Даже если вокруг не видно других людей, вы, вероятно, будете слышать шум, который они создают. Результаты проведенного в 2019 г. анализа почти 1,5 млн записей, сделанных в 66 национальных парках США, подтвердили наличие антропогенного шума (вызванного человеком и его деятельностью) в 37 % записей. В 77 % из этих записей антропогенный шум как минимум вдвое превышал уровень естественного фонового шума, а в трети из них шум был в 10 раз громче.

США – большая и оживленная страна, но эти записи были сделаны в самых отдаленных районах. В местах, где проживает, работает и развлекается большое количество людей, антропогенный шум быстро стал доминирующим в звуковом ландшафте. А среда с высоким уровнем шума может негативно влиять на здоровье людей.

По оценкам Европейского агентства по охране окружающей среды (EEA), каждый пятый житель континента ежедневно подвергается воздействию шума, уровень которого превышает рекомендации ЕС. Во многих крупных городах доля таких людей вдвое больше. И весь этот шум сказывается на здоровье. По оценкам специалистов, стресс, вызванный хроническим воздействием шума, ежегодно приводит к 48 000 новых случаев заболеваний сердечно-сосудистой системы и к 12 000 смертей в Европе.

Поиск источников шума

Чтобы бороться с вредным шумом, надо сначала найти его источник. Очевидные источники шума — дороги с интенсивным движением и крупные аэропорты. Однако большинство источников вредного и раздражающего шума непостоянны, и их очень сложно точно определить. Один из участников кампании по борьбе с шумом в США несколько месяцев каждую ночь прогуливался и ездил на велосипеде в окрестностях своего дома в Аризоне, пока наконец не обнаружил источник постоянного низкочастотного гудения, которое мешало ему спать. Оказалось, это системы охлаждения близлежащего центра обработки данных.

В настоящее время для поиска источников вредного шума и его устранения местные власти, компании и жители все чаще используют современные технологии. Например, в 2022 г. в Париже начали внедрять систему шумовых радаров. Оснащенные микрофонами устройства устанавливаются на фонарных столбах и регистрируют особо громкие автомобили, мотоциклы и скутеры. Затем камеры используют технологию автоматического распознавания номеров для идентификации машины-нарушителя, владелец которой может быть оштрафован.

Некоторые участники дорожного движения используют датчики и средства анализа, чтобы выявлять и устранять собственные источники шума. Правильно подобранные технологии и системы управления дают возможность убедиться в том, что отслеживание нежелательного шума может сыграть ключевую роль в повышении надежности и экономичности транспортных систем.

На пути к более тихому городу

Кристиан Бёрк занимает должность руководителя отделения рельсовой инфраструктуры компании Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB), которая эксплуатирует трамвайную сеть, состоящую из 199 км путей и 236 станций по всему Кельну, четвертому по величине городу Германии. За пять лет до вступления в эту должность Бёрк занимался внедрением современных цифровых технологий и средств управления в транспортную систему города.

«Для нас шум и вибрация на рельсах представляют большую проблему, — говорит Бёрк. — Во-первых, мы работаем в густонаселенной части города. Если наш транспорт будет слишком шумным, это может причинить беспокойство горожанам. Во-вторых, сильная вибрация, если ее вовремя не устранить, ведет к значительному сокращению срока службы рельсовых путей».

Для нас шум и вибрация на рельсах представляют большую проблему

Кристиан Бёрк, руководитель отделения рельсовой инфраструктуры компании Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB)

В целом трамваи с электроприводом двигаются очень тихо. Шум в основном возникает из-за контакта колес транспортного средства с неровностями рельсовых путей. Обычно такие неровности выявлялись вручную. В KVB использовали отчеты водителей и инженеров по обслуживанию, которые периодически осматривали рельсы в поиске возможных проблем.

Чтобы найти лучшее решение, Бёрк обратился к специалистам по легкорельсовому транспорту в SKF. Компании хорошо знакомы друг с другом: SKF долгое время поставляет компоненты и оборудование для трамвайной сети Кельна. «Я слышал о системе контроля рельсовых путей, которую компания SKF установила в Швеции, — вспоминает Бёрк, — и был уверен, что подобный подход может помочь нам улучшить работу в Кельне».

Через несколько месяцев разработки компания KVB установила систему контроля, основанную на решении SKF, которая уже работает в Гетеборге с 2019 г. Система использует установленные на шести трамваях подшипники с датчиками SKF, которые передают информацию в центр регистрации данных. Когда транспортные средства движутся по своим обычным маршрутам, акселерометры в подшипниках измеряют действующую на колеса вибрацию, а дополнительные микрофоны регистрируют шум колес. Это позволяет локализовать шумные участки рельсовых путей. Данные записываются с помощью регистратора SKF Multilog IMx-Rail и по защищенной беспроводной сети передаются в облачное хранилище SKF.

Когда колеса пересекают неровности рельсовых путей, акселерометры регистрируют их наличие, а также вибрацию. Затем с помощью комбинации данных с датчика GPS-положения и системы измерения пройденного трамваем расстояния специалисты по обслуживанию KVB могут определить точное местоположение потенциальной проблемы даже в туннелях, где отсутствует GPS-сигнал. Интерактивная информационная панель с представлением пиков ускорения в виде точек на карте и поддержкой различных отчетов помогает специалистам по обслуживанию и руководству эффективнее выполнять свою работу.

«Мы используем полученные с датчиков данные тремя способами, — поясняет Бёрк. — Во-первых, можно создавать подробные отчеты о состоянии определенных участков рельсовых путей. Это помогает ремонтным бригадам организовывать регулярные проверки. Во-вторых, можно быстрее реагировать на любые возникающие проблемы и направлять бригады для контроля и устранения проблем сразу после их выявления. Я называю это «уничтожением красных точек», потому что именно так отображаются проблемные места на информационной панели. Наконец, мы используем эти данные, чтобы получить общее представление о том, насколько хорошо такой подход к обслуживанию работает в рамках нашей сети».

Возможные причины неровностей и вибрации — дефекты рельсовых путей, в том числе плохие сварные швы, трещины и износ поверхностей качения. Для устранения таких проблем ремонтные бригады используют различные методы: повтор сварных швов, шлифование неровностей и замену дефектных участков пути.

Скрипящее колесо

Установленные в подшипники датчики вибрации не могут регистрировать все источники нежелательного шума. Другая проблема трамваев — скрип, возникающий при проскальзывании одного или нескольких колес на поворотах. «Скрип может особенно раздражать тех, кто живет или работает рядом с трамвайными путями. «При этом данную проблему всегда было очень сложно определить», — говорит д-р Бернд Бауэр, руководитель отдела оптовых продаж, отвечающий за обучение и сопровождение контрактов, а также за совместную работу KVB и SKF. — Во-первых, шум непостоянен и зависит от листьев или грязи на рельсах, погодных условий и состояния рельсовых путей. Во-вторых, на основе собственного опыта в Гетеборге и испытаний, проведенных в Кельне, нам известно, что акселерометры в подшипниках оптимизированы для измерения звука, распространяющегося в твердых телах, и не очень хорошо регистрируют шум, передаваемый по воздуху, а скрип относится именно к такому виду».

В первой системе для контроля трамваев в Швеции компания SKF решила эту проблему с помощью установки в контролируемых трамваях специальных микрофонов в защитных корпусах. Микрофоны направлены на колеса, они регистрируют скрипы и передают данные с помощью того же регистратора IMx и беспроводной сети, которые используют датчики вибрации.

Для KVB данные с микрофонов добавляются на отдельную карту. Отдел обслуживания клиентов оператора использует эту карту в качестве вспомогательного средства для выявления основных причин шума, о котором сообщают представители общественности. После точного определения местоположения скрипа ремонтные бригады могут подготовить план действий по уменьшению шума, включающий шлифование рельсов или установку системы смазки рельсовых путей на проблемных участках.

Система контроля рельсовых путей в Кельне введена в эксплуатацию примерно год назад, и уже предварительных результатов оказалось достаточно для того, чтобы Бёрк с коллегами начали планировать дальнейшее расширение системы в KVB. «Сегодня у нас есть шесть составов, оснащенных этой системой, и еще два вскоре поступят в эксплуатацию, — говорит Бёрк. — Этого достаточно для получения полезных данных, но это лишь малая часть от нашей трамвайной сети, включающей 360 составов». Распространение подхода на другие транспортные средства позволяет KVB своевременно выявлять и устранять источники шума и вибрации в своей сети наряду с дальнейшим внедрением цифровых технологий, среди которых дистанционный контроль приблизительно 300 систем смазки рельсовых путей компании SKF, применяемых в городе. Результат — более тихая и надежная транспортная система в Кельне и более спокойная жизнь инженеров по обслуживанию компании KVB и жителей города.