) za upravljanje ambijentalnom
bukom. Preciznije, za željezničke uprave i sustave održavanja infrastrukture, izrada karata buke i
akcijskih planova znači da moraju razmisliti na koji će način reducirati buku na dopuštene razine.
Logično pitanje koje se tada postavlja je koju metodu primijeniti jer su pojedine zemlje članice
Europske unije već razvile svoje metode proračunavanja razina buke. Kako jedinstvena metoda još
nije donesena, od strane Europske komisije propisane su tzv. INTERIM metode koje služe izradi
karata buke dok se projektima HARMONOISE i IMAGINE ne razvije jedinstvena metoda. Za željeznicu
je tako u prijelaznom periodu propisana nizozemska nacionalna metoda. Stoga se u narednim
godinama očekuju mnoge promjene i poboljšanja propisa u ovom području. Željezničke uprave,
proizvođači vozila i mjernih uređaja, državne uprave te razni stručnjaci danas ulažu mnogo sredstava
i vremena u cilju poboljšanja i definiranja jedinstvenih normi.
Stres, remećenje sna, povišenje krvnog tlaka, smetnje u radu želuca, jetre i pluća te oštećenje ili
gubitak sluha samo su neke od mnogih zdravstvenih tegoba direktno povezanih sa prekomjernim
razinama buke. Na ozbiljnost problema upućuje i Europska agencija za sigurnost i zdravlje na poslu za
koju područje vezano uz kardiovaskularne bolesti počinje već s ekvivalentnim razinama od 60 dB, dok
se s bukom razine iznad 90 dB pojavljuju ozbiljni psihološki problemi i oštećenje sluha. Svjetska
zdravstvena organizacija također daje zabrinjavajuće podatke, pogotovo vezano uz prometnu buku za
koju tvrdi da uz buku razine 70 dB nepovratno uzrokuje oštećenje sluha.
Osnovni izvori buke u okolišu su promet i industrija, koji su prema istraživanjima iz Njemačke 2000.
godine činili čak 84% ukupnih smetnji. Najproblematičniji je dakako cestovni promet koji prema istim
procjenama uzrokuje 47% smetnji, dok željeznički promet zauzima tek treće mjesto sa 12% smetnji
iza zračnog prometa s udjelom od 14% [1]. Iako glavnina europskog stanovništva zapravo trpi
posljedice buke nastale od cestovnog prometa te je udio zračnog i željezničkog prometa nešto manji,
oni dakako ne mogu biti zanemareni. Naprotiv, zbog kompleksnosti razdvajanja utjecaja
infrastrukture i vozila te definiranja jedinstvenih vrijednosti dolazi do poteškoća prilikom definiranja
graničnih vrijednosti. Iz tog se razloga danas sve više pažnje posvećuje poboljšanjima postojećih
propisanih metoda mjerenja i proračuna buke nastale od željezničkog prometa.
Prvi korak u kontroli buke željezničkog prometa je identificirati dominantan izvor, što
proizlazi iz činjenice da vibracije u prometu mogu nastati na više lokacija. Dakle, postoji više različitih
izvora buke kod željeznice te u različitim situacijama dominacija izvora može varirati. Smetnje tako
mogu biti uzrokovane, na primjer, signalizacijom vlakova prilikom prelaska križanja u razini ili raznim
redovitim operacijama na postajama unutar urbanih sredina. Vibracije koje uzrokuju prekomjerne
razine buke pak nastaju konstantno, kretanjem vlakova po željezničkoj pruzi. Takva buka je predmet
promatranja u ovom radu, a u grubo se može podijeliti na buku nastalu radom lokomotive,
interakcijom kotača i tračnica te aerodinamičku buku. Bitno je spomenuti i buku uzrokovanu
prolaskom vlaka preko mostova te cviljenje nastalo klizanjem vijenca kotača po rubovima tračnica.
Ukoliko se ispituje buka unutar vozila, već navedenom treba dodati primjerice rad klima uređaja i
ventilatora. Ipak, najvažniji izvor buke kod željezničkog prometa su obično vibracije uzrokovane
interakcijom kotača i tračnice tijekom kotrljanja po ravnom putu. Poseban značaj u toj interakciji dan
je neravnosti kotača i voznoj površini tračnice. Ona uzrokuje okomite vibracije kotača i tračničkog
sustava s obzirom na njihova dinamička svojstva. Relevantne valne duljine na voznoj površini tračnice
kreću se u granicama od 5 – 500 mm, te su glavni izvor problema. U toj interakciji neravnost vozne
površine tračnica nije jedini problem, odnosno hrapavost kotača također ima značajan utjecaj. Česta
su pojava i oštećenja kotača, s valnim duljinama 40 – 80 mm, nastala uslijed pritiska čelične papuče
kočionog sustava, što značajno doprinosi stvaranju vibracija. Najčešća varijanta je neravnost i jednog
i drugog elementa interakcije, a učinkovito ispitivanje buke treba uočiti oba problema i predložiti
rješenja. Svojevrstan pokazatelj važnosti ov
kretanja vlakova brzinama od 40 km/h do 250 km/h. Do 40 km/h kao dominantan izvor smatra se rad
motora lokomotive, dok je to za pruge velikih brzina, iznad 250 km/h, aerodinamička buka.
Nakon što je identificiran dominantan izvor, sljedeć
buke. Kako je već rečeno, interakcijom
elementu, stoga je potrebno posvetiti pažnju rješavanju oba sl
većim utjecajem na smanjenje buke samo jednog elementa rezultat u vidu smanjenja ukupne razine
buke neće biti očekivani. Na primjer, ukoliko oba elementa sudjeluju u ukupnoj razini buke približno
jednako, smanjenje od 10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u
ukupnom pogledu. Ova činjenica je veoma bitna jer prisiljava na dodatna istraživanja vezana uz
ravnost i tračnica i kotača, a ne samo
Slika
i drugog elementa interakcije, a učinkovito ispitivanje buke treba uočiti oba problema i predložiti
rješenja. Svojevrstan pokazatelj važnosti ovog izvora je i činjenica da je dominantan izvor u području
kretanja vlakova brzinama od 40 km/h do 250 km/h. Do 40 km/h kao dominantan izvor smatra se rad
motora lokomotive, dok je to za pruge velikih brzina, iznad 250 km/h, aerodinamička buka.
dominantan izvor, sljedeće je ustanoviti doprinos izvora u ukupnoj razini
interakcijom kotača i tračnice vibracije mogu nastati i u jednom i u drugom
elementu, stoga je potrebno posvetiti pažnju rješavanju oba slučaja. To je vidljivo iz činjenica da
većim utjecajem na smanjenje buke samo jednog elementa rezultat u vidu smanjenja ukupne razine
buke neće biti očekivani. Na primjer, ukoliko oba elementa sudjeluju u ukupnoj razini buke približno
10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u
ukupnom pogledu. Ova činjenica je veoma bitna jer prisiljava na dodatna istraživanja vezana uz
ravnost i tračnica i kotača, a ne samo koncentraciju na jedno od njih [1,3].
Slika 1. Interakcija kotača vlaka i
površine tračnica
i drugog elementa interakcije, a učinkovito ispitivanje buke treba uočiti oba problema i predložiti
og izvora je i činjenica da je dominantan izvor u području
kretanja vlakova brzinama od 40 km/h do 250 km/h. Do 40 km/h kao dominantan izvor smatra se rad
motora lokomotive, dok je to za pruge velikih brzina, iznad 250 km/h, aerodinamička buka.
je ustanoviti doprinos izvora u ukupnoj razini
kotača i tračnice vibracije mogu nastati i u jednom i u drugom
učaja. To je vidljivo iz činjenica da
većim utjecajem na smanjenje buke samo jednog elementa rezultat u vidu smanjenja ukupne razine
buke neće biti očekivani. Na primjer, ukoliko oba elementa sudjeluju u ukupnoj razini buke približno
10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u
ukupnom pogledu. Ova činjenica je veoma bitna jer prisiljava na dodatna istraživanja vezana uz
3. Analiza ravnosti vozne površine tračnica
Udio buke izazvane i interakcijom kotača i tračnice tijekom kotrljanja po voznoj površini tračnica, u
odnosu na ukupnu razinu buke, uvelike ovisi o stanju vozne površine. Stoga su tipska ispitivanja ovog
problema naravno neizbježna. Ovime se ispitivanjem želi naglasiti kako nije dovoljno posvetiti
pozornost samo konstrukciji vozila, jer tada rezultati mjerenja razina buke ne mogu biti mjerodavni i
ne predstavljaju objektivne razine buke koje je uzrokovalo vozilo. Ispitivanje ravnosti vozne površine
mora biti provedeno u sklopu ovakvih mjerenja te se mora uzeti u obzir utjecaj eventualnih
nepravilnosti kako bi eventualni zaključci bili uopće mjerodavni.
Važeća EN ISO 3095:2005 norma propisuje potrebno stanje ispitnog poligona. Kod mjerenja
geometrije kolosijeka i ravnosti vozne površine tračnica radi daljnjeg ispitivanja vanjske buke, norma
određuje minimalnu duljinu ispitnog poligona. Ta duljina treba iznositi najmanje dvije dužine
udaljenosti mjernog uređaja od osi kolosijeka i s lijeve i s desne strane. Ukoliko je za tu dužinu
odabrano 7.5 m, također po propisima iste norme, tada duljina ispitnog poligona iznosi samo 25 m.
Naravno da je takav ispitni poligon prekratak, pogotovo za ispitivanja emisijskih razina buke brzih
vlakova. Problem je uočen brzo nakon objave norme, nakon čega su pokrenuta istraživanja u svrhu
dopune postojećih propisa. Direktivom ''Technical specification for interoperability (TSI) for noise
aspects of conventional rolling stock (2006/66/EC)'', koja je nastala zbog uklanjanja postojećih
nedostataka, minimalna duljina poligona za ovakva ispitivanja iznosi 100 m. Također preporuka je i
lociranje poligona za ispitivanje u pravcu vidljivog sa položaja mjernog uređaja razina buke [6,7].
Slika 2. Digitalno kolosiječno mjerilo GRAW DTG-1435
Kontrola geometrije kolosijeka prevedena je preciznim mjerenjem digitalnim kolosiječnim mjerilom
GRAW DTG-1435 (Slika 3). Navedeni uređaj posebno je proizveden za ovakva mjerenja širine tračnica
i skretnica te visinske razlike između lijeve i desne tračnice. Prije samog mjerenja uređaj nije
potrebno kalibrirati, a prilikom mjerenja već sadrži potrebnu temperaturnu kompenzaciju [8]. Uređaj
na svakih metar duljine, položen okomito na osi tračnica, očitava širinu kolosijeka i odstupanja visine
tračnica. Podaci se potom, odgovarajućim računalnim programom, prebačeni s uređaja u XML
datoteku, nakon se pristupa njihovoj obradi izvedenoj u ovom radu. Obrada ravnosti tračnica izvodi
se računalnim programom MATLAB.
Kao što je već rečeno, referentne podatke i način obrade neravnosti vozne površine donosi norma BS
EN ISO 3095:2005 (Railway applications-Acoustics-Measurement of noise emitted by railbound
vehicles). U dijelu norme pod nazivom Annex A navedene su referentne razine neravnosti razine
neravnosti (engl. Roughness level) u odnosu na tercne valne duljine (Slika 3).
Slika 3. Referentne razine neravnosti
Ukoliko su izračunate razine neravnosti ispod zadane referentne razine, može se pristupiti mjerenju
buke koju proizvode tračnička vozila. Razine neravnosti u prije spomenutoj XML datoteci koje daje
uređaj GRAW DTG-1435 prikazane su na slici 4. One sadrže 200 mjerenja po jednom metru dionice
pruge. Obradi podataka pristupa se izračunavanjem Fourierove transformacije vremenskog signala uz
neke preinake. Pošto se ovdje radi o valnim duljinama i pozicijama, a ne o frekvenciji i vremenu dolazi
do promjene mjernih jedinica. Tako vrijeme [s] prelazi u duljinu [m], dok frekvencija [Hz] prelazi u
valne duljine [m-1].
Slika 4. Izgled XML datoteke izmjerenih podataka
Sada obrađeni signal sadrži različite valne duljine neravnina i polumjere svih mjerenja unutar jednog
metra površine tračnica (Slika 5). Spektralna analiza vršena je u tercnim pojasevima (terca je 1/3
oktave) za neravnine valnih duljina od 0,01 m do 0,63 m. Veće vale duljine nisu podržane zbog
nepreciznosti mjernog uređaja. Nakon filtriranja rezultata mjerenja na referentnoj dionici, za svaku
pojedinu duljinu neravnine (tercni pojas) izračunate su efektivne srednje vrijednosti neravnosti r [μm]
po sljedećoj formuli:
��� � ��� � �� �� ��
Za usporedbu rezultata mjerenja s graničnim vrijednostima izračunate su razine neravnosti (engl.
Roughness level) Lr u dB:
�� � 10����� � �����
gdje su:
r – amplitudno odstupanje valnih duljina [μm],
r0 – referentna neravnost 1 μm.
Sve izračunate razine neravnosti za pojedine duljine neravnina uspoređene su s graničnim
vrijednostima. Za prikaz neravnina po mjerenjima i valnim duljinama koristi se STFT, odnosno
Fourierova transformacija na vremenskom otvoru. Vremenski otvor je Hanningov i ima 5 uzoraka.
Potpuni sustav mjerenja ravnosti vozne površine tračnica dan je na slici 5.
Slika 5. Dio programa za analizu ravnosti površine tračnica
Program RAVNOST.m zamišljen je za analizu ravnosti tračnica. Program je podijeljen na dijelove koji
su numerirani na slici 5. Dijelovi su:
1. Ispis učitanih podataka iz XML datoteke. Podaci se učitavaju odabirom željene XML datoteke
za analizu i pritiskom na „Učitaj podatke“. Pritiskom na naredbu „Pokreni“ učitani se podaci
obrađuju i prikazuju grafovima.
2. Prikaz ravnosti vozne površine tračnica prikazuje izmjerene podatke na jednom metru dužine
pruge.
3. Spektralna analiza podataka prikazuje razine neravnosti u odnosu na tercne dužine.
Referentna vrijednost podataka iz norme prikaza je plavom bojom grafa, dok je crvenom
pokazana vrijednost izmjerenih podataka.
4. Iz grafa se mogu očitati vrijednosti neravnina u ovisnosti o valnoj dužini neravnosti i poziciji
mjerenja.
5. Graf također prikazuje ovisnost neravnina o valnoj dužini neravnosti i poziciji mjerenja, ali u
trodimenzionalnom prikazu.
6. U ovom prostoru nalazi se naredba za pohranu obrađenih podataka. Korisnik programa je
dužen unijeti naziv tekstualne datoteke za pohranu i pokrenuti naredbu „Pohrani podatke“.
Program će tada podatke (opis mjerenje, srednje efektivne neravnosti, itd.) pohraniti u
tekstualnu datoteku. Ako tekstualna datoteka koju je korisnik unio ne postoji program će je
stvoriti.
Označavanjem oznaka u gornjem lijevom uglu svake slike korisnik će dobiti povećani prikaz slike u
kojem je moguće dobiti različite poglede na sliku (povećavanje, ispitivanje vrijednosti, rotacija,
itd.).
4. Analiza buke tračničkih vozila
Ukoliko analiza ravnosti vozne površine tračnica daje prikladan rezultat za daljnju analizu može se
pristupiti analizi buke tračničkih vozila. U skladu sa propisima, uređaj za mjerenje buke postavljen je
na udaljenosti 7.5 m od osi kolosijeka sa mikrofonima na visini 1.2 m i 3.5 m. Prilikom ispitivanja
vlakovi se kreću ispod maksimalne dopuštene brzine na dionici i to brzinama od 50 km/h i 80 km/h.
Takav način mjerenja propisuje norma EN ISO 3095:2005. Pozicija mikrofona prema normi prikazana
je na slici 6.
Slika 6. Pozicije mikrofona prilikom mjerenje buke tračničkih vozila
Buka željezničkog prometa je uglavnom prouzrokovana prolaskom vlakova. Izvor proizvedene buke
ovisan je o brzini prolaska vlakova. Iz slike 7 može se primijeniti da za brzinu prolaska vlaka od 0 do 40
km/h dominantan utjecaj u buci ima vuča vlaka (motor vlaka), dok za brzine prolaska od 40 do 250
km/h dominantan utjecaj ima interakcija kotača i tračnice na buku vlaka, a dok na brzinama iznad 250
km/h dominantan je utjecaj na buku ima aerodinamike. Da se zaključiti da glavni dio buke u
željezničkom prometu je prouzrokovana interakcijom kotača i tračnice.
Kretanje vozila po kolosijeku ostvaruje se putem adhezije tj. na kontaktu dodirnih površina kotača i
tračnice što uzrokuje trošenje vozne površine glave tračnice. Trošenje glave tračnice nije jednoliko
zbog pogrešaka u proizvodnji tako da se na površini tračnice stvaraju neravnine, odnosno
„hrapavost“ koja uzrokuje okomite vibracije. Relativne valne duljine na voznoj površini kreću se u
granicama 5-500 mm, te su glavni izvor problema. No nije jedini problem prije analizirana pojava
neravnina na tračnicama.
Slika 7. Ovisnost razine buke o brzini vlaka
Propisi za svaki test moraju biti ispunjeni što točnije moguće da bi se dobili što objektivniji rezultati
mjerenja. Dozvoljena su mala odstupanja od propisa, ali moraju biti zabilježena u izvještajima tipskih
mjerenja buke. Mjerno mjesto mora biti oslobođeno od prepreka koje bi mogla utjecati na rezultate
mjerenja. Da bi se to postiglo mjerno mjesto mora biti ravno sa odstupanjem u visini od 0 m do -1 m
u odnosu na tračnicu. Slobodni prostor oko mikrofona mora biti barem tri puta veći nego udaljenost
mikrofona od mjesta emisije u svim smjerovima. Prostor mjerenja mora biti oslobođeno od
apsorbirajućih (snijeg, vegetacija,...) ili reflektirajućih (voda, led,...) elemenata. Mora se naglasiti da u
prostoru između mikrofona i mjesta emisije ne smije biti nikakvih objekata niti se smije u tom
području nalaziti ispitivač jer bi mogao utjecati na zabilježene vrijednosti mjerenja. U izvješćima
mjerenja mora biti opisana površina podloge na kojoj se mjeri. Objektivna mjerenja buke mogu biti
samo izvršena ako je brzina vjetra manja od 5km/h u odnosu na mikrofon i ako nema nikakvih
padalina. Temperatura, vlažnost, tlak zraka i brzina vjetra moraju biti zabilježeni (sa mjernim
jedinicama) u izvješću. Treba se voditi računa da u okolini mjerenja nema drugih izvora buke koja bi
mogla utjecati na rezultate mjerenja (npr. promet, industrija).
Slika 8. Primjer zvučnog signala buke tračničkog vozila
Nakon mjerenja razine buke uzrokovana tračničkim vozilom dobivaju se rezultati prikazani na slici 8.
Taj se zvučni zapis obrađuje na način da se otipka frekvencijom uzorkovanja od 44100 Hz. Na taj se
način dobije digitalizirani zvučni zapis, odnosno podaci o amplitudi buke. Podaci se filtriraju na dva
načina. Prvi je obrada podataka usrednjavanjem po formuli:
���� � 17 ���� � 3� � ��� � 2� � ��� � 1� � ���� � ��� � 1� � ��� � 2� � ��� � 3�� Prvim filtriranjem se pokušavaju istaknuti pojedine amplitude buke koje su česte u signalu. Na taj se
način može odrediti od kuda stižu pogreške u vlaku. Drugo filtriranje se radi pomoću DWT
transformacije. Zamišljeno je kao „uklanjanje šuma“ u signalu. Pomoću DWT transformacije
Daubechies 3 filtrom izoliran je šum iz signala. Uzet je samo 5. Aproksimacijski koeficijent koji tada
predstavlja ukupnu srednju razinu buke po dionicama. Na taj se način može odrediti je li buka
zadovoljavajuće niske razine. Osim filtriranja buke, određene su i frekvencije buke. Naime, neke
frekvencije buke su za čovjeka više, a neke manje štetne. Potrebno je smanjiti buku onih frekvencija
štetnih čovjeku. Također, iz frekvencija buke mogu se odrediti mjesta kvarova na tračničkim vozilima.
Frekvencija buke je određena pomoću Fourierove transformacije signala. Također, pomoću
Fourierove transformacije signal na vremenskom prozoru određene su amplitude frekvencije u
određenom vremenu, odnosno dobiven je prikaz vrijeme-frekvencija. Prikaz programa BUKA1.m dan
je na sljedećoj slici.
0 2 4 6 8 10 12
x 105
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25Zvucni zapis
Vrijeme [s]
Vrij
edno
sti s
igna
la
Slika 9. Dio programa za analizu buke tračničkih vozila
1. Ispis učitanih podataka iz zvučne datoteke. Podaci se učitavaju odabirom željene zvučne
datoteke za analizu i pritiskom na „Učitaj podatke“. Pritiskom na naredbu „Pokreni“ učitani
se podaci obrađuju i prikazuju grafovima.
2. Prikaz neobrađenog zvučnog signala.
3. Prikaz signala obrađenog pomoću usrednjavanja ulaznog signala te pomoću DWT
transformacije. Usrednjavanje signala prikazano je plavom bojom, dok je „uklanjanje šuma“
DWT transformacijom prikazano crvenom.
4. Frekvencijska karakteristika signala koja određuje pojavljivanje frekvencija u frekvencijskom
spektru zvučnog signala.
5. Prikaz pojavljivanja frekvencija u vremenu određen pomoću STFT transformacije.
6. U ovom prostoru nalazi se naredba za pohranu obrađenih podataka. Korisnik programa je
dužen unijeti naziv tekstualne datoteke za pohranu i pokrenuti naredbu „Pohrani podatke“.
Program će tada podatke (frekvencije signala, srednja frekvencija, itd.) pohraniti u tekstualnu
datoteku. Ako tekstualna datoteka koju je korisnik unio ne postoji program će je stvoriti.
Kao i u dijelu programa za obradu neravnosti vozne površine, ovdje se također pritiskom na
oznaku u gornjem lijevom dijelu svake slike dobiva veća slika s mogućnošću raznih pogleda na
nju. Dodatak u ovom programu su desne oznake kod slika „Obrađeni signal“ i „Frekvencije u
vremenu (STFT)“. Pritiskom na tu oznaku na slici „Obrađeni signal“ dobiva se ista slika, ali su
vrijednosti signala logaritamske. Ukoliko se ta oznaka pritisne na slici „Frekvencije u vremenu
(STFT)“ dobiva se trodimenzionalni prikaz vrijednosti frekvencija u vremenu.
5. Upute za pokretanje programa
Program se veoma jednostavno pokreće sljedećim naredbama.
1. Pozicioniranje MATLAB-ovog direktorija na direktorij programa.
2. Postavljanje željenih XML podataka u mapu „raw_data“.
3. Postavljanje željenih zvučnih podataka u mapu „raw_noise“.
4. Upis u radni prostor MATLAB-a naredbe NMDOS ili pokretanje skripte NMDOS.m.
6. Zaključak
Dominantna komponenta buke nastale pri kretanju željezničkih vozila je buka nastala interakcijom
tračnice i kotača odnosno buka od kotrljanja vozila (pri brzinama prometovanja od 50 do 300 km/h).
Održavanje tehničke ispravnosti željezničke pruge vrlo je važno s aspekta sigurnosti odvijanja
prometa, udobnosti vožnje te smanjenja dinamičkih opterećenja na vozila i kolosijek. Odabir i stanje
kolosiječne konstrukcije također uvelike utječe na buku koja se širi prostorom uslijed prometovanja
željezničkih vozila. Provjerom ravnosti vozne površine tračnica moguće je odrediti optimalno vrijeme
brušenja tračnica čime se otklanjaju neravnine na površini tračnica te ostvaruje mirna, sigurna i tiha
vožnja. Dionicu za tipska ispitivanja buke potrebno je izabrati na temelju postavljenih uvjeta
(zakrivljenost trase, prisutnost reflektirajućih ploha, konfiguracija terena itd.) te spektralnom
analizom ravnosti vozne površine utvrditi sukladnost izmjerenih vrijednosti normi. Program
napravljen u ovom projektu radi analizu s aspekta geometrije kolosijeka i ravnosti vozne površine
tračnica te samu obradu buke. Autorovo je mišljenje da korištenje Fourierove (FT i STFT), kao i valićne
transformacije (DWT), daje dobre i precizne rezultate. Program je potrebno još doraditi,
implementirati neke dodatne opcije i testirati na moguće pogreške, ali on može poslužiti u svrhu
ispitivanja ravnosti vozne površina tračnica i buke tračničkih vozila.
7. Literatura
[1] E. Verheijen: A survey on roughness measurements, Journal of Sound and Vibration 293, str. 784–
794, 2006.
[2] D.T. Eadie, M. Santoro: Top of Rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate
reduction, Journal of Sound and Vibration, 2006.
[3] S. Lakušić, M. Bogut: Impact of rail weld geometry on tram wheel vibrations, INTER-NOISE '07,
Istanbul, 2007.
[4] HRN EN ISO 3095:2007 Oprema za željeznice – Akustika – Mjerenje buke koju proizvode
željeznička vozila (ISO 3095:2005)
[5] Pravilnik 314 o održavanju pruga i pružnih postrojenja
[6] S.Lakušić, I.Haladin: Kontrola stanja gornjeg ustroja kolosijeka na dionici željezničke pruge Vrpolje
– Ivankovo, Izvještaj Građevinskog fakulteta br. 64-17-19/2010
[7] Meehan, P.A.: Railway Noise and Control, prezentacija, Mech3250 prezentacija
[8] M. Bogut, A. Đureš, Ž. Graho, D. Paljan: Tipsko ispitivanje buke niskopodnog elektromotornog
vlaka, Automatizacija u prometu, 2011.
[9] N. Andraši: Utjecaj ravnosti vozne površine tračnica na buku tračničkih vozila, 2011.