---

ZAŁĄCZNIK I

WSKAŹNIKI HAŁASU

określone w art. 5

1.   Definicja dzień–wieczór–noc L den

Poziom dzień–wieczór–noc Lden w decybelach (dB) ustala się według następującego wzoru:

gdzie:

gdzie:

i gdzie:

Wysokość punktu pomiaru Lden zależy od przeznaczenia wyników pomiaru:

2.   Definicja wskaźnika hałasu dla pory nocnej

Wskaźnik hałasu dla pory nocnej Lnight jest długookresową, ważoną dźwiękiem A średnią poziomu dźwięku zgodną z definicją zawartą w ISO 1996-2: 1987, ustaloną dla wszystkich pór nocnych w roku,

gdzie:

3.   Uzupełniające wskaźniki hałasu

W niektórych przypadkach może być korzystne stosowanie dodatkowo do Lden i Lnight, i, odpowiednio, Lday i Levening, specjalnych wskaźników hałasu i związanych wartości granicznych. Poniżej podano niektóre przykłady:

---

ZAŁĄCZNIK II

METODY OCENY NA POTRZEBY USTALANIA WSKAŹNIKÓW HAŁASU

(o których mowa w art. 6 dyrektywy 2002/49/WE)

1.   WPROWADZENIE

Wartości Lden i Lnight ustala się na stanowiskach oceny za pomocą obliczeń zgodnych z metodą omówioną w rozdziale 2 oraz danymi wyszczególnionymi w rozdziale 3. Pomiarów można dokonywać zgodnie z rozdziałem 4.

2.   WSPÓLNE METODY OCENY HAŁASU

2.1.    Przepisy ogólne – hałas w ruchu drogowym, ruchu kolejowym oraz działalności przemysłowej

2.1.1.    Definicje wskaźników, zakresu częstotliwości i pasma

Obliczenia poziomu hałasu definiuje się ►C1  w zakresie częstotliwości od 63 Hz do 8 kHz pasm oktawowych ◄ . Wyniki dla pasma o danej częstotliwości wyraża się w odpowiednich przedziałach częstotliwości.

▼M6

Poziom hałasu w ruchu drogowym, kolejowym i działalności przemysłowej oblicza się w pasmach oktawowych, jedynie w przypadku obliczania mocy akustycznej źródła hałasu w ruchu kolejowym korzysta się z pasm tercjowych. W odniesieniu do hałasu w ruchu drogowym, kolejowym i działalności przemysłowej długookresowy, średni poziom ciśnienia akustycznego ważonego dźwiękiem A oblicza się, w oparciu o wyniki uzyskane dla pasm oktawowych, dla pory dziennej, wieczornej i nocnej w sposób zdefiniowany w załączniku I i określony w art. 5 dyrektywy 2002/49/WE, z wykorzystaniem metody opisanej w sekcjach 2.1.2, 2.2, 2.3, 2.4 i 2.5: W przypadku ruchu drogowego i kolejowego w aglomeracjach długookresowy, średni poziom ciśnienia akustycznego ważonego dźwiękiem A określa się za pośrednictwem udziału segmentów drogowych i kolejowych w tych aglomeracjach, w tym głównych dróg i głównych linii kolejowych

▼M2

gdzie

Parametry hałasu:

Inne parametry fizyczne:

2.1.2.    Ramy jakości

Dokładność wartości wejściowych

Wszystkie wartości wejściowe wpływające na poziom emisji ze źródła wyznacza się z dokładnością odpowiadającą co najmniej poziomowi niepewności ± 2dB(A) w poziomie emisji ze źródła (wszystkie inne parametry pozostają bez zmian).

Stosowanie wartości domyślnych

W przypadku stosowania tej metody dane wejściowe odwzorowują wartości rzeczywiste. Z zasady nie należy opierać się na wartościach czy założeniach domyślnych. Domyślne wartości i założenia wejściowe dopuszcza się, jeżeli pozyskanie danych rzeczywistych wiąże się z nieproporcjonalnie wysokimi kosztami.

Jakość oprogramowania stosowanego do obliczeń

Oprogramowanie stosowane do obliczeń musi wykazywać zgodność z wyszczególnionymi w tym dokumencie metodami, potwierdzoną wynikami warunków testowych.

2.2.    Hałas w ruchu drogowym

2.2.1.    Opis źródła

Klasyfikacja pojazdów

Źródło hałasu w ruchu drogowym ustala się, sumując emisję hałasu z każdego pojazdu uczestniczącego w przepływie ruchu. Pojazdy te dzieli się na pięć odrębnych kategorii, uwzględniających właściwości pojazdów w kategoriach emisji hałasu:

kategoria 1

:

lekkie pojazdy silnikowe,

kategoria 2

:

średnie pojazdy ciężarowe,

kategoria 3

:

pojazdy ciężarowe,

kategoria 4

:

dwukołowe pojazdy silnikowe,

kategoria 5

:

kategoria otwarta.

W przypadku dwukołowych pojazdów silnikowych z uwagi na bardzo duże zróżnicowanie pod względem trybu jazdy i zazwyczaj dużą różnicę w liczebności tych pojazdów, wyodrębnia się dwie podkategorie – motorowery i motocykle o większej mocy.

Używa się czterech pierwszych kategorii, natomiast piąta jest opcjonalna. Kategorię tę wprowadzono z myślą o pojazdach nowego typu, które mogą zostać skonstruowane w przyszłości i które mogą być na tyle odmienne pod względem emisji hałasu, że będą wymagały zdefiniowania dodatkowej kategorii. Kategoria ta może obejmować na przykład pojazdy z napędem elektrycznym lub hybrydowym lub dowolny, opracowany w przyszłości pojazd, znacznie różniący się od pojazdów należących do kategorii 1–4.

W tabeli [2.2.a] podano szczegółowe informacje na temat poszczególnych kategorii pojazdów.

Liczba i umiejscowienie równorzędnych źródeł dźwięku

▼M6

W tym modelu każdy pojazd (kategorii 1, 2, 3, 4 i 5) jest odwzorowywany przez jedno źródło punktowe emitujące dźwięki w sposób jednorodny. Pierwsze odbicie od powierzchni jezdni uznaje się za odbicie o wartości bezwzględnej. Jak pokazano na rysunku [2.2.a] źródło punktowe znajduje się na wysokości 0,05 m nad powierzchnią jezdni.

▼M2

Rysunek [2.2.a]

Umiejscowienie równorzędnego źródła punktowego na pojazdach lekkich (należących do kategorii 1), ciężarowych (należących do kategorii 2 i 3) oraz pojazdach dwukołowych (należących do kategorii 4).

Źródło liniowe odwzorowuje przepływ ruchu. W modelu jezdni wielopasmowej, w warunkach wzorcowych, każdy pas powinien być odwzorowany źródłem liniowym umieszczonym pośrodku każdego z pasów. Niemniej dopuszcza się również modelowanie za pomocą jednego źródła liniowego, umiejscowionego pośrodku jezdni dwukierunkowej lub – w przypadku jezdni wielopasmowej – jednego źródła liniowego umiejscowionego na zewnętrznym pasie jezdni.

Emisja mocy akustycznej

Uwagi ogólne

Moc akustyczną źródła definiuje się jako „pole częściowo swobodne”, co oznacza, że moc akustyczna uwzględnia oddziaływanie akustyczne odbicia od podłoża znajdującego się bezpośrednio pod modelowanym źródłem, jeżeli w jego bezpośrednim sąsiedztwie nie występują obiekty zakłócające propagację dźwięku, ale nie uwzględnia odbicia od powierzchni jezdni nie znajdującej się bezpośrednio pod modelowanym źródłem.

Przepływ ruchu

Emisję z przepływu ruchu odwzorowuje źródło liniowe charakteryzowane kierunkową mocą akustyczną na metr danej częstotliwości. Odwzorowanie to odpowiada sumie mocy emisji dźwięku z poszczególnych pojazdów uczestniczących w przepływie ruchu oraz czasowi, w jakim pojazdy te przebywały na analizowanym odcinku jezdni. Uwzględnienie pojedynczego pojazdu w przepływie ruchu wymaga zastosowania modelu przepływu ruchu.

Jeżeli przyjmuje się stały przepływ ruchu Qm pojazdów kategorii m na godzinę, poruszających się z prędkością średnią vm (w km/h), kierunkową moc akustyczną źródła liniowego LW′, eq,line,i,m na metr w paśmie częstotliwości i od źródła liniowego definiuje się na podstawie:

gdzie LW′,i,m oznacza kierunkową moc akustyczną jednego pojazdu. LW′,m wyraża się w dB (ref. 10–12 W/m). Powyższe poziomy mocy akustycznej oblicza się dla ►C1  każdego pasma oktawowego i, o częstotliwości od 63 Hz do 8 kHz ◄ .

Dane o przepływie ruchu Qm wyraża się jako średnią roczną na godzinę, na porę dnia (dzienną, wieczorną, nocną), na daną kategorię pojazdu i na źródło liniowe. Dane wejściowe przepływu ruchu pozyskane ze zliczenia ruchu lub z modeli ruchu stosuje się w odniesieniu do pojazdów należących do wszystkich kategorii.

▼M6

Prędkość vm to reprezentatywna prędkość pojazdu należącego do danej kategorii: w większości przypadków niższa z maksymalnej prędkości dopuszczalnej na danym odcinku jezdni i maksymalnej prędkości dopuszczalnej dla pojazdu należącego do danej kategorii.

▼M2

Pojazd jednostkowy

▼M6

W przepływie ruchu przyjmuje się, że wszystkie pojazdy należące do kategorii m poruszają się z taką samą prędkością, tzn. vm.

▼M2

Pojazd drogowy modeluje się z wykorzystaniem układu równań matematycznych odwzorowujących dwa główne źródła hałasu:

Źródło hałasu toczenia uwzględnia hałas aerodynamiczny.

W przypadku pojazdów lekkich i średnich oraz pojazdów ciężarowych (należących do kategorii 1, 2 i 3) całkowita moc akustyczna odpowiada sumie energii akustycznej hałasu toczenia i jednostki napędowej. W ten sposób całkowity poziom mocy akustycznej źródeł liniowych m = 1, 2 lub 3 definiuje się na podstawie:

gdzie LWR,i,m oznacza poziom mocy akustycznej hałasu toczenia, a LWP,i,m oznacza poziom mocy akustycznej hałasu jednostki napędowej. Dotyczy to wszystkich zakresów prędkości. W przypadku prędkości niższej niż 20 km/h poziom mocy akustycznej jest identyczny ze zdefiniowanym we wzorze dla vm= 20 km/h.

W przypadku pojazdów dwukołowych (należących do kategorii 4), dla źródła analizuje się wyłącznie poziom hałasu jednostki napędowej:

Dotyczy to wszystkich zakresów prędkości. W przypadku prędkości niższej niż 20 km/h poziom mocy akustycznej jest identyczny ze zdefiniowanym we wzorze dla vm= 20 km/h.

2.2.2.    Warunki odniesienia

Równania i współczynniki dotyczące źródła odnoszą się do następujących warunków odniesienia:

2.2.3.    Hałas toczenia

Równanie ogólne

Moc akustyczną hałasu toczenia w paśmie częstotliwości i dla pojazdu należącego do kategorii m = 1, 2 lub 3 definiuje się na podstawie:

Współczynniki AR,i,m i BR,i,m podaje się w pasmach oktawowych dla każdej kategorii pojazdu oraz dla prędkości referencyjnej vref = 70 km/h. ΔLWR,i,m odpowiada sumie współczynników korekcji emisji hałasu toczenia w konkretnych warunkach drogowych lub dotyczących specyfiki pojazdu, odbiegających od warunków odniesienia:

ΔLWR,road,i,m oznacza oddziaływanie na hałas toczenia nawierzchni jezdni o właściwościach akustycznych odbiegających od wirtualnej nawierzchni referencyjnej, zdefiniowanej w rozdziale 2.2.2. Uwzględnia oddziaływanie akustyczne na propagację i wytwarzanie hałasu;

ΔLstudded tyres,i,m oznacza współczynnik korekcji odpowiadający wyższemu hałasowi toczenia z pojazdów lekkich, wyposażonych w opony z kolcami;

ΔLWR,acc,i,m oznacza oddziaływanie akustyczne na hałas toczenia skrzyżowania z sygnalizacją świetlną lub ronda. Uwzględnia oddziaływanie zmiany prędkości na hałas;

ΔLW,temp oznacza współczynnik korygujący temperaturę średnią τ odbiegającą od temperatury referencyjnej τref = 20 °C.

Korekcja dla opon z kolcami

Oddziaływanie opon wyposażonych w kolce na poziom hałasu należy uwzględnić tam, gdzie znaczna liczba pojazdów lekkich uwzględnionych w przepływie ruchu porusza się na oponach wyposażonych w kolce przez kilka miesięcy w roku. W przypadku każdego pojazdu należącego do kategorii m = 1 wyposażonego w opony z kolcami, zależne od prędkości podwyższenie poziomu hałasu toczenia ocenia się na podstawie:

gdzie współczynniki ai i bi wyznacza się dla każdego pasma oktawowego.

Podwyższenie emisji hałasu toczenia można przypisać wyłącznie pojazdom lekkim wyposażonym w opony z kolcami i jedynie w konkretnej porze Ts roku (wyrażonej w miesiącach). Jeżeli Qstud,ratio oznacza średni współczynnik całkowitej liczby pojazdów lekkich wyposażonych w opony z kolcami na godzinę w (wyrażonym w miesiącach) okresie Ts , średnioroczny odsetek pojazdów wyposażonych w opony z kolcami ps wyraża się za pomocą wzoru:

Korekcja wynikowa stosowana do emisji mocy akustycznej hałasu toczenia wywołanego stosowaniem opon z kolcami w pojazdach należących do kategorii m = 1 w paśmie częstotliwości i wynosi:

Korekcji nie stosuje się do pojazdów należących do wszystkich pozostałych kategorii:

Oddziaływanie temperatury otoczenia na korekcję hałasu toczenia

Temperatura otoczenia wpływa na emisję hałasu toczenia; poziom mocy akustycznej hałasu toczenia spada wraz ze wzrostem temperatury otoczenia. Oddziaływanie temperatury otoczenia uwzględnia się w korekcie nawierzchni jezdni. Korekcje nawierzchni jezdni ustala się zazwyczaj w temperaturze otoczenia τref = 20 °C. W przypadku innych średniorocznych temperatur otoczenia wyrażanych w °C, hałas nawierzchni jezdni koryguje się na podstawie:

Współczynnik korygujący ma wartość dodatnią (tzn. poziom hałasu wzrasta) w temperaturze poniżej 20 °C i ujemną (tzn. poziom hałasu spada) w wyższych temperaturach. Współczynnik K zależy od nawierzchni jezdni i właściwości opon oraz, co do zasady, odwzorowuje ogólną zależność częstotliwości. W przypadku wszystkich nawierzchni jezdni stosuje się ogólny współczynnik Km = 1 = 0,08 dB/°C dla pojazdów lekkich (należących do kategorii 1) oraz Km = 2 = Km = 3 = 0,04 dB/°C dla pojazdów ciężarowych (należących do kategorii 2 i 3). Współczynnik korygujący stosuje się równomiernie na wszystkich pasmach oktawowych od 63 do 8 000 Hz.

2.2.4.    Hałas z jednostki napędowej

Równanie ogólne

Emisja hałasu jednostki napędowej uwzględnia hałas emitowany przez silnik, układ wydechowy, przekładnie, wlot powietrza, itp. Poziom mocy akustycznej hałasu jednostki napędowej definiuje się na podstawie:

Współczynniki AP,i,m i BP,i,m podaje się w pasmach oktawowych dla każdej kategorii pojazdu oraz dla prędkości referencyjnej vref = 70 km/h.

ΔLWP,i,m odpowiada sumie współczynników korygujących stosowanych do emisji hałasu jednostki napędowej w konkretnych warunkach jezdnych lub warunkach regionalnych, odbiegających od warunków odniesienia:

ΔLWP,road,i,m oznacza oddziaływanie nawierzchni jezdni na hałas jednostki napędowej w formie pochłaniania. Obliczeń dokonuje się zgodnie ze wskazówkami zamieszczonymi w rozdziale 2.2.6.

ΔLWP,acc,i,m i ΔLWP,grad,i,m oznaczają oddziaływanie gradientów jezdni oraz nabierania i wytracania przez pojazd prędkości na skrzyżowaniach. Oddziaływanie poszczególnych warunków, o których mowa powyżej, oblicza się zgodnie ze wskazówkami zamieszczonymi w rozdziałach 2.2.4 i 2.2.5.

Oddziaływanie gradientów jezdni

Gradient jezdni oddziałuje na emisję hałasu pojazdu dwojako: po pierwsze, oddziałuje na prędkość pojazdu, a co za tym idzie, na emisję hałasu toczenia i jednostki napędowej pojazdu; po drugie, oddziałuje na obciążenie silnika i prędkość obrotową silnika, która zmienia się z uwagi na konieczność dobrania właściwego biegu, a tym samym, na emisję hałasu jednostki napędowej pojazdu. W rozdziale tym, w którym przyjęto prędkość stałą, przeanalizowano jedynie oddziaływanie na hałas jednostki napędowej.

Oddziaływanie gradientu jezdni na hałas jednostki napędowej uwzględnia się za pomocą współczynnika korygującego ΔLWP,grad,m , który jest funkcją nachylenia s (w %), prędkości pojazdu vm (w km/h) i kategorii pojazdu m. W przypadku dwukierunkowego przepływu ruchu należy koniecznie podzielić przepływ na dwa elementy, korygując jedną połowę dla podjeżdżania pod wzniesienie, a drugą połowę dla zjeżdżania ze wzniesienia. Współczynnik korygujący stosuje się równomiernie na wszystkich pasmach oktawowych:

Korekcja ΔLWP,grad,m domyślnie uwzględnia oddziaływanie nachylenia na prędkość.

2.2.5.    Oddziaływanie nabierania i wytracania prędkości przez pojazdy

Omówioną poniżej korekcję nabierania i wytracania prędkości stosuje się przed i za skrzyżowaniami z sygnalizacją świetlną oraz przed i za rondami.

Współczynnik korygujący hałasu toczenia ΔLWR,acc,m,k oraz hałasu jednostki napędowej ΔLWP,acc,m,k oznaczają funkcje liniowe odległości x (w m) od źródła punktowego do najbliższego punktu przecięcia obszaru umiejscowienia danego źródła liniowego i następnego źródła liniowego. Współczynniki te stosuje się równomiernie na wszystkich pasmach oktawowych:

Współczynniki CR,m,k i CP,m,k są zależne od typu skrzyżowania k (k = 1 dla skrzyżowania z sygnalizacją świetlną; k = 2 dla ronda) i wyznacza się je dla każdej kategorii pojazdów. Korekcja uwzględnia oddziaływanie zmiany prędkości przy dojeżdżaniu do lub zjeżdżaniu ze skrzyżowania czy ronda.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że odległość |x| ≥ 100 m, ΔLWR,acc,m,k = ΔLWP,acc,m,k = 0.

2.2.6.    Oddziaływanie typu nawierzchni jezdni

Zasady ogólne

W przypadku nawierzchni jezdni o właściwościach akustycznych odbiegających od nawierzchni referencyjnej stosuje się spektralny współczynnik korygujący hałas toczenia i hałas jednostki napędowej.

Współczynnik korygujący emisję hałasu toczenia ze względu na nawierzchnię jezdni otrzymuje się z:

gdzie

Współczynnik korygujący emisję hałasu jednostki napędowej ze względu na nawierzchnię jezdni otrzymuje się z:

Nawierzchnie dźwiękochłonne ograniczają hałas jednostki napędowej, natomiast inne niż dźwiękochłonne nie zwiększają go.

Oddziaływanie wieku nawierzchni jezdni na charakterystykę hałasu

Charakterystyka hałasu nawierzchni jezdni zależy od wieku nawierzchni i stanu jej utrzymania, przy czym głośność wszystkich nawierzchni wzrasta wraz z ich wiekiem. W tej metodzie wyznaczone parametry nawierzchni jezdni uznaje się za reprezentatywne dla charakterystyki akustycznej typu nawierzchni jezdni, uśrednione względem reprezentatywnego okresu użytkowania nawierzchni i przy założeniu właściwego utrzymania nawierzchni jezdni.

2.3.    Hałas w ruchu kolejowym

2.3.1.    Opis źródła

Klasyfikacja pojazdów

Definicja pojazdu szynowego i składu

Do celów tej metody obliczania poziomu hałasu pojazd szynowy definiuje się jako odrębną podjednostkę składu szynowego (zazwyczaj lokomotywę, człon napędowy, wagon ciągniony lub wagon towarowy), którą można niezależnie przemieszczać i odłączyć od składu. W pewnych okolicznościach szczególnych mogą występować podjednostki składu szynowego, których nie można odłączyć, np. współdzielące wózek. Do celów tej metody obliczeniowej wszystkie wspomniane podjednostki zostały połączone w jeden pojazd szynowy.

Do celów tej metody obliczeniowej skład obejmuje ciąg sprzężonych pojazdów szynowych.

W tabeli [2.3.a] zdefiniowano wspólną terminologię stosowaną do typów pojazdów szynowych uwzględnionych w źródłowej bazie danych. W tabeli podano właściwe deskryptory, które należy stosować do ogólnego klasyfikowania pojazdów szynowych. Deskryptory te odpowiadają charakterystyce pojazdu szynowego oddziałującej na kierunkową moc akustyczną na metr długości modelowanego równorzędnego źródła liniowego.

Liczbę pojazdów każdego typu ustala się dla każdego odcinka torowiska, w każdym z czasookresów stosowanych w obliczeniach poziomu hałasu. Liczbę pojazdów szynowych wyraża się jako średnią liczbę pojazdów na godzinę, uzyskiwaną z podzielenia całkowitej liczby pojazdów poruszających się w danym czasie przez czas trwania ruchu kolejowego wyrażony w godzinach (np. 24 pojazdy szynowe w ciągu 4 godzin to 6 pojazdów na godzinę). Należy uwzględnić wszystkie typy pojazdów szynowych poruszających się po danym odcinku każdego torowiska.

Klasyfikacja torowisk i konstrukcji nośnej

Istniejąca infrastruktura torowisk jest niezwykle zróżnicowana ze względu na występowanie kilku istotnych elementów decydujących o ich właściwościach akustycznych i charakteryzujących te właściwości. Typy torowisk stosowane w tej metodzie podano w tabeli [2.3.b] poniżej. Niektóre elementy wywierają duży wpływ na właściwości akustyczne, inne natomiast wywierają wpływ nieznaczny. Z zasady najistotniejsze elementy wywierające wpływ na emisję hałasu w ruchu kolejowym to: chropowatość główki szyny, sztywność przekładki podszynowej, podkład torowiska, styki szynowe i promień krzywizny torowiska. Alternatywnie można zdefiniować ogólną charakterystykę torowiska i w takim przypadku chropowatość główki szyny i szybkość zanikania drgań toru zgodne z normą ISO 3095 to dwa podstawowe parametry decydujące o charakterystyce akustycznej torowiska, plus promień krzywizny torowiska.

Odcinek torowiska definiuje się jako część pojedynczego torowiska znajdującego się na linii kolejowej lub dworcu czy w zajezdni, na którym charakterystyka fizyczna i podstawowe elementy torowiska nie ulegają zmianie.

W tabeli [2.3.b] zdefiniowano wspólną terminologię stosowaną do typów torowisk uwzględnionych w źródłowej bazie danych.

Liczba i umiejscowienie równorzędnych źródeł dźwięku

Rysunek [2.3.a]

Umiejscowienie równorzędnych źródeł hałasu

Poszczególne równorzędne liniowe źródła hałasu są umiejscowione na różnych wysokościach i pośrodku torowiska. Wszystkie wysokości odwzorowuje się względem płaszczyzny stycznej do dwóch górnych powierzchni obu szyn.

Źródła równorzędne uwzględniają poszczególne źródła fizyczne (indeks p). Źródła fizyczne dzieli się na poszczególne kategorie, zależne od mechanizmu emitowania hałasu i są to: 1) hałas toczenia (uwzględniający nie tylko drgania podkładu szyny i torowiska oraz drgania kół, ale także – o ile występuje – hałas emitowany przez konstrukcję nośną towarowych pojazdów szynowych); 2) hałas trakcji; 3) hałas aerodynamiczny; 4) hałas uderzeniowy (zwrotnic, przejazdów i węzłów); 5) hałas pisków; 6) hałas wywołany oddziaływaniem akustycznym obiektów infrastruktury towarzyszącej, na przykład mostów i wiaduktów.

2.3.2.    Emisja mocy akustycznej

Równania ogólne

Pojazd jednostkowy

Analogicznie do modelu hałasu w ruchu drogowym, model hałasu w ruchu kolejowym wyznacza emisję mocy akustycznej dźwięku emitowanego przez pojazd należący do danego typu i poruszający się po torowisku danego typu, spełniających szereg wymogów zdefiniowanych w klasyfikacji pojazdu i torowiska, wyrażoną wartościami mocy akustycznej dla każdego z pojazdów (LW,0).

Przepływ ruchu

Emisję hałasu przepływu ruchu na każdym torze odwzorowuje się za pomocą układu 2 źródeł liniowych scharakteryzowanych kierunkową mocą akustyczną na metr w danym paśmie częstotliwości. Odpowiada to sumie emisji dźwięku emitowanego przez uwzględnione w przepływie ruchu pojazdy jednostkowe, a w szczególnym przypadku pojazdów nieruchomych – czasu, przez jaki pojazdy te przebywały na analizowanym odcinku linii kolejowej.

Kierunkową moc akustyczną na metr w danym paśmie częstotliwości wszystkich pojazdów poruszających się po każdym z odcinków torowiska danego typu (j) definiuje się:

i jest to suma energii akustycznej wszystkich czynników oddziałujących na poziom hałasu wszystkich pojazdów poruszających się po danym odcinku torowiska j. Uwzględnia się czynniki oddziałujące na poziom hałasu:

Poniższy wzór stosuje się do obliczania kierunkowej mocy akustycznej na metr (oddziaływania akustycznego części odpowiadającej za propagację dźwięku) średniego ruchu mieszanego na odcinku torowiska j:

gdzie

Tref

=

referencyjny czas analizowania średniego ruchu;

X

=

całkowita liczba możliwych kombinacji i, t, s, c, p dla każdego odcinka torowiska j;

t

=

wskaźnik typów pojazdów na odcinku torowiska j;

s

=

wskaźnik prędkości składu: liczba wskaźników jest równa liczbie rożnych prędkości średnich na odcinku torowiska j;

c

=

wskaźnik warunków jezdnych: 1 (dla prędkości stałej), 2 (bieg jałowy);

p

=

wskaźnik typów źródeł fizycznych: 1 (dla hałasu toczenia i uderzeniowego), 2 (pisk na łuku), 3 (hałas trakcji), 4 (hałas aerodynamiczny), 5 (dodatkowe efekty akustyczne);

LW′,eq,line,x

=

x kierunkowa moc akustyczna na metr dla źródła liniowego przy jednej z kombinacji t, s, c, p na każdym odcinku torowiska j.

Jeżeli przyjmuje się stały przepływ Q pojazdów na godzinę, poruszających się z prędkością średnią v, przeciętnie w każdym momencie określonego przedziału czasowego, liczba Q/v pojazdów poruszających się po danym odcinku linii kolejowej w określonym przedziale czasowym będzie równorzędna. Emisję hałasu przepływu pojazdów wyrażoną w kategoriach kierunkowej mocy akustycznej na metr LW′,eq,line [podaną w dB/m (ref. 10–12 W)] scala się przez:

gdzie

▼M6

▼M2

W przypadku źródła nieruchomego, na przykład znajdującego się na biegu jałowym, przyjmuje się, że przez cały czas Tidle pojazd znajduje się na stałej pozycji odcinka torowiska o długości L. W związku z tym, w przypadku Tref jako czasu referencyjnego dla oceny hałasu (np. 12 godzin, 4 godziny, 8 godzin), kierunkową moc akustyczną dla długości jednostkowej na tym torowisku definiuje się na podstawie:

Z zasady kierunkową moc akustyczną wyznacza się z każdego konkretnego źródła jako:

gdzie

oraz gdzie LW,0,dir,i(ψ,φ) , po wyznaczeniu z pasm tercjowych, wyraża się w pasmach oktawowych poprzez dodanie energii akustycznej każdego kolejnego pasma tercjowego do energii akustycznej odpowiadającego mu pasma oktawowego.

Rysunek [2.3.b]

Definicja geometryczna

Do celów obliczeń moc akustyczną źródła wyraża się w szczególności kierunkową mocą akustyczną na 1 m długości torowiska LW',tot,dir,i co umożliwia uwzględnienie kierunkowości źródeł w ich płaszczyźnie pionowej i poziomej, za pomocą korekcji dodatkowych.

Dla każdej kombinacji pojazd-tor-prędkość-warunki jezdne analizuje się kilka LW,0,dir,i (ψ,φ):

Układ LW,0,dir,i (ψ,φ) analizuje się dla każdej kombinacji pojazd–tor–prędkość–warunki jezdne, każdego odcinka torowiska, wysokości odpowiadających h = 1 oraz h = 2 i kierunkowości.

Hałas toczenia

Oddziaływanie pojazdu i torowiska na poziom hałasu toczenia dzieli się na cztery elementy podstawowe: chropowatość kół, chropowatość główki szyny, funkcję przenoszenia drgań z pojazdu na koła i konstrukcję nośną (składy towarowe) oraz funkcję torowiska w przenoszeniu hałasu. Chropowatość kół i główki szyny powoduje wzbudzenie drgań w punkcie styku szyny z kołem, a funkcje przenoszenia hałasu to dwie funkcje empiryczne lub modelowane, odwzorowujące całe złożone zjawisko powstawania drgań mechanicznych i generowania dźwięku na powierzchniach koła, szyny, podkładu kolejowego i podtorza. Podział ten odwzorowuje dane fizyczne, które potwierdzają, że chropowatość szyny może być przyczyną wzbudzania drgań nie tylko na szynie, ale także na kole i odwrotnie. Nieuwzględnienie jednego z tych czterech parametrów uniemożliwiłoby odrębne klasyfikowanie torowisk i składów.

Chropowatość kół i szyny

Hałas toczenia jest wzbudzany przede wszystkim chropowatością szyny i kół w zakresie długości fali od 5–500 mm.

Definicja

Poziom chropowatości Lr definiuje się jako 10-krotność logarytmu przy podstawie 10 kwadratu wartości średniokwadratowej r2 chropowatości powierzchni jezdnej szyny lub koła względem kierunku poruszania się (płaszczyzna wzdłużna), mierzonej w μm, na określonej długości szyny lub pełnej średnicy koła, dzieloną przez kwadrat wartości referencyjnej
:

gdzie

r 0

=

1 μm

r

=

wartość skuteczna pionowej różnicy przemieszczenia powierzchni styku względem poziomu podłoża

Poziom chropowatości Lr wyznacza się zazwyczaj jako widmo fali λ i konwertuje na widmo częstotliwości f = v/λ, gdzie f oznacza częstotliwość środkowego pasma danego pasma tercjowego wyrażoną w Hz, λ oznacza długość fali w m, ►C1  a v to prędkość składu w m/s ◄ . Widmo chropowatości, wyrażone jako funkcja częstotliwości, zmienia się wzdłuż osi częstotliwości wyznaczonej dla różnych prędkości. Z zasady po konwersji do widma częstotliwości w oparciu o prędkość konieczne jest wyznaczenie nowych wartości widma pasma tercjowego, uśrednionych między dwoma odpowiadającymi im pasmami tercjowymi na danej długości fali. Aby oszacować całkowite efektywne widmo częstotliwości chropowatości względem właściwej prędkości składu, dwa odnośne pasma tercjowe zdefiniowane na danej długości fali uśrednia się pod względem energii akustycznej i proporcjonalnie.

Poziom chropowatości szyny (chropowatości przytorowej) dla pasma i na określonej długości fali zdefiniowany jako Lr,TR,i .

Przez analogię, poziom chropowatości kół (chropowatości bocznej osi pojazdu) dla pasma i na określonej długości fali zdefiniowany jako Lr,VEH,i.

Poziom chropowatości całkowitej i efektywnej dla pasma i (LR,tot,i ) na określonej długości fali definiuje się jako sumę energii akustycznej poziomów chropowatości szyny i kół ►C1   A3 (λ) ◄ oraz filtra stycznego, co służy uwzględnieniu oddziaływania filtra na powierzchnię szyny i koła i wyraża się w dB:

gdzie jest wyrażony jako funkcja pasma i na określonej długości fali, odpowiadająca długości fali λ.

Filtr styczny jest zależny od typu szyny i kół oraz obciążenia.

W metodzie tej wykorzystuje się całkowitą chropowatość efektywną dla odcinka torowiska j i typu pojazdu t poruszającego się z właściwą prędkością v.

Funkcje przenoszenia hałasu przez pojazd, tor i konstrukcję nośną

Trzy funkcje przenoszenia hałasu niezależne od prędkości LH,TR,i LH,VEH,i oraz LH,VEH,SUP,i definiuje się w następujący sposób: pierwszą z wymienionych dla każdego odcinka torowiska j, a dwie pozostałe dla każdego typu pojazdu t. Funkcje te dotyczą poziomu całkowitej chropowatości efektywnej oraz odpowiednio mocy akustycznej torowiska, kół i konstrukcji nośnej.

Oddziaływanie konstrukcji nośnej na emisję hałasu analizuje się wyłącznie w odniesieniu do wagonów towarowych, a zatem jedynie dla pojazdów szynowych typu „a”.

W przypadku hałasu toczenia wymienione funkcje przenoszenia hałasu i poziom całkowitej chropowatości efektywnej dokładnie odwzorowują zatem oddziaływanie torowiska i pojazdu na hałas. Hałas toczenia pomija się, jeżeli pojazd znajduje się na biegu jałowym.

W przypadku mocy akustycznej obliczanej na pojazd, hałas toczenia oblicza się na wysokości osi i przyjmuje się, że wartość wejściowa to całkowity poziom chropowatości efektywnej LR,TOT,i , jako funkcja prędkości pojazdu v, funkcje przenoszenia hałasu przez torowisko, pojazd i konstrukcję nośną LH,TR,i , LH,VEH,i oraz LH,VEH,SUP,i , a także łączna liczba osi Na :

dla h = 1

gdzie Na to liczba osi w pojeździe na typ pojazdu t.

Rysunek [2.3.c]

Schemat stosowania różnych definicji chropowatości i funkcji przenoszenia hałasu

Do ustalenia całkowitej chropowatości efektywnej, a tym samym mocy akustycznej pojazdów, stosuje się prędkość minimalną 50 km/h (w przypadku tramwajów i lekkich wagonów kolei podziemnej 30 km/h) (prędkość ta nie wpływa na obliczenia przepływu pojazdów), co służy skompensowaniu potencjalnego błędu wynikającego z uproszczenia definicji hałasu toczenia, hałasu hamowania oraz hałasu uderzeniowego rozjazdów i zwrotnic.

Hałas uderzeniowy (rozjazdy, zwrotnice i węzły)

Hałas uderzeniowy mogą emitować rozjazdy, zwrotnice i styki szyn lub przewężenia. Natężenie hałasu uderzeniowego może być różne i może zagłuszać hałas toczenia. Hałas uderzeniowy analizuje się w odniesieniu do torów łączonych. Modelowania należy unikać w przypadku hałasu uderzeniowego wywołanego przez zwrotnice, rozjazdy i styki rozmieszczone na odcinkach torowiska, na których prędkość dopuszczalna jest niższa niż 50 km/h (w przypadku tramwajów i lekkich wagonów kolei podziemnej 30 km/h), ponieważ prędkość minimalną niższą niż 50 km/h (w przypadku tramwajów i lekkich wagonów kolei podziemnej 30 km/h) stosuje się do uwzględnienia większej liczby oddziaływań akustycznych, o czym mowa w rozdziale poświęconym hałasowi toczenia. Modelowania hałasu uderzeniowego należy unikać również w warunkach jezdnych c = 2 (bieg jałowy).

Hałas uderzeniowy uwzględnia się we współczynniku hałasu toczenia poprzez dodanie (energii akustycznej) dodatkowego poziomu chropowatości fikcyjnego uderzenia do poziomu całkowitej chropowatości efektywnej na każdym, konkretnym odcinku torowiska j, na którym występuje ten hałas. W tym przypadku stosuje się nową wartość LR,TOT + IMPACT,i , zastępującą LR,TOT,i , otrzymując równanie:

LR,IMPACT,i oznacza widmo pasma tercjowego (jako funkcja częstotliwości). Aby otrzymać takie widmo częstotliwości, widmo wyznacza się jako funkcję długości fali λ i konwertuje na pożądane widmo jako funkcję częstotliwości, z zastosowaniem zależności λ = v/f, gdzie f to wyrażona w Hz częstotliwość środkowego pasma tercjowego, ►C1  a v to prędkość s pojazdu danego typu t, wyrażona w m/s ◄ .

Hałas uderzeniowy zależy od intensywności i liczby uderzeń na długość jednostki lub zagęszczenia styków, a zatem w przypadku wielu uderzeń zastosowany w powyższym równaniu poziom chropowatości uderzeniowej oblicza się w sposób następujący:

gdzie LR,IMPACT – SINGLE,i oznacza poziom chropowatości uderzeniowej dla jednego uderzenia, a nl to zagęszczenie styków.

Domyślny poziom chropowatości uderzeniowej podano dla zagęszczenia styków nl = 0,01 m–1, co daje jeden styk szyny na każde 100 m torowiska. Okoliczności, w których liczba styków jest inna, przybliża się, korygując zagęszczenie styków nl . Należy zwrócić uwagę na fakt, że przy modelowaniu układu i segmentacji torowiska uwzględnia się zagęszczenie styków, tj. konieczne może być uwzględnienie odrębnego segmentu źródła dla każdej nitki torowiska o większej liczbie styków. LW,0 oddziaływania torowiska, kół/wózka i konstrukcji nośnej zwiększa się za pomocą LR,IMPACT,i dla każdych +/– 50 m przed i za stykiem. W przypadku rzędu styków zakres ich odziaływania wzrasta od – 50 m przed pierwszym stykiem do + 50 m od ostatniego styku.

Możliwość zastosowania powyższych widm mocy akustycznej weryfikuje się zazwyczaj w terenie.

W przypadku torów łączonych stosuje się wartość domyślną nl 0,01.

Hałas pisków

▼M6

Piski na łuku to szczególne źródło hałasu związanego z krzywiznami torowiska i na nich występującego. Poziom hałasu pisków na łuku zależy na ogół od krzywizny, warunków tarcia, prędkości składu, geometrii i dynamiki zestawu tor-koła. Ponieważ hałas ten może być istotny, należy go właściwie opisać. W miejscach, w których występują piski na łuku, zazwyczaj na łukach i rozjazdach zwrotnic kolejowych, do mocy źródła należy dodać odpowiednie dodatkowe widma mocy akustycznej. Dodatkowy hałas może być specyficzny dla każdego typu taboru, ponieważ niektóre typy kół i wózków mogą być znacznie mniej podatne na piski niż inne. Jeżeli dostępne są pomiary dodatkowego hałasu, które w wystarczającym stopniu uwzględniają stochastyczny charakter pisków, można je zastosować.

Jeżeli nie są dostępne odpowiednie pomiary, można zastosować proste podejście. W podejściu tym należy uwzględnić hałas pisków poprzez dodanie następujących wartości dodatkowych do widm mocy akustycznej hałasu toczenia dla wszystkich częstotliwości.

gdzie ltrack to długość torowiska wzdłuż łuku, a R to promień łuku.

Możliwość zastosowania tych widm mocy akustycznej lub wartości dodatkowych jest zwykle weryfikowana na miejscu, w szczególności dla tramwajów i miejsc, w których na łukach lub rozjazdach stosuje się środki zapobiegające piskom.

▼M2

Hałas trakcji

Ponieważ hałas trakcji jest inny dla każdej charakterystyki warunków roboczych, między innymi stałej prędkości, wytracania i nabierania prędkości oraz biegu jałowego, wartości stałe wyznacza się jedynie dla dwóch modelowanych elementów: stałej prędkości (mającej zastosowanie również wtedy, gdy skład wytraca lub nabiera prędkości) i biegu jałowego. Modelowana moc akustyczna źródła odpowiada wyłącznie warunkom obciążenia maksymalnego i daje wartości LW,0,const,i = LW,0,idling,i . Jak wskazano w rozdziale 2.3.1, wartość LW,0,idling,i odpowiada udziałowi wszystkich fizycznych źródeł hałasu danego pojazdu, przypisywanych konkretnej wysokości.

Wartość LW,0,idling,i wyraża się jako statyczne źródło hałasu na biegu jałowym w czasie pozostawania na biegu jałowym, a ponadto, zgodnie z opisem przedstawionym w następnym rozdziale poświęconym hałasowi z działalności przemysłowej, wartość tę modeluje się jako stałe źródło punktowe. Analizuje się ją wyłącznie w odniesieniu do pociągów, które pozostają na biegu jałowym dłużej niż 0,5 godziny.

Wartości te można pozyskać z pomiarów wszystkich źródeł w każdych warunkach roboczych lub w drodze odrębnej analizy właściwości źródeł częściowych, wyznaczając zależność między ich parametrami i względną mocą akustyczną. Wartości te można wyznaczyć w oparciu o pomiary wykonane na pojeździe nieruchomym, różnicując liczbę obrotów zespołu trakcyjnego zgodnie z normą ISO 3095:2005. Odpowiednio do zakresu obliczeń należy scharakteryzować kilka hałasów trakcji, które mogą nie być bezpośrednio zależne od prędkości składu:

Ponieważ każde z tych źródeł może się w każdych warunkach roboczych zachowywać inaczej, hałas trakcji należy wyznaczyć dla określonych warunków roboczych. Wartości mocy akustycznej uzyskuje się z pomiarów przeprowadzanych w warunkach kontrolowanych. Z zasady lokomotywy wykazują większe zróżnicowanie obciążenia z uwagi na różną liczbę ciągnionych pojazdów, w związku z czym moc wyjściowa w ich przypadku może się istotnie różnić, natomiast zespoły trakcyjne, na przykład elektryczne zespoły trakcyjne (EZT), zespoły trakcyjne o napędzie spalinowym (ZTS) i pociągi szybkobieżne charakteryzują się obciążeniem dokładniej zdefiniowanym.

Nie dokonuje się wcześniejszego przypisania źródła mocy akustycznej do wysokości źródła, a wybór wysokości umiejscowienia źródła zależy od oceny konkretnego hałasu i pojazdu. Modeluje się je jako umiejscowione przy źródle A (h = 1) i przy źródle B (h = 2).

Hałas aerodynamiczny

Hałas aerodynamiczny ma znaczenie wyłącznie przy dużych prędkościach, przekraczających 200 km/h, zatem w pierwszej kolejności należy sprawdzić, czy jest on faktycznie niezbędny do określonych zastosowań. Jeżeli znana jest chropowatość oddziałująca na hałas toczenia oraz funkcje przenoszenia hałasu, można ją odnieść do wyższych prędkości oraz porównać z posiadanymi danymi dotyczącymi dużych prędkości, upewniając się, czy hałas aerodynamiczny osiąga wyższe poziomy. Jeżeli prędkości składu na trasie przekraczają 200 km/h ale nie przekraczają 250 km/h, w pewnych przypadkach, zależnych od konstrukcji pojazdu, uwzględnianie hałasu aerodynamicznego może nie być konieczne.

Oddziaływanie hałasu aerodynamicznego wyraża się jako funkcję prędkości:

gdzie

Kierunkowość źródła

Kierunkowość poziomą ΔLW,dir,hor,i wyrażoną w dB wyznacza się na płaszczyźnie poziomej i domyślnie można przyjąć, że jest to wartość dipolowa dotycząca oddziaływań akustycznych na hałas toczenia, uderzenia (styki szyny itp.), pisków, hamowania, wentylatorów oraz oddziaływań aerodynamicznych, wyznaczana dla każdego pasma i częstotliwości na podstawie:

▼M6

Hałas z mostów modeluje się u źródła A (h = 1), dla którego zakłada się wszechkierunkowość.

▼M6

Kierunkowość pionową ΔL W,dir,ver,i wyrażoną w dB wyznacza się na płaszczyźnie pionowej dla źródła A (h = 1) jako funkcję częstotliwości pasma środkowego fc,i każdego pasma częstotliwości i oraz:

▼M2

dla źródła B (h = 2) w przypadku akustycznego oddziaływania hałasu aerodynamicznego:

ΔLW,dir,ver,i = 0 w pozostałych przypadkach.

Nie analizuje się kierunkowości ΔLdir,ver,i dla pozostałych oddziaływań akustycznych źródła B (h = 2), ponieważ w przypadku tych źródeł, umiejscowionych w tym położeniu, przyjmuje się wszechkierunkowość.

2.3.3.    Dodatkowe oddziaływania akustyczne

▼M6

Korekcja propagacji dźwięku w konstrukcjach (mostów i wiaduktów)

W przypadku gdy odcinek torowiska przebiega przez most, konieczne jest przeanalizowanie hałasu dodatkowego, generowanego z drgań mostu wynikających ze wzbudzenia wywołanego przez przejeżdżający pociąg. Hałas z mostu modeluje się jako dodatkowe źródło, którego moc akustyczna na pojazd jest wyrażana przez

gdzie LH, bridge ,i to funkcja przenoszenia hałasu przez most. Hałas z mostu LW,0, bridge ,i stanowi wyłącznie dźwięk propagowany przez konstrukcję mostu. Hałas toczenia pojazdu na moście oblicza się przy użyciu wzorów od (2.3.8) do (2.3.10), wybierając funkcję przenoszenia hałasu przez torowisko, która odpowiada układowi torowiska znajdującemu się na moście. Bariery na krawędziach mostu zasadniczo nie są brane pod uwagę.

▼M2

Korekcja uwzględniająca inne źródła hałasu w ruchu kolejowym

Hałas w ruchu kolejowym może być związany z występowaniem różnych źródeł hałasu, na przykład lokomotywowni, stacji załadunkowych/wyładunkowych, dworców, dzwonków, głośników dworcowych itp. Źródła te traktuje się jako źródła hałasu z działalności przemysłowej (stałe źródła hałasu) i, w miarę potrzeb, modeluje się je zgodnie z treścią następnego rozdziału, poświęconego hałasowi z działalności przemysłowej.

2.4.    Hałas z działalności przemysłowej

2.4.1.    Opis źródła

Klasyfikacja typów źródeł (punktowe, liniowe, obszarowe)

Wymiary źródeł hałasu z działalności przemysłowej mogą być bardzo zróżnicowane. Mogą to być duże zakłady przemysłowe lub małe źródła skoncentrowane, na przykład niewielkie urządzenia czy maszyny wykorzystywane w zakładach produkcyjnych. W związku z tym każde oceniane źródło wymaga zastosowania właściwej techniki modelowania. W zależności od rozmiarów i rozkładu kilku źródeł jednostkowych na danym obszarze, należących do tego samego zakładu produkcyjnego, źródła można modelować jako punktowe, liniowe lub obszarowe. W praktyce obliczenia oddziaływania akustycznego zawsze opierają się na źródłach punktowych, przy czym do odwzorowania naprawdę złożonego źródła, rozciągającego się przede wszystkim na danej linii lub obszarze, można posłużyć się kilkoma źródłami punktowymi.

Liczba i umiejscowienie równorzędnych źródeł dźwięku

Rzeczywiste źródła dźwięku modeluje się za pomocą równorzędnych źródeł dźwięku odwzorowanych z wykorzystaniem jednego lub większej liczby źródeł punktowych, dzięki czemu ogólna moc akustyczna rzeczywistego źródła odpowiada sumie jednostkowych mocy akustycznych przypisanych do poszczególnych źródeł punktowych.

Zasady ogólne, które należy stosować do definiowania liczby zastosowanych źródeł punktowych to:

Umiejscowienie równorzędnych źródeł dźwięku nie może być stałe z uwagi na dużą liczbę możliwych konfiguracji zakładu przemysłowego. Zazwyczaj stosuje się najlepsze praktyki przyjęte w tym zakresie.

Emisja mocy akustycznej

Uwagi ogólne

Poniższe informacje stanowią pełny zestaw danych wejściowych do obliczeń propagacji dźwięku za pomocą metod stosowanych do sporządzania map hałasu:

Moc akustyczną źródła punktowego, liniowego i obszarowego należy zdefiniować w następujący sposób:

▼M6

▼M2

Godziny pracy to podstawowe dane wejściowe do obliczania poziomów hałasu. Godziny pracy podaje się dla pory dziennej, wieczornej i nocnej oraz, jeżeli propagacja dźwięku wymaga zastosowania różnych klas meteorologicznych zdefiniowanych dla każdego czasu pory dziennej, wieczornej lub nocnej, należy podać dokładniejsze godziny pracy w podziale na podokresy odpowiadające rozkładowi klas meteorologicznych. Podaje się informacje średnioroczne.

Korekcję dotyczącą godzin pracy, dodawaną do mocy akustycznej źródła w celu określenia skorygowanej mocy akustycznej, która zostanie zastosowana do obliczeń dla każdego okresu, CW wyrażoną w dB, oblicza się w następujący sposób:

gdzie

W przypadku źródeł bardziej dominujących korekcję średniorocznych godzin pracy szacuje się co najmniej z tolerancją 0,5 dB, co pozwala uzyskać zadowalający poziom dokładności (odpowiada poziomowi niepewności zawartemu w definicji czasu aktywności źródła, wynoszącemu mniej niż 10 %).

Kierunkowość źródła

Kierunkowość źródła jest ściśle powiązana z umiejscowieniem równorzędnego źródła dźwięku względem pobliskich powierzchni. Ponieważ metoda obliczania propagacji dźwięku uwzględnia odbicie od pobliskiej powierzchni oraz jej zdolność do pochłaniania dźwięku, należy dokładnie przeanalizować umiejscowienie pobliskich powierzchni. Z zasady zawsze dokonuje się rozróżnienia tych dwóch przypadków:

Kierunkowość wyraża się w obliczeniach jako współczynnik ΔLW,dir,xyz (x, y, z) dodawany do mocy akustycznej w celu uzyskania właściwej kierunkowej mocy akustycznej referencyjnego źródła dźwięku, odwzorowywanej propagacją dźwięku w danym kierunku. Współczynnik ten można wyznaczyć jako funkcję wektora kierunku definiowanego za pomocą (x,y,z) z
. Kierunkowość tę można również wyrazić za pomocą innych układów współrzędnych, na przykład kątowych układów współrzędnych.

2.5.    Obliczanie propagacji dźwięku dla źródeł w ruchu drogowym, kolejowym i z działalności przemysłowej.

2.5.1.    Zakres i możliwość zastosowania metody

W dokumencie tym omówiono metodę obliczania tłumienia hałasu przy propagacji na otwartej przestrzeni. Metoda ta umożliwia przewidzenie równorzędnego, ciągłego poziomu ciśnienia akustycznego w punkcie umiejscowienia odbiornika, odpowiadającego dwóm konkretnym typom warunków atmosferycznych, o ile znana jest charakterystyka źródła:

Omówiona w tym dokumencie metoda obliczeniowa dotyczy obiektów infrastruktury przemysłowej oraz infrastruktury transportu lądowego. W związku z tym odnosi się w szczególności do infrastruktury drogowej i kolejowej. Metoda ta odnosi się do transportu lotniczego wyłącznie w zakresie hałasu emitowanego podczas czynności naziemnych, a zatem nie uwzględnia startu i lądowania.

W zakres metody nie wchodzą obiekty infrastruktury przemysłowej emitujące hałas impulsowy lub hałas tonowy o dużym nasileniu, opisany w normie ISO 1996-2:2007.

Metoda obliczeniowa nie umożliwia uzyskania wyników dotyczących warunków propagacji dźwięku i załamania ku górze (ujemny, pionowy gradient efektywnej prędkości dźwięku), przy czym warunki te przybliża się za pomocą warunków jednorodnych stosowanych w obliczeniach wartości Lden.

Aby obliczyć tłumienie wywołane atmosferycznym pochłanianiem dźwięku, w przypadku obiektów infrastruktury transportowej warunki temperaturowe i wilgotnościowe oblicza się zgodnie z normą ISO 9613-1:1996.

Metoda umożliwia uzyskanie wyników dla pasma oktawowego o częstotliwości od 63 Hz do 8 000 Hz. Obliczeń dokonuje się dla każdej częstotliwości środkowej odrębnie.

▼M6

Przedmioty o nachyleniu większym niż 15° w stosunku do pionu nie są uważane za przedmioty odbijające dźwięk, lecz są uwzględniane we wszystkich innych aspektach propagacji, takich jak oddziaływanie akustyczne podłoża i dyfrakcja.

▼M2

Tłumienie wywołane przez ekran jednostkowy oblicza się za pomocą jednego równania dyfrakcyjnego, tłumienie wywołane dwoma lub większą liczbą ekranów ustawionych w jednej linii uznaje się za ciąg dyfrakcji jednostkowych i w ich przypadku stosuje się procedurę omówioną poniżej.

2.5.2.    Zastosowane definicje

Wszystkie przytoczone w tym dokumencie odległości, wysokości, wymiary i wysokości bezwzględne podano w metrach (m).

Oznaczenie MN odnosi się do wyrażonej w trzech wymiarach (3D) odległości między punktami M i N, mierzonej w linii prostej łączącej te punkty.

Oznaczenie ^MN odnosi się do długości zakrzywionego odcinka między punktami M i N w sprzyjających warunkach.

Zwyczajowo wysokości rzeczywiste mierzy się w kierunku pionowym, prostopadłym do płaszczyzny poziomej. Wysokości punktów znajdujących się nad miejscowym poziomem podłoża oznacza się literą h, wysokości bezwzględne punktów oraz wysokość bezwzględną podłoża oznacza się literą H.

W celu uwzględnienia rzeczywistej rzeźby terenu na drodze propagacji dźwięku wprowadzono wyrażenie „wysokość równorzędna” oznaczane literą z. W równaniach oddziaływania akustycznego podłoża zastępuje ono wysokości rzeczywiste.

W przypadku pomijania wskaźnika A poziomy dźwięku oznaczane wielką literą L wyraża się w decybelach (dB) na pasmo częstotliwości. Wyrażone w decybelach dB poziomy dźwięku (A) uwzględnia się we wskaźniku A.

Zgodnie z poniższą definicją, sumę poziomów dźwięku emitowanego przez wzajemnie niekoherentne źródła oznacza się symbolem :

2.5.3.    Uwarunkowania geometryczne

Segmentacja źródła

Źródła rzeczywiste opisuje się za pomocą układu źródeł punktowych lub, w przypadku ruchu kolejowego bądź drogowego, za pomocą niekoherentnych źródeł liniowych. W metodzie propagacji przyjmuje się, że źródła liniowe lub obszarowe uprzednio rozdzielono w celu ich odwzorowania za pomocą układu równorzędnych źródeł punktowych. Rozdzielenie źródeł może nastąpić na etapie wstępnego przetwarzania danych źródłowych lub w procesie wyszukiwania danych źródłowych przez oprogramowanie obliczeniowe. Przedmiotowa metodologia nie obejmuje swym zakresem metod rozdzielania źródeł.

Trasy propagacji

Metoda opiera się na modelu geometrycznym obejmującym układ wzajemnie powiązanych powierzchni podłoża i znajdujących się na nim przeszkód. Pionowa trasa propagacji przebiega przez jedną lub większą liczbę płaszczyzn pionowych względem płaszczyzny poziomej. W przypadku trajektorii propagacji obejmujących odbicia od powierzchni pionowych umiejscowionych nieortogonalnie względem płaszczyzny fali padającej, na kolejnym etapie analizuje się inną płaszczyznę pionową, w tym odbitą część trasy propagacji. W takich przypadkach, gdy do opisania całej trajektorii, od źródła do odbiornika, przyjmuje się więcej niż jedną płaszczyznę pionową, płaszczyzny pionowe spłaszcza się.

Znaczące wysokości ponad poziom podłoża

Wysokości równorzędne wyznacza się z płaszczyzny symetrii podłoża rozciągającej się między źródłem a odbiornikiem. Wartość ta zastępuje rzeczywistą płaszczyznę podłoża płaszczyzną fikcyjną odwzorowującą średni profil terenu.

Rysunek 2.5.a

Wysokości równorzędne względem podłoża

1

:

Rzeczywista rzeźba terenu

2

:

Uśredniona płaszczyzna

Wysokość równorzędna punktu jest ortogonalną wysokością tego punktu względem uśrednionej płaszczyzny terenu. Można z niej wyznaczyć wysokość równorzędną źródła zs oraz wysokość równorzędną odbiornika zr. Odległość między źródłem a odbiornikiem w rzucie nad uśrednioną płaszczyzną terenu oznacza się za pomocą dp .

Jeżeli wysokość równorzędna punktu ma wartość ujemną, tzn. jeżeli punkt jest umiejscowiony poniżej uśrednionej płaszczyzny terenu, przyjmuje się wysokość zerową, a punkt równorzędny jest identyczny z odpowiadającym mu obrazem.

Obliczanie uśrednionej płaszczyzny

Topografię w płaszczyźnie trasy (w tym ukształtowanie terenu, nasypy, nabrzeża i inne przeszkody wzniesione przez człowieka, budynki itd.) można opisać za pomocą uporządkowanego układu odrębnych punktów (xk, Hk ); k є {1,…,n}. Układ punktów definiuje linię łamaną lub, równorzędnie, sekwencję segmentów prostych Hk = akx + bk , x є [xk , xk+ 1 ]; k є {1,…n}, gdzie:

Uśrednioną płaszczyznę odwzorowuje linia prosta Z = ax + b; x є [x 1, xn ] skorygowana względem linii łamanej za pomocą przybliżenia wyznaczanego metodą najmniejszego kwadratu. Równanie linii uśrednionej można wyznaczyć metodami analitycznymi.

Za pomocą:

współczynniki odcinka prostego obliczona sie na podstawie:

gdzie przy ocenie równania 2.5.3 pomija się segmenty oznaczone literą xk + 1 = xk.

Odbicia od elewacji budynków i innych przeszkód pionowych

Oddziaływanie akustyczne odbić uwzględnia się za pomocą omówionych w dalszej części dokumentu źródeł obrazu.

2.5.4.    Model propagacji dźwięku

W przypadku odbiornika R obliczeń dokonuje się w następujących etapach:

Należy mieć na uwadze, że tłumienia wywołane akustycznym oddziaływaniem podłoża (Aground ) oraz dyfrakcją (Adif ) zależą od warunków meteorologicznych.

2.5.5.    Procedura obliczeniowa

W przypadku źródła punktowego S o kierunkowej mocy akustycznej Lw,0,dir i dla danego pasma określonej częstotliwości, równorzędny poziom ciągłego ciśnienia akustycznego w punkcie umiejscowienia odbiornika R w określonych warunkach atmosferycznych wyznacza się na podstawie poniższych równań.

Poziom dźwięku w warunkach sprzyjających (LF) dla trasy (S, R)

Współczynnik AF odwzorowuje tłumienie całkowite na trasie propagacji w warunkach sprzyjających i dzieli się następująco:

▼M6

▼M2

gdzie

W przypadku określonej trasy i pasma częstotliwości dopuszcza się dwa poniższe scenariusze:

Poziom dźwięku w warunkach jednorodnych (LH) dla trasy (S, R)

Procedura obliczeniowa jest identyczna z przedstawioną w poprzednim rozdziale procedurą obliczeniową stosowaną w warunkach sprzyjających.

Współczynnik AH odwzorowuje tłumienie całkowite występujące na trasie propagacji w warunkach jednorodnych i dzieli się następująco:

gdzie

W przypadku określonej trasy i pasma częstotliwości dopuszcza się dwa poniższe scenariusze:

Podejście statystyczne stosowane do trasy (S, R) biegnącej na obszarach miejskich

Na obszarach miejskich dopuszcza się stosowanie podejścia statystycznego umożliwiającego obliczanie propagacji dźwięku za pierwszą linią budynków, pod warunkiem, że metoda ta zostanie odpowiednio udokumentowana, włącznie z podaniem informacji dotyczących jakości metody. Metoda ta może zastąpić obliczanie Aboundary,H i Aboundary,F przybliżeniem tłumienia całkowitego dla trasy prostej i wszystkich odbić. Obliczenie opiera się na średnim zagęszczeniu budynków i średniej wysokości wszystkich budynków znajdujących się na danym obszarze.

Długookresowy poziom dźwięku dla trasy (S, R)

„Długookresowy” poziom dźwięku na trasie rozpoczynającej się w lokalizacji źródła punktowego uzyskuje się z logarytmu sumy ważonej energii akustycznej w warunkach jednorodnych i energii akustycznej w warunkach sprzyjających.

Wspomniane poziomy dźwięku waży się średnią częstości występowania p warunków sprzyjających na kierunku trasy (S, R):

UWAGA: Wartości częstości p wyraża się w procentach. Jeżeli zatem na przykład wartość częstości wynosi 82 %, w równaniu (2.5.9) należy wstawić p = 0,82.

Długookresowy poziom dźwięku w punkcie R dla wszystkich tras

Całkowity długookresowy poziom dźwięku na odbiorniku dla pasma danej częstotliwości uzyskuje się z energii akustycznej stanowiącej sumę czynników emitujących hałas, znajdujących się na wszystkich trasach N, z uwzględnieniem wszystkich ich typów:

gdzie

n oznacza wskaźnik tras biegnących między S i R.

Uwzględnianie odbić za pomocą źródeł obrazu omówiono w dalszej części dokumentu. Przyjmuje się, że wartość procentowa częstości występowania warunków sprzyjających w przypadku trasy odbitej od przeszkody pionowej jest identyczna z wartością procentową częstości występowania warunków sprzyjających na trasie prostej.

Jeżeli S′ to źródło obrazu S, przyjmuje się, że częstość p′ na trasie (S′, R) jest równa częstości p trasy (Si , R).

Długookresowy poziom dźwięku w punkcie R wyrażony w decybelach A (dBA)

Całkowity poziom dźwięku wyrażony w decybelach A (dBA) uzyskuje się przez zsumowanie wszystkich poziomów w każdym paśmie częstotliwości:

▼M6

Gdzie i oznacza wskaźnik pasma częstotliwości. AWC oznacza korekcję za pomocą krzywej korekcyjnej A w następujący sposób:

▼M2

Poziom LAeq,LT jest wynikiem ostatecznym, tzn. długookresowym poziomem ciśnienia akustycznego ważonego dźwiękiem A w punkcie odbiornika w konkretnym czasie referencyjnym (np. w porze dziennej, wieczornej lub nocnej, lub w krótszym czasie pory dziennej, wieczornej lub nocnej).

2.5.6.    Obliczanie propagacji dźwięku dla źródeł w ruchu drogowym, kolejowym i z działalności przemysłowej.

Rozbieżność geometryczna

Tłumienie wywołane rozbieżnością geometryczną, Adiv, odpowiada obniżeniu poziomu dźwięku wywołanemu odległością propagacji. W przypadku punktowego źródła dźwięku znajdującego się w polu swobodnym, tłumienie wyrażone w dB uzyskuje się przez:

gdzie d oznacza bezpośrednią w 3 wymiarach odległość skośną między źródłem a odbiornikiem.

Pochłanianie atmosferyczne

Tłumienie wywołane pochłanianiem atmosferycznym Aatm występującym w czasie propagacji na odległości d wyraża się w dB i wyznacza z równania:

gdzie

Wartości αatm współczynnika podaje się dla temperatury 15 °C, wilgotności względnej 70 % i ciśnienia atmosferycznego 101 325 Pa. Oblicza się je z dokładnością do środkowych częstotliwości pasma częstotliwości. Wartości te są zgodne z normą ISO 9613-1. Jeżeli uśrednione dane meteorologiczne są dostępne, stosuje się długookresową średnią meteorologiczną.

Oddziaływanie akustyczne podłoża

Tłumienie wywołane oddziaływaniem akustycznym podłoża jest spowodowane głównie zakłóceniami między odbitym dźwiękiem a dźwiękiem rozchodzącym się bezpośrednio od źródła do odbiornika. Jest ono fizycznie powiązane z pochłanianiem akustycznym podłoża, nad którym następuje propagacja fali dźwięku. Zależy ono jednak w dużej mierze od warunków atmosferycznych występujących w czasie propagacji, ponieważ ugięcie promienia zmienia wysokość trasy biegnącej powyżej poziomu podłoża i zwiększa lub zmniejsza oddziaływanie akustyczne podłoża i terenu położonego w pobliżu źródła.

W przypadku gdy propagację między źródłem a odbiornikiem zakłóca jakakolwiek przeszkoda występująca na płaszczyźnie propagacji, oddziaływanie akustyczne podłoża po stronie źródła i odbiornika oblicza się oddzielnie. W tym przypadku, zs i zr dotyczy umiejscowienia źródła lub odbiornika równorzędnego, o czym mowa w dalszej części dokumentu, w której przedstawiono metodę obliczania dyfrakcji Adif .

Charakterystyka akustyczna podłoża

Właściwości podłoża związane z pochłanianiem dźwięku zależą przede wszystkim od jego porowatości. Z zasady grunt zwarty wykazuje tendencję do odbijania dźwięku, natomiast grunt porowaty do jego pochłaniania.

W przypadku obliczeń roboczych, właściwości podłoża związane z pochłanianiem odwzorowuje się za pomocą bezwymiarowego współczynnika G o zakresie od 0 do 1. G jest niezależne od częstotliwości. W tabeli 2.5.a podano wartości G dla terenów otwartych. Z zasady średnia wartość współczynnika G na trasie mieści się w zakresie od 0 do 1.

Gpath definiuje się jako frakcję podłoża o właściwościach pochłaniających dźwięk, rozciągającego się na całej, analizowanej trasie propagacji.

Jeżeli źródło i odbiornik są umiejscowione na tyle blisko, że dp ≤ 30(zs + zr ), rozróżnienie typu podłoża znajdującego się w pobliżu źródła i typu podłoża znajdującego się w pobliżu odbiornika można pominąć. Odnosząc się do powyższej uwagi należy zauważyć, że współczynnik podłoża Gpath koryguje się ostatecznie za pomocą:

gdzie Gs oznacza współczynnik podłoża obszaru umiejscowienia źródła. Gs = 0 dla nawierzchni drogowych ( 5 ), torów płytowych. Gs = 1 dla torów na podsypce. Zasada ogólna nie obowiązuje w przypadku źródeł z działalności przemysłowej i zakładów przemysłowych.

Wartość współczynnika G może być powiązana z rezystywnością przepływu.

Rysunek 2.5.b

Wyznaczanie współczynnika podłoża Gpath na trasie propagacji

▼M6

Odległości dn wyznacza się za pomocą rzutu 2D na płaszczyznę poziomą.

▼M2

W poniższych dwóch podsekcjach, poświęconych obliczeniom w warunkach jednorodnych i sprzyjających, wprowadzono ogólne oznaczenia właściwości podłoża dotyczących pochłaniania dźwięku Gw i Gm . W tabeli 2.5.b podano zależność między oznaczeniami a zmiennymi Gpath i G′path .

Obliczenia w warunkach jednorodnych

Tłumienie wywołane oddziaływaniem akustycznym podłoża w warunkach jednorodnych oblicza się według poniższych równań:

jeżeli Gpath ≠ 0

gdzie

fm oznacza nominalną częstotliwość środkową analizowanego pasma częstotliwości wyrażoną w Hz, c to prędkość dźwięku w powietrzu, przyjęta jako równa 340 m/s, a Cf definiuje się na podstawie:

gdzie wartości w wyznacza się z poniższego równania:

Gw może być równe albo Gpath albo G′path , zależnie od tego, czy oddziaływanie akustyczne podłoża oblicza się z dyfrakcją czy bez oraz zależnie od typu podłoża pod źródłem (źródło rzeczywiste bądź dyfrakcyjne). Szczegółowe omówienie tego zagadnienia podano w dalszych podsekcjach i podsumowano w tabeli 2.5.b.

oznacza dolną granicę Aground,H .

Dla trasy (Si ,R) w warunkach jednorodnych bez dyfrakcji:

Z dyfrakcją, dotyczy odcinka na dyfrakcji dla definicji Gw i Gm .

jeżeli Gpath = 0: Aground,H = – 3 dB

Współczynnik – 3(1 – Gm ) uwzględnia fakt, że w przypadku gdy źródło i odbiornik są od siebie oddalone, bok pierwszego źródła odbicia nie znajduje się na płaszczyźnie przeszkody, ale na podłożu naturalnym.

Obliczenia w warunkach sprzyjających

Oddziaływanie akustyczne podłoża w warunkach sprzyjających oblicza się z równania Aground,H , pod warunkiem wprowadzenia następujących zmian:

Korekcje wysokości δ zs i δ zr przenoszą oddziaływanie akustyczne ugięcia promienia dźwięku. δ zT uwzględnia oddziaływanie akustyczne turbulencji.

Gm może być równe albo Gpath albo G′path , zależnie od tego, czy oddziaływanie akustyczne podłoża oblicza się z dyfrakcją czy bez oraz zależnie od typu podłoża pod źródłem (źródło rzeczywiste bądź dyfrakcyjne). Zagadnienie to omówiono szczegółowo w dalszych podsekcjach.

Dla trasy (Si , R) w warunkach sprzyjających bez dyfrakcji:

Z dyfrakcją, dotyczy kolejnego odcinka z definicji Gw oraz Gm .

Dyfrakcja

Z zasady dyfrakcję analizuje się na wierzchołku każdej przeszkody umiejscowionej na trasie propagacji. Jeżeli trasa przebiega „wystarczająco wysoko” nad krawędzią dyfrakcjyjną, można przyjąć Adif = 0 i obliczyć rzut prosty, w szczególności oceniając Aground .

▼M6

W praktyce następujące specyfikacje są uwzględniane na niepowtarzalnej płaszczyźnie pionowej zawierającej zarówno źródło, jak i odbiornik (w przypadku ścieżki obejmującej odbicia, seria płaszczyzn przypominająca spłaszczony parawan). Promień prosty od źródła do odbiornika jest linią prostą w jednorodnych warunkach propagacji i linią zakrzywioną (łukiem o promieniu zależnym od długości promienia prostego) w sprzyjających warunkach propagacji.

Jeżeli promień prosty nie jest zablokowany, oblicza się krawędź D, która daje największą różnicę długości trasy δ (najniższa wartość bezwzględna, ponieważ różnice długości trasy są ujemne). Dyfrakcję uwzględnia się, jeżeli

Ma to miejsce, jeżeli δ jest większa niż λ/4 – δ*, gdzie δ* oznacza różnicę długości trasy obliczoną dla tej samej krawędzi D, ale odnoszącą się do źródła lustrzanego S* obliczonego z uwzględnieniem uśrednionej płaszczyzny terenu po stronie źródła i odbiornika lustrzanego R* obliczonego z uwzględnieniem uśrednionej płaszczyzny terenu po stronie odbiornika. Do obliczenia δ* uwzględnia się jedynie punkty S*, D i R* – pomija się inne krawędzie blokujące trasę S*->D->R*.

Do celów powyższego długość fali λ oblicza się przy użyciu nominalnej częstotliwości środkowej i prędkości dźwięku 340 m/s.

Jeżeli te dwa warunki są spełnione, krawędź D oddziela stronę źródła od strony odbiornika, oblicza się dwie oddzielne uśrednione płaszczyzny terenu, a A dif oblicza się w sposób opisany w pozostałym tekście niniejszej części. W przeciwnym przypadku dla tej trasy nie uwzględnia się tłumienia wywołanego dyfrakcją, oblicza się wspólną uśrednioną płaszczyznę terenu dla trasy S -> R, a A ground oblicza się bez dyfrakcji (A dif = 0 dB). Zasada ta ma zastosowanie zarówno do warunków jednorodnych, jak i sprzyjających.

▼M2

Jeżeli obliczenia dla danego pasma częstotliwości dokonuje się w oparciu o omówioną w tej sekcji procedurę obliczeniową, przy obliczaniu tłumienia całkowitego Aground ustala się na równą 0 dB. Oddziaływanie akustyczne podłoża uwzględnia się bezpośrednio w równaniu służącym obliczaniu dyfrakcji ogólnej.

Proponowane tu równania stosuje się do przetworzenia dyfrakcji na cienkich ekranach dźwiękochłonnych, grubych ekranach dźwiękochłonnych, budynkach, obwałowaniach ziemnych (naturalnych bądź sztucznie wytworzonych) oraz na krawędziach nasypów, zrębów i wiaduktów.

Jeżeli na trasie propagacji dźwięk napotyka na kilka przeszkód powodujących dyfrakcję, traktuje się je jako dyfrakcję wielokrotną i stosuje procedurę omówioną w kolejnej sekcji poświęconej obliczaniu różnicy trasy.

Omówione tu procedury stosuje się do obliczenia tłumienia w warunkach jednorodnych i sprzyjających. Ugięcie promienia uwzględnia się w obliczeniu różnicy trasy i w obliczeniach oddziaływania akustycznego podłoża przed i po dyfrakcji.

Zasady ogólne

Rysunek 2.5.c obrazuje ogólną metodę obliczania tłumienia wywołanego dyfrakcją. Metoda ta opiera się na podziale trasy propagacji na dwie części: na trasę „po stronie źródła”, biegnącą między źródłem a punktem dyfrakcji, oraz na trasę „po stronie odbiornika”, biegnącą między punktem dyfrakcji a odbiornikiem.

Oblicza się następujące wartości:

Rysunek 2.5.c

Geometria obliczania tłumienia wywołanego dyfrakcją

1

:

Strona źródła

2

:

Strona odbiornika

gdzie

Nieregularne ukształtowanie podłoża między źródłem a punktem dyfrakcji oraz między punktem dyfrakcji a odbiornikiem uwzględnia się za pomocą wysokości równorzędnych obliczanych względem uśrednionej płaszczyzny terenu, najpierw po stronie źródła, a następnie po stronie odbiornika (dwóch uśrednionych płaszczyzn terenu), zgodnie z metodą omówioną w podsekcji poświęconej istotnym wysokościom nad poziomem terenu.

Dyfrakcja czysta

W przypadku dyfrakcji czystej, pomijającej oddziaływanie podłoża, tłumienie wyznacza się na podstawie:

gdzie

λ oznacza długość fali w nominalnej częstotliwości środkowej analizowanego pasma częstotliwości;

δ oznacza różnicę trasy między trasą dyfrakcyjną a trasą prostą (zob. kolejna podsekcja poświęcona obliczaniu różnicy trasy);

C″ oznacza współczynnik stosowany do uwzględniania dyfrakcji wielokrotnych:

C″ = 1 dla dyfrakcji jednostkowej.

▼M6

W przypadku dyfrakcji wielokrotnej, jeżeli e oznacza całkowitą długość trasy między pierwszym a ostatnim punktem dyfrakcji (z zastosowaniem promieni zakrzywionych w warunkach sprzyjających) i jeżeli e przekracza 0,3 m (w przeciwnym wypadku C" = 1), współczynnik ten jest określany przez:

▼M2

Wartości Δdif to wartości wiążące:

Obliczanie różnicy trasy

Różnicę trasy δ oblicza się w płaszczyźnie pionowej, na której umiejscowiono źródło i odbiornik. Jest to przybliżenie względem zasady Fermata. Przybliżenie stosuje się również w przedmiotowym przypadku (źródła liniowe). Różnicę trasy δ oblicza się w sposób pokazany na poniższych rysunkach, w zastanych okolicznościach.

Warunki jednorodne

Rysunek 2.5.d

Obliczanie różnicy trasy w warunkach jednorodnych. O, O1 i O2 to punkty dyfrakcji

Uwaga: Dla każdej konfiguracji podaje się wyrażenie δ.

Warunki sprzyjające

Rysunek 2.5.e

Obliczanie różnicy trasy w sprzyjających warunkach (dyfrakcja jednostkowa)

▼M6

W warunkach sprzyjających trzy zakrzywione promienie dźwięku, i  mają identyczny promień krzywizny Γ określony przez:

gdzie d jest określona przez odległość 3D między źródłem a odbiornikiem wypłaszczonej trasy.

▼M2

Długość zagięcia promienia dźwięku MN oznacza się w warunkach sprzyjających symbolem ^MN. Długość ta jest równa:

Z zasady w obliczeniu różnicy trasy w warunkach sprzyjających δF należy przeanalizować trzy scenariusze (zob. rysunek 2.5.e). W praktyce wystarczają dwa równania:

gdzie A oznacza przecięcie prostego promienia dźwięku SR i przedłużenia przeszkody powodującej dyfrakcję.

W przypadku dyfrakcji wielokrotnych w warunkach sprzyjających:

W warunkach sprzyjających trasa propagacji na pionowej płaszczyźnie propagacji zawsze składa się z segmentów koła, którego promień jest określony odległością 3D między źródłem a odbiornikiem, co oznacza, że wszystkie segmenty trasy propagacji mają ten sam promień krzywizny. Jeżeli bezpośredni łuk łączący źródło i odbiornik jest zablokowany, trasę propagacji definiuje się jako najkrótszą wypukłą kombinację łuków otaczających wszystkie przeszkody. Wypukła w tym kontekście oznacza, że w każdym punkcie dyfrakcji segment promienia wychodzącego jest odbijany w dół w stosunku do segmentu promienia padającego.

Rysunek 2.5.f

Przykład obliczenia różnicy trasy w warunkach sprzyjających w przypadku dyfrakcji wielokrotnych

W scenariuszu przedstawionym na rysunku 2.5.f różnica trasy wynosi:

▼M2

Obliczanie tłumienia Adif

Tłumienie wywołane dyfrakcją, uwzględniające oddziaływanie akustyczne podłoża po stronie źródła i odbiornika, oblicza się zgodnie z poniższymi równaniami ogólnymi:

gdzie

▼M6

Obliczanie współczynnika Δ ground(S,O)

gdzie

W szczególnym przypadku, gdy źródło znajduje się poniżej uśrednionej płaszczyzny terenu: Δ dif(S,R)= Δ dif(S',R) oraz Δ ground(S,O) = Aground(S,O)

Obliczanie współczynnika Δground(O,R)

gdzie

W szczególnym przypadku, gdy odbiornik znajduje się poniżej uśrednionej płaszczyzny terenu: Δ dif(S,R’) = Δ dif(S,R) oraz Δ ground ( O,R ) = A ground ( O,R )

Scenariusze krawędzi pionowej

W przypadku hałasu z działalności przemysłowej równanie (2.5.21) można wykorzystywać do obliczenia dyfrakcji na krawędziach pionowych (dyfrakcji poprzecznych). W tym przypadku przyjmuje się Adif = Δdif(S,R) oraz zachowuje się wartość współczynnika Aground . PonadtoAatm i Aground wylicza się z całkowitej długości trasy propagacji. Adiv dalej oblicza się z odległości prostej d. Równania (2.5.8) i (2.5.6) przekształca się w:

Δdif stosuje się w warunkach jednorodnych w równaniu (2.5.34)

Dyfrakcję poprzeczną uwzględnia się wyłącznie w przypadkach, gdy spełnione są następujące warunki:

Jeżeli wszystkie te warunki są spełnione, oprócz ulegającej dyfrakcji trasy propagacji w płaszczyźnie pionowej zawierającej źródło i odbiornik uwzględnia się do dwóch tras propagacji ulegających dyfrakcji poprzecznej. Płaszczyzna poprzeczna określana jest jako płaszczyzna prostopadła do płaszczyzny pionowej i zawiera również źródło i odbiornik. Obszary przecięcia z tą płaszczyzną poprzeczną są zbudowane ze wszystkich przeszkód, przez które przechodzi promień prosty od źródła do odbiornika. W płaszczyźnie poprzecznej najkrótsze wypukłe połączenie między źródłem a odbiornikiem, składające się z segmentów prostych i obejmujące te obszary przecięcia, określa pionowe krawędzie brane pod uwagę przy konstruowaniu trasy propagacji ulegającej dyfrakcji poprzecznej.

W celu obliczenia tłumienia podłoża dla trasy propagacji ulegającej dyfrakcji poprzecznej, uśrednioną płaszczyznę terenu między źródłem a odbiornikiem oblicza się z uwzględnieniem profilu podłoża pionowo poniżej trasy propagacji. Jeżeli w rzucie na płaszczyznę poziomą poprzeczna trasa propagacji przecina rzut budynku, uwzględnia się to przy obliczaniu Gpath (zwykle przy G = 0) oraz przy obliczaniu uśrednionej płaszczyzny terenu biorąc po uwagę pionową wysokość budynku.

▼M2

Odbicia od przeszkód pionowych

Tłumienie przez pochłanianie

Odbicia od przeszkód pionowych analizuje się za pomocą źródeł obrazu. W ten sam sposób analizuje się odbicia od elewacji budynków i barier dźwiękochłonnych.

▼M6

Powierzchnie obiektów uznaje się za odbijające dźwięk tylko wtedy, gdy ich nachylenia są mniejsze niż 15° względem pionu. Odbicia uwzględniane są jedynie w odniesieniu do tras w pionowej płaszczyźnie propagacji, to znaczy nie są uwzględniane w przypadku tras ulegających dyfrakcji poprzecznej. W przypadku tras promieni padających i odbitych oraz przy założeniu, że powierzchnia odbijająca ma być pionowa, punkt odbicia (który znajduje się na obiekcie odbijającym) jest konstruowany za pomocą linii prostych w warunkach jednorodnych i za pomocą linii zakrzywionych w sprzyjających warunkach propagacji. Wysokość obiektu odbijającego mierzona przez punkt odbicia z kierunku padającego promienia musi wynosić co najmniej 0,5 m. Po rzucie na płaszczyznę poziomą szerokość obiektu odbijającego mierzona przez punkt odbicia z kierunku padającego promienia musi wynosić co najmniej 0,5 m.

▼M2

Przeszkody, których przynajmniej jeden wymiar wynosi mniej niż 0,5 m, pomija się w obliczeniach odbicia, z wyjątkiem przypadków szczególnych ( 6 ).

Należy mieć na uwadze, że w tej sekcji nie analizuje się odbić od podłoża. Uwzględnia się je w obliczeniach tłumienia wywołanego granicą (podłoża, dyfrakcji).

Jeżeli LWS oznacza moc akustyczną źródła S, a αr współczynnik pochłaniania powierzchni przeszkody zdefiniowany w normie EN 1793-1:2013, to moc akustyczna źródła obrazu S′ jest równa:

gdzie 0 ≤ αr < 1

Tłumienia propagacji odnosi się następnie do powyższej trasy (źródło obrazu, odbiornik) tak samo jak do trasy prostej.

Rysunek 2.5.g

Odbicie lustrzane od przeszkody analizowanej metodą źródła obrazu (S: źródło, S': źródło obrazu, R: odbiornik)

Tłumienie wywołane dyfrakcją wsteczną

W geometrycznych badaniach nad trasami dźwięku, podczas odbicia od przeszkody pionowej (ściany dźwiękochłonnej, budynku), położenie uderzającego promienia względem górnej krawędzi przeszkody wyznacza mniej więcej istotną część skutecznie odbitej energii akustycznej. Stratę energii akustycznej podczas odbicia promienia nazywa się dyfrakcją wsteczną.

W przypadku możliwych wielokrotnych odbić między dwoma pionowymi ścianami, należy przeanalizować przynajmniej pierwsze odbicie.

W przypadku wykopów (zob. na przykład rysunek 2.5.h), tłumienie wywołane dyfrakcją wsteczną odnosi się do każdego odbicia od ścian oporowych.

Rysunek 2.5.h

Promień dźwięku odbity od wykopu czterokrotnie: rzeczywisty przekrój (górny), nieodsłonięty przekrój (dół)

Na rysunku tym promień dźwięku dociera do odbiornika „sukcesywnie przechodząc przez” ściany oporowe wykopu, które można porównać do otworów.

W obliczeniach propagacji przez otwór pole dźwięku na odbiorniku jest sumą pola prostego i pola ulegającego dyfrakcji na krawędziach otworu. Pole ulegające dyfrakcji gwarantuje ciągłość przenikania przez obszar czysty i zacieniony. Pole proste ulega wytłumieniu w momencie, w którym promień dociera do krawędzi otworu. Metoda obliczeniowa jest identyczna jak w przypadku tłumienia wywołanego przeszkodą umiejscowioną na terenie otwartym.

Różnica trasy δ′ powiązana z każdą dyfrakcją wsteczną jest odwrotnością różnicy trasy między S a R odniesionej do każdej, górnej krawędzi O, co odpowiada przekrojowi zamieszczonemu na rysunku (zob. rysunek 2.5.i).

Rysunek 2.5.i

Różnica trasy dla drugiego odbicia

Umieszczony w równaniu (2.5.36) znak „minus” oznacza, że w tym przypadku odbiornik uważa się za umiejscowiony na terenie otwartym.

Tłumienie wywołane dyfrakcją wsteczną Δ retrodif wyznacza się z równania (2.5.37) zbliżonego do równania (2.5.21) ze zmienionymi oznaczeniami.

Odbicie to odnosi się do promienia prostego za każdym razem, gdy promień „przechodzi przez” (odbija się od) ściany czy budynku. Moc akustyczna źródła obrazu S′ osiąga zatem wartość:

W skomplikowanych układach propagacji dyfrakcje mogą zachodzić między odbiciami lub między odbiornikiem a odbiciami. W tym przypadku dyfrakcję wsteczną względem ścian szacuje się, analizując trasę między źródłem a pierwszym punktem dyfrakcji R' [a zatem w równaniu (2.5.36) analizuje się jako odbiornik]. Zasadę tę zobrazowano na rysunku 2.5.j.

Rysunek 2.5.j

Różnica trasy przy występowaniu dyfrakcji: rzeczywisty przekrój (górny), nieodsłonięty przekrój (dół)

W przypadku odbić wielokrotnych, wszystkie odbicia jednostkowe sumuje się.

▼M6

Gdy w pobliżu torowiska kolejowego znajduje się odbijająca dźwięk bariera lub przeszkoda, promienie dźwiękowe ze źródła są kolejno odbijane od tej przeszkody i od bocznej powierzchni pojazdu kolejowego. W takich warunkach promienie dźwięku przechodzą między przeszkodą a nadwoziem pojazdu kolejowego przed dyfrakcją od górnej krawędzi przeszkody.

Aby uwzględnić wielokrotne odbicia między pojazdem kolejowym a pobliską przeszkodą, oblicza się moc akustyczną pojedynczego równoważnego źródła. W tym obliczeniu pomija się oddziaływanie podłoża.

Aby obliczyć moc akustyczną równoważnego źródła, stosuje się następujące definicje:

Wewnętrzna strona przeszkody ma współczynniki pochłaniania α(f) na pasmo oktawowe. Nadwozie pojazdu kolejowego ma równoważny współczynnik odbicia Cref . Zwykle Cref jest równe 1. Tylko w przypadku wagonów towarowych z otwartym nadwoziem-platformą można zastosować wartość 0. Jeżeli dB >5hB lub α(f) >0,8 nie uwzględnia się żadnej interakcji pociąg-bariera.

W tej konfiguracji można obliczyć wielokrotne odbicia między nadwoziem pojazdu kolejowego a przeszkodą, wykorzystując źródła pozorne umieszczone w Sn (dn = -2n. dB, hn = hs ), n=0,1,2,...,N; jak pokazano na rysunku 2.5.k.

Rysunek 2.5.k

Moc akustyczna równoważnego źródła wyrażana jest przez:

gdzie moc akustyczna źródeł częściowych wyrażana jest przez:

LW,n = LW + ΔLn

ΔLn = ΔLgeo,n + ΔLdif,n + ΔLabs,n + ΔLref,n + ΔLretrodif,n

gdzie:

LW	moc akustyczna rzeczywistego źródła

ΔLgeo,n

współczynnik korygujący dla dywergencji sferycznej

ΔLdif,n

współczynnik korygujący dla dyfrakcji na górnej części przeszkody

ΔLabs,n

współczynnik korygujący dla pochłaniania na wewnętrznej stronie przeszkody

ΔLref,n

współczynnik korygujący dla odbicia od nadwozia pojazdu kolejowego

ΔLretrodif,n

współczynnik korygujący dla ograniczonej wysokości przeszkody jako obiektu odbijającego

Korekcja dla dywergencji sferycznej wyrażana jest przez:

Korekcja dla dyfrakcji na górnej części przeszkody wyrażana jest przez:

(2.5.42)

gdzie Dn oznacza tłumienie wywołane dyfrakcją, obliczone za pomocą wzoru 2.5.21 gdzie C'' = 1, dla trasy łączącej źródło Sn z odbiornikiem R, z uwzględnieniem dyfrakcji na górnej części przeszkody B:

Korekcja dla pochłaniania na wewnętrznej stronie przeszkody wyrażana jest przez:

Korekcja dla odbicia od nadwozia pojazdu kolejowego wyrażana jest przez:

Korekcja dla ograniczonej wysokości przeszkody jako obiektu odbijającego jest uwzględniana za pomocą dyfrakcji wstecznej. Trasa promienia odpowiadająca źródłu pozornemu rzędu N > 0 będzie odbijana n razy przez przeszkodę. W przekroju poprzecznym odbicia te odbywają się na odległościach

di = – (2i-q)db, i = 1,2,..n,. gdzie Pi (d = di, h = hb ), i = 1,2,..n to górne krawędzie tych powierzchni odbijających. W każdym z tych punktów współczynnik korygujący oblicza się w następujący sposób:

gdzie Δ retrodif,n,i oblicza się dla źródła w punkcie Sn , górnej części przeszkody w punkcie Pi i odbiorniku w punkcie R’. Położenie równoważnego odbiornika R' jest wyrażone przez R' = R, jeżeli odbiornik znajduje się powyżej linii widzenia od Sn do B; w przeciwnym razie położenie równoważnego odbiornika przyjmuje się na linii widzenia pionowo nad rzeczywistym odbiornikiem; mianowicie:

▼M2

2.6.    Przepisy ogólne – hałas w ruchu lotniczym

2.6.1.    Definicje i symbole

W tej sekcji wyjaśniono wybrane istotne określenia terminologiczne, podając przypisaną im w tym dokumencie definicję ogólną. Podany wykaz nie jest wyczerpujący; ujęto w nim wyłącznie określenia i akronimy używane najczęściej. Pozostałe objaśniono w miejscach, w których się pojawiają po raz pierwszy.

Matematyczne symbole (podane obok określeń) to symbole najczęściej stosowane w równaniach ujętych w treści dokumentu. Definicje pozostałych symboli, pojawiających się w innych miejscach dokumentu głównego i dodatków do niego, zamieszczono w miejscu ich występowania.

Czytelnika co jakiś czas informuje się o dopuszczalnym w tym dokumencie zamiennym stosowaniu słów dźwięk i hałas. Mimo że słowo hałas ma konotacje tematyczne – akustycy uznają je zazwyczaj za „dźwięk niepożądany” – w obszarze kontroli hałasu w ruchu lotniczym oznacza ono wyłącznie dźwięk – energię akustyczną przenoszoną przez ruch fali akustycznej. Symbol → jest odsyłaczem do pozostałych określeń terminologicznych zawartych w wykazie.

Terminologia

AIP	Zbiór Informacji Lotniczych.

Konfiguracja statku powietrznego

Położenie przepustnic, klap i podwozia.

Ruch statków powietrznych

Przylot, odlot lub inne czynności z udziałem statku powietrznego oddziałujące na poziom ekspozycji na hałas wokół lotniska.

Dane dotyczące hałasu emitowanego przez statek powietrzny oraz dane eksploatacyjne

Dane dotyczące emitowanego hałasu oraz dane eksploatacyjne dla różnego rodzaju statków powietrznych, wymagane w procedurze modelowania. Należą do nich → zależności NPD oraz informacje umożliwiające obliczenie ciągu/mocy silnika, jako funkcji → konfiguracji lotu. Danych tych dostarcza zazwyczaj producent statku powietrznego, nie wyklucza się jednak możliwości pozyskania ich z innych źródeł. W przypadku braku danych, analizowany statek powietrzny odwzorowuje się, dostosowując dane dla użytkowo zbliżonego statku powietrznego – czynność tę nazywa się podstawieniem.

Wysokość bezwzględna

Wysokość nad średnim poziomem morza.

Baza danych ANP

Ujęta w dodatku I baza danych dotyczących hałasu emitowanego przez statek powietrzny oraz danych eksploatacyjnych.

Poziom dźwięku ważony dźwiękiem A, LA

Podstawowa skala dźwięku/hałasu stosowana do pomiarów hałasu w otoczeniu, w tym ze statku powietrznego, oraz skala, na której opiera się większość wskaźników metrycznych linii konturowych hałasu.

Tor główny

Wzorcowy lub nominalny rzut toru na ziemi, definiujący środek pasa rejestracji toru.

Podstawowy poziom hałasu zdarzenia akustycznego

Poziom hałasu zdarzenia akustycznego odczytany z bazy danych charakterystyki hałasu statku powietrznego (NPD).

Zwalnianie hamulca

→ Punkt początkowy rozbiegu/dobiegu

Skorygowany ciąg efektywny

Przy odpowiednim nastawie mocy (np. EPR lub N 1) ciąg efektywny spada wraz z gęstością powietrza, a zatem ze wzrostem wysokości bezwzględnej; skorygowany ciąg efektywny to wartość wyznaczana na poziomie morza.

Łączny poziom dźwięku/hałasu

Wyrażona w decybelach miara hałasu zarejestrowanego w określonym czasie, w punkcie umiejscowionym w pobliżu lotniska, z samolotu pracującego w standardowych warunkach roboczych i poruszającego się po standardowych torach lotu. Oblicza się go poprzez zsumowanie, dowolną metodą, poziomów dźwięku/hałasu zdarzenia akustycznego występującego w tym punkcie.

Suma lub średnia decybeli

Niejednokrotnie w innych dokumentach nazywana wartościami „energetycznymi” lub „logarytmicznymi” (w przeciwieństwie do wartości arytmetycznych). Stosowana tam, gdzie uzasadnione jest zsumowanie lub uśrednienie odnośnych wielkości energii akustycznej; np. .

Frakcja energii akustycznej, F

Stosunek energii akustycznej zarejestrowanej z segmentu do energii akustycznej zarejestrowanej z toru lotu o nieskończonej długości.

Nastawy mocy silnika

Wartość → parametru mocy oddziałującego na hałas, stosowana do wyznaczania poziomu emisji hałasu w oparciu o wartości pozyskane z bazy danych NPD.

Równorzędny (ciągły) poziom dźwięku, Leq

Miara dźwięku długookresowego. Poziom hipotetycznie stałego dźwięku, który w określonym czasie uzyskuje całkowitą energię akustyczną identyczną z całkowitą energią akustyczną rzeczywistego dźwięku zmiennego.

Poziom dźwięku/hałasu zdarzenia akustycznego

Wyrażona w decybelach miara skończonej ilości dźwięku (lub hałasu), zarejestrowana z przelatującego statku powietrznego → poziom ekspozycji na hałas.

Konfiguracja lotu

= → Konfiguracja statku powietrznego + → parametry lotu.

Parametry lotu

Nastaw mocy, prędkość, kąt przechylenia i masa statku powietrznego.

Tor lotu

Powietrzny tor lotu statku powietrznego zdefiniowany w trzech wymiarach, zazwyczaj odwzorowywany względem pierwotnego toru lotu, którego początkiem jest rozbieg przed startem, a końcem jest próg drogi lądowania.

Segment toru lotu

Część toru lotu statku powietrznego odwzorowywana do celów modelowania hałasu linią prostą o skończonej długości.

Procedura lotu

Kolejność czynności roboczych wykonywanych przez załogę statku powietrznego lub system zarządzania lotem: wyrażona jako zmiany konfiguracji lotu będące funkcją odległości na rzucie toru na ziemi.

Profil lotu

Zmiana wysokości statku powietrznego na rzucie toru na ziemi (czasem obejmuje także zmiany → konfiguracji lotu) – określana za pomocą układu → punktów profilu

Płaszczyzna podłoża

(lub nominalna płaszczyzna podłoża), pozioma płaszczyzna podłoża przechodząca przez punkt referencyjny lotniska, w którym zazwyczaj oblicza się linie konturowe.

Prędkość względem ziemi

Prędkość statku powietrznego względem stałego punktu naziemnego.

Rzut toru na ziemi

Pionowy rzut toru lotu na płaszczyznę podłoża.

Wysokość

Pionowa odległość między statkiem powietrznym a → płaszczyzną podłoża

Scalony poziom dźwięku

Inaczej nazywany → poziomem ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego.

ISA

Międzynarodowa Atmosfera Wzorcowa – definiowana przez Organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO). Definiuje zmienność temperatury, ciśnienia i gęstości w odniesieniu do wysokości nad średnim poziomem morza. Stosowana do normalizowania wyników obliczeń konstrukcyjnych statku powietrznego i analizowania danych testowych.

Tłumienie poprzeczne

Nadmierne tłumienie dźwięku na odległości przypisywanej bezpośrednio lub pośrednio występowaniu płaszczyzny podłoża. Istotne przy niskich kątach podniesienia (statku powietrznego nad płaszczyznę podłoża)

Maksymalny poziom hałasu/dźwięku

Maksymalny poziom dźwięku osiągany podczas zdarzenia akustycznego.

Średni poziom morza, MSL

Znormalizowane położenie powierzchni ziemi, względem którego odwzorowuje się → ISA.

Ciąg efektywny

Siła napędowa wywierana przez silnik na płatowiec.

Hałas

Hałas definiuje się jako dźwięk niepożądany. Przy czym wskaźniki metryczne, takie jak poziom dźwięku ważony dźwiękiem A (LA ) i efektywny odczuwany poziom hałasu (EPNL) umożliwiają skuteczne przekonwertowanie poziomów dźwięku na poziomy hałasu. Podobnie jak w innych publikacjach, ze względu na ciągły brak ujednolicenia, określeń „hałas” i „dźwięk” używa się w tym dokumencie zamiennie – w szczególności w powiązaniu ze słowem poziom.

Linia konturowa hałasu

Linia wyznaczająca łączny poziom hałasu statku powietrznego lub wskaźnik dla obszaru wokół lotniska, o stałej wartości.

Wpływ hałasu

Szkodliwy wpływ hałasu na jego odbiorców; co ważne, przyjmuje się, że wskaźniki metryczne hałasu to wskaźniki wpływu hałasu.

Wskaźnik hałasu

Miara dźwięku długookresowego lub łącznego, skorelowana (tzn. uznawana za predyktor) z wpływem na ludzi. Czasami, oprócz natężenia dźwięku, może uwzględniać również inne współczynniki (zwłaszcza porę dnia). Przykładem może być LDEN dla pory dziennej, wieczornej i nocnej.

Poziom hałasu

Wyrażona w decybelach miara dźwięku na skali mierzącej jego głośność lub hałaśliwość. W przypadku rozchodzącego się w otoczeniu hałasu statku powietrznego stosuje się dwie skale: poziom dźwięku ważony dźwiękiem A i odczuwany poziom hałasu. W skalach tych – do celów odwzorowania sposobu odczuwania hałasu przez ludzi – stosuje się różne wagi dźwięku o odmiennych częstotliwościach.

Wskaźnik metryczny hałasu

Formuła stosowana do opisania dowolnej miary ilości hałasu w punkcie umiejscowienia odbiornika, bez względu na to, czy hałas ten pochodzi z jednostkowego zdarzenia akustycznego czy z kilku zdarzeń akustycznych emitujących hałas, które wystąpiły w dłuższym czasie. Do pomiaru hałasu z jednostkowego zdarzenia akustycznego stosuje się zazwyczaj dwie miary: poziom maksymalny uzyskany podczas zdarzenia akustycznego lub poziom ekspozycji na dźwięk, miarę całkowitej energii akustycznej zdarzenia akustycznego wyznaczanej przez scalenie czasu występowania zdarzenia akustycznego.

Dane/zależności parametrów hałas-moc-odległość (NPD)

Poziomy hałasu zdarzenia akustycznego ujęte w układzie tabelarycznym jako funkcja odległości poniżej statku powietrznego w warunkach lotu ustalonego, przy prędkości referencyjnej w warunkach atmosferycznych odniesienia, dla każdego układu → nastawów mocy silnika. Dane odwzorowują oddziaływania akustyczne tłumienia dźwięku wywołanego sferycznym rozchodzeniem się fali (prawo odwrotności kwadratu odległości) i pochłanianiem atmosferycznym. Odległość definiuje się prostopadle do toru lotu samolotu i osi skrzydła statku powietrznego (tzn. w przypadku lotu bez wychylenia wprost pionowo poniżej statku powietrznego).

Akustyczny parametr mocy silnika

Parametr opisujący lub wyznaczający moc napędową silnika statku powietrznego, do której – w oparciu o podejście logiczne – można odnieść emisję mocy akustycznej, zazwyczaj wyrażany jako → skorygowany ciąg efektywny Kolokwialnie określany w treści tekstu, jako „moc” lub „nastawy mocy”.

Istotność hałasu

Dźwięk segmentu toru lotu jest „istotny w kontekście hałasu”, jeżeli wpływa na poziom hałasu zdarzenia akustycznego w dającym się ocenić zakresie. Pomijanie segmentów nieistotnych w kontekście hałasu pozwala istotnie ograniczyć zakres prac związanych z komputerowym przetwarzaniem danych.

Rejestrator

→ Odbiornik

Etapy procedury

Zalecenie dotyczące utrzymania profilu lotu – poszczególne etapy uwzględniają zmiany prędkości lub wysokości bezwzględnej.

Punkt profilu

Wysokość końcowego punktu segmentu toru lotu – w płaszczyźnie pionowej powyżej rzutu toru na ziemi.

Odbiornik

Punkt rejestrujący hałas docierający ze źródła; z zasady umiejscowiony na płaszczyźnie podłoża lub w jej pobliżu.

Atmosfera referencyjna

Tabelaryczny układ wskaźników pochłaniania dźwięku, stosowany do normalizowania danych NPD (zob. dodatek D).

Dzień referencyjny

Układ warunków atmosferycznych, według których normalizuje się dane ANP.

Okres referencyjny

Nominalny odcinek czasu stosowany do normalizowania pomiarów ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego; w przypadku → SEL równego 1 sekundzie.

Prędkość referencyjna

Prędkość statku powietrznego względem ziemi, do której normalizuje się dane NPD → SEL.

SEL	→ Poziom ekspozycji na dźwięk.

Poziom ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego.

Poziom dźwięku, który zdarzenie akustyczne osiąga, jeżeli cała energia akustyczna tego zdarzenia jest jednolicie skompresowana w znormalizowanym przedziale czasu nazywanym → okresem referencyjnym.

Podłoże miękkie

Podłoże charakteryzujące się „miękkością” akustyczną, zazwyczaj otaczające większość lotnisk podłoże trawiaste. Podłoża „twarde” akustycznie, tzn. charakteryzujące się dużymi zdolnościami do odbijania dźwięku, oznaczają podłoża betonowe i wodę. Opisana tu metodologia obliczania linii konturowej dźwięku odnosi się do podłoża miękkiego.

Dźwięk

Słyszalna dla ucha energia rozchodząca się w powietrzu w wyniku (wzdłużnego) ruchu fali.

Tłumienie dźwięku

Spadek natężenia dźwięku w miarę pokonywania trasy propagacji. W przypadku hałasu statków powietrznych do przyczyn spadku natężenia dźwięku należy sferyczne rozchodzenie się fali, pochłanianie atmosferyczne i → tłumienie poprzeczne.

Ekspozycja na dźwięk

Miara imisji całkowitej energii akustycznej w czasie.

Poziom ekspozycji na dźwięk LAE

(Akronim SEL) Wskaźnik metryczny znormalizowany w normie ISO 1996-1 lub ISO 3891 = ważony dźwiękiem A poziom ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego odniesiony do 1 sekundy.

Natężenie dźwięku

Siła imisji dźwięku w punkcie – odniesiona do energii akustycznej (oraz wyrażona zmierzonymi poziomami dźwięku)

Poziom dźwięku

Miara energii akustycznej wyrażona w jednostkach decybeli. Odebrany dźwięk mierzy się z lub bez „ważenia częstotliwości”; poziomy z ważeniem nazywa się często → poziomami dźwięku.

Długość dystansu/trasy pokonanej przez statek powietrzny

Odległość do pierwszego punktu przeznaczenia odlatującego statku powietrznego; uznawana za wskaźnik masy statku powietrznego.

Punkt początkowy rozbiegu/dobiegu, SOR

Punkt na drodze startowej, z którego odlatujący statek powietrzny rozpoczyna start. Zwany również „zwolnieniem hamulca”.

Rzeczywista prędkość lotu

Rzeczywista prędkość statku powietrznego względem pędu powietrza (= prędkość względem ziemi w warunkach bezwietrznych).

Ważony równorzędny poziom dźwięku, Leq,W

Zmodyfikowana wersja Leq , w której hałasowi występującemu w różnych porach dnia (zwykle w dzień, wieczorem i w nocy) przypisuje się różną wagę.

Symbole

d	Najkrótsza odległość od punktu rejestracji do segmentu toru lotu.

dp	Prostopadła odległość od punktu rejestracji do toru lotu (odległość lub zasięg skośny).

dλ	Długość wyskalowana.

Fn	Rzeczywisty ciąg efektywny silnika.

Fn /δ

Skorygowany ciąg efektywny silnika.

h	Wysokość bezwzględna statku powietrznego (powyżej MSL).

L	Poziom hałasu zdarzenia akustycznego (skala niezdefiniowana).

L(t)	Poziom dźwięku w czasie t (skala niezdefiniowana).

LA, LA(t)

Ważony dźwiękiem A poziom ciśnienia akustycznego (w czasie t) – mierzony miernikiem poziomu głośności ustawionym na tryb powolny.

LAE	(SEL) Poziom ekspozycji na dźwięk.

LAmax

Wartość maksymalna LA(t) podczas zdarzenia akustycznego.

LE	Poziom ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego.

LE∞	Poziom ekspozycji na dźwięk jednostkowego zdarzenia akustycznego wyznaczany z bazy danych NPD.

LEPN	Efektywny odczuwany poziom hałasu.

Leq	Równorzędny (ciągły) poziom dźwięku.

Lmax	Wartość maksymalna L(t) podczas zdarzenia akustycznego.

Lmax,seg

Maksymalny poziom wyemitowany przez segment.

ℓ	Prostopadła odległość od punktu rejestracji do rzutu toru na ziemi.

lg	Logarytm przy podstawie 10.

N	Liczba segmentów lub podsegmentów.

NAT	Liczba zdarzeń akustycznych o wartości Lmax przekraczającej określony próg.

P	Parametr mocy w zmiennej NPD L(P,d).

Pseg	Parametr mocy istotny dla danego segmentu.

q	Odległość od początku segmentu do najbliższego punktu podejścia.

R	Promień skrętu.

S	Odchylenie standardowe.

s	Odległość na rzucie toru na ziemi.

sRWY	Długość drogi startowej.

t

Czas.

te	Efektywny czas trwania jednostkowego zdarzenia akustycznego.

t 0	Czas referencyjny scalonego poziomu dźwięku.

V	Prędkość względem ziemi.

Vseg	Prędkość względem ziemi w segmencie równorzędnym.

Vref	Referencyjna prędkość względem ziemi, dla której zdefiniowano dane NPD.

x, y, z

Współrzędne miejscowe.

x′,y′,z′

Współrzędne statku powietrznego.

XARP,YARP,ZARP

Umiejscowienie punktu referencyjnego lotniska we współrzędnych geograficznych.

z	Wysokość statku powietrznego powyżej płaszczyzny podłoża/punktu referencyjnego lotniska.

α	Parametr wykorzystywany do obliczania korekcji segmentu o skończonej długości Δ F .

β	Kąt podniesienia statku powietrznego względem płaszczyzny podłoża.

ε	Kąt przechylenia statku powietrznego.

γ	Kąt wznoszenia/schodzenia.

φ	Kąt odchyłu (parametr kierunkowości poprzecznej).

λ	Całkowita długość segmentu.

ψ	Kąt między kierunkiem ruchu statku powietrznego a kierunkiem do rejestratora.

ξ	Kurs statku powietrznego mierzony w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od północy magnetycznej.

Λ(β,)

Tłumienie poprzeczne powietrze–podłoże.

Λ(β)	Długozakresowe tłumienie poprzeczne powietrze–podłoże.

Γ()	Współczynnik odległości tłumienia poprzecznego.

Δ	Zmiana wartości ilości lub korekcja (zależnie od wskazań w tekście).

Δ F	Korekcja segmentu o skończonej długości.

Δ I	Korekcja względem instalacji silnika.

Δ i	Ważenie dla i czasu pory dnia, w dB.

Δ rev

Ciąg odwrócony.

Δ SOR

Korekcja początkowego punktu rozbiegu/dobiegu.

Δ V	Korekcja czasu trwania (prędkości).

Indeksy dolne

1, 2	Indeksy dolne oznaczające wartości początkowe i końcowe czasu lub segmentu.

E	Ekspozycja.

i	Wskaźnik sumowania typu/kategorii statku powietrznego.

j	Wskaźnik sumowania głównego/alternatywnego rzutu toru na ziemi.

k	Wskaźnik sumowania segmentu.

max

Maksimum.

ref	Wartość referencyjna.

seg	Wartość specyficzna dla danego segmentu.

SOR	Odniesiony do początkowego punktu rozbiegu/dobiegu.

TO

Start.

2.6.2.    Ramy jakości

Dokładność wartości wejściowych

Wszystkie wartości wejściowe oddziałujące na poziom emisji ze źródła, w tym punkt umiejscowienia źródła, wyznacza się z dokładnością odpowiadającą co najmniej poziomowi niepewności ± 2dB(A) w poziomie emisji ze źródła (pozostawiając wszystkie inne parametry bez zmian).

Stosowanie wartości domyślnych

W przypadku stosowania tej metody dane wejściowe odwzorowują wartości rzeczywiste. Z zasady nie należy opierać się na wartościach czy założeniach domyślnych. W szczególności tory lotu ustalone na podstawie danych radarowych wykorzystuje się zawsze wtedy, gdy są one dostępne, a ich jakość jest wystarczająca. Stosowanie domyślnych wartości i założeń wejściowych dopuszcza się na przykład w przypadku zastępowania torów lotu ustalonych w oparciu o dane radarowe trasami modelowanymi, jeżeli pozyskanie danych rzeczywistych wiąże się z nieproporcjonalnie wysokimi kosztami.

Jakość oprogramowania stosowanego do obliczeń

Oprogramowanie stosowane do obliczeń musi wykazywać zgodność z wyszczególnionymi w tym dokumencie metodami, potwierdzoną wynikami warunków testowych.

2.7.    Hałas statku powietrznego

2.7.1.    Cel i zakres dokumentu

Do oznaczenia zasięgu i natężenia mocy hałasu statku powietrznego w otoczeniu portów lotniczych stosuje się mapy konturowe; oddziaływanie to oznacza się wartościami zdefiniowanych wskaźników metrycznych lub wskaźników hałasu. Kontur to linia, na której wskaźnik ma wartość stałą. Wartość wskaźnika do pewnego stopnia sumuje wszystkie występujące w określonym przedziale czasowym, zazwyczaj mierzonym w dniach lub miesiącach, zdarzenia akustyczne emitowane przez statek powietrzny.

Hałas statku powietrznego przylatującego i odlatującego z pobliskiego lotniska rejestrowany w punktach naziemnych zależy od wielu czynników. Do najważniejszych z nich należą typy samolotów i ich zespołów napędowych; moc, wykonywane na pokładach samolotów procedury kontroli wypuszczenia klap i prędkości lotu; odległości od analizowanych punktów względem poszczególnych torów lotu; oraz miejscowe warunki topograficzne i pogodowe. Działalność portów lotniczych wiąże się z korzystaniem z różnych typów samolotów, wykonywaniem różnych procedur lotu oraz pracą przy zróżnicowanych masach roboczych.

Linie konturowe wykreśla się na podstawie matematycznych obliczeń wartości nominalnych wskaźnika hałasu miejscowego. W dokumencie tym szczegółowo objaśniono metody obliczania poziomów jednostkowego zdarzenia akustycznego statku powietrznego, w konkretnym punkcie umiejscowienia rejestratora, w odniesieniu do konkretnego lotu lub typu lotu statku powietrznego, uśrednianych na późniejszym etapie z wykorzystaniem dowolnej metody lub sumowanych w celu uzyskania wartości wskaźników dla danego punktu umiejscowienia rejestratora. Wymagane nominale wartości wskaźnika uzyskuje się w wyniku zwykłego powtarzania obliczeń, o ile poszczególne ruchy statku powietrznego wymuszają konieczność powtarzania obliczeń – dążąc do uzyskania możliwie najwyższej efektywności obliczeń przez wykluczenie zdarzeń akustycznych „nieistotnych w kontekście hałasu” (tzn. takich, które nie przyczyniają się w sposób istotny do całkowitego poziomu hałasu).

Jeżeli czynności emitujące hałas, wykonywane w ramach działalności prowadzonej przez porty lotnicze, nie oddziałują w sposób istotny na ogólny poziom ekspozycji okolicznych mieszkańców na hałas statków powietrznych, można je pominąć. Do czynności tych należą: wykorzystywanie helikopterów, kołowanie, testowanie silników i korzystanie z pomocniczych zespołów silnikowych. Nie musi to oznaczać, że oddziaływanie akustyczne tych czynności jest nieznaczne i w przypadku prowadzenia powyższych czynności można przeprowadzić ocenę źródeł hałasu, o której mowa w pkt 2.7.21 i 2.7.22.

2.7.2.    Układ dokumentu

Procedurę wykreślania linii konturowych obrazuje rysunek 2.7.a. Linie konturowe wykreśla się w różnych celach i zazwyczaj służą one kontrolowaniu wymogów dotyczących źródeł hałasu oraz wstępnego przetwarzania danych wejściowych. Linie konturowe odzwierciedlające archiwalne oddziaływanie hałasu można wyznaczyć z istniejących rejestrów czynności statku powietrznego – ruchów, mas, zarejestrowanych na radarze torów lotu itp. Linie konturowe stosowane dla potrzeb przyszłego planowania zapotrzebowania opierają się w głównej mierze na prognozach – ruchu i torów lotu, a także danych dotyczących emitowanego hałasu oraz eksploatacyjnych dla statku powietrznego, który będzie wykorzystywany w przyszłości.

Rysunek 2.7.a

Procedura wykreślania linii konturowej hałasu

Bez względu na rodzaj źródła danych lotu, każdy ruch statku powietrznego, przylot lub odlot, definiuje się we wskaźnikach geometrii jego toru lotu oraz emisji hałasu ze statku powietrznego w miarę pokonywania toru lotu (ruchy scharakteryzowane identycznymi wskaźnikami poziomu hałasu i warunków toru lotu uwzględnia się za pomocą prostego przemnożenia). Emisja hałasu zależy of charakterystyki ogólnej statku powietrznego – głównie od mocy wytwarzanej przez jego silniki. Zalecana metodologia opiera się na dzieleniu toru lotu na segmenty. W sekcjach 2.7.3–2.7.6 omówiono elementy metodologii i wyjaśniono zasadę segmentacji, na której metodologia ta się opiera; oznacza to, że rejestrowany poziom hałasu zdarzenia akustycznego jest sumą oddziaływań wszystkich „istotnych w kontekście hałasu” segmentów toru lotu, z których każdy oblicza się niezależnie od pozostałych. W sekcjach 2.7.3–2.7.6 omówiono również wymogi dotyczące danych wejściowych służących wykreślaniu układu linii konturowych hałasu. Szczegółową specyfikację niezbędnych danych roboczych podano w dodatku A.

Sposoby obliczania segmentów toru lotu z wstępnie przetworzonych danych wejściowych omówiono w sekcjach 2.7.7–2.7.13. Wiążą się one z wykorzystaniem analizy charakterystyki lotu statku powietrznego, dla której szczegółowe równania podano w dodatku B. Tory lotu są w dużej mierze zmienne – statki powietrzne pokonujące dowolną trasę są rozproszone względem pasa rejestracji na skutek zmian zachodzących w warunkach atmosferycznych, masie statku powietrznego i procedurach roboczych, obostrzeń zgłaszanych przez kontrolę lotów itp. Uwarunkowania te uwzględnia się, wyrażając każdy tor lotu w wartościach statystycznych – jako tor „główny” lub podstawowy, wokół którego przebiegają tory dodatkowe. Zagadnienie to wyjaśniono również w sekcjach 2.7.7–2.7.13 w odniesieniu do informacji dodatkowych zawartych w dodatku C.

W sekcjach 2.7.14–2.7.19 omówiono etapy obliczania poziom hałasu jednostkowego zdarzenia akustycznego – zarejestrowanego w punkcie naziemnym hałasu wyemitowanego przez ruch jednostkowego statku powietrznego. W dodatku D omówiono ponowne obliczanie danych zaczerpniętych z bazy NPD dla warunków innych niż warunki odniesienia. W dodatku E wyjaśniono pojęcie dipolowego źródła akustycznego, które w modelu stosuje się do definiowania promieniowania dźwięku z segmentów toru lotu o skończonej długości.

Oprócz pozyskania danych dotyczących właściwych torów lotu, aplikacje modelujące zależności, o których mowa w rozdziałach 3 i 4, wymagają pozyskania danych dotyczących emitowanego hałasu oraz eksploatacyjnych analizowanego statku powietrznego.

Kluczowym obliczeniem jest wyznaczenie poziomu zdarzenia akustycznego dla ruchu pojedynczego statku powietrznego w jednym punkcie umiejscowienia rejestratora. Obliczenie to należy powtórzyć dla ruchu wszystkich statków powietrznych w każdym z wybranych układów punktów pokrywających szacowany zasięg odnośnych linii konturowych hałasu. Poziomy zdarzenia akustycznego zarejestrowane w każdym punkcie sumuje się lub uśrednia za pomocą dowolnej metody, aby w ten sposób otrzymać „łączny poziom” lub wartość wskaźnika hałasu. Tę część procedury omówiono w sekcjach 2.7.20 oraz 2.7.23–2.7.25.

W sekcjach 2.7.26–2.7.28 podsumowano możliwości i wymogi dotyczące dopasowywania linii konturowych hałasu do siatek wartości wskaźnika hałasu. Możliwości i wymogi, o których mowa powyżej, stanowią wytyczne wykreślania linii konturowych i dalszego przetwarzania danych.

2.7.3.    Pojęcie segmentacji

Baza danych zawiera podstawowe dane dotyczące zależności parametrów hałas-moc-odległość (NPD), odnoszące się do każdego konkretnego statku powietrznego. W przypadku ustalonego lotu prostego przy prędkości referencyjnej w określonych referencyjnych warunkach atmosferycznych oraz przy określonej konfiguracji lotu, definiują one maksymalne i scalone poziomy dźwięku zdarzenia akustycznego, zarejestrowane bezpośrednio poniżej statku powietrznego ( 7 ), wyrażone jako funkcja odległości. Do celów modelowania hałasu najistotniejszą w kontekście tych parametrów siłę napędową odwzorowuje się akustycznym parametrem mocy silnika; parametrem powszechnie stosowanym jest skorygowany ciąg efektywny. Podstawowe poziomy zdarzenia akustycznego wyznaczone z bazy danych koryguje się tak, aby po pierwsze uwzględniały różnice między rzeczywistymi (tzn. modelowanymi) a referencyjnymi warunkami atmosferycznymi (w przypadku poziomów ekspozycji na dźwięk), prędkością statku powietrznego, a po drugie, w przypadku punktów umiejscowienia odbiornika nieznajdujących się bezpośrednio poniżej statku powietrznego, różnice między dźwiękiem promieniującym ku dołowi i poprzecznie. Ostatnia z wymienionych różnic wynika z kierunkowości poprzecznej (oddziaływania instalacji silnika) i tłumienia poprzecznego. Skorygowane w ten sposób poziomy zdarzenia akustycznego nadal jednak odnoszą się wyłącznie do całkowitego hałasu ze statku powietrznego w warunkach lotu ustalonego.

Segmentacja to procedura, w wyniku której zalecany model linii konturowej hałasu wykorzystuje pozyskane z bazy NPD dane dotyczące toru lotu o nieskończonej długości oraz dane poprzeczne do obliczania hałasu docierającego do odbiornika z niejednorodnego toru lotu, tzn. lotu o zmiennej konfiguracji. W celu obliczenia poziomu dźwięku zdarzenia akustycznego z ruchu statku powietrznego, tor lotu odwzorowuje się za pomocą przyległych prostych segmentów, z których każdy można uznać za skończonej długości odcinek toru lotu o nieskończonej długości, w odniesieniu do którego znane są korekcje danych zawartych w bazie NPD i danych poprzecznych. Maksymalny poziom zdarzenia akustycznego oznacza po prostu najwyższą wartość spośród poszczególnych wartości segmentu. Poziom całego dźwięku zdarzenia akustycznego scalony w czasie oblicza się przez zsumowanie hałasu zarejestrowanego z odpowiedniej liczby segmentów, tzn. istotnie oddziałujących na całkowity hałas zdarzenia akustycznego.

Metoda szacowania, na ile hałas z jednego segmentu o skończonej długości oddziałuje na scalony poziom hałasu zdarzenia akustycznego, jest metodą czysto empiryczną. Frakcja energii F – hałas segmentu wyrażony jako stosunek hałasu całego toru o nieskończonej długości – wyznacza się za pomocą stosunkowo prostej formuły, uwzględniającej kierunkowość wzdłużną hałasu statku powietrznego i „ogląd” segmentu przez odbiornik. Jednym z uzasadnień adekwatności prostej metody empirycznej jest fakt, że z zasady większość hałasu pochodzi z najbliższego, zazwyczaj przyległego segmentu, w którym to przypadku odpowiadający najbliższy punkt podejścia (CPA) względem odbiornika znajduje się na tym segmencie (ale nie na jednym z jego końców). Oznacza to, że szacunkowe wartości hałasu pochodzącego z segmentów innych niż przyległe mogą być tym bardziej przybliżone, im dalej znajdują się od odbiornika, a przybliżenie to nie powoduje istotnego pogorszenia dokładności danych.

2.7.4.    Tory lotu: linie drogi i profile

W kontekście modelowania tor lotu (inaczej trajektoria) to pełny opis ruchu statku powietrznego w przestrzeni i czasie ( 8 ). Siła ciągu (lub inny akustyczny parametr mocy silnika) i tor lotu to informacje niezbędne do obliczenia poziomu emitowanego hałasu. Rzut toru na ziemi to pionowy rzut toru lotu na płaszczyznę podłoża. Aby wykreślić tor lotu w 3 wymiarach, rzut toru łączy się z pionowym profilem lotu. Modelowanie segmentacji wymaga opisania toru lotu ruchu poszczególnych statków powietrznych za pomocą układu przyległych prostych segmentów. Sposób wykonywania segmentacji zależy od konieczności wyważenia między dokładnością danych a efektywnością obliczeń – wymaga się odpowiedniego przybliżenia rzeczywistego zakrzywionego toru lotu, a jednocześnie ograniczenia do minimum obciążenia związanego z wykonywaniem obliczeń i spełnienia wymogów dotyczących danych. Każdy segment należy zdefiniować na podstawie współrzędnych geometrycznych jego punktów końcowych oraz powiązanej z nim prędkości i parametrów mocy silnika statku powietrznego (od których zależy emisja dźwięku). Tory lotu i moc silnika można wyznaczyć różnymi metodami, przy czym główne z tych metod wymagają a) syntezy poszczególnych etapów procedury; oraz b) analizy zmierzonych danych profilu lotu.

Synteza toru lotu (a) wymaga pozyskania informacji (lub założeń) dotyczących rzutu toru na ziemi i ich poprzecznych rozproszeń, masy statku powietrznego, prędkości, procedur kontroli klap i ciągu, wysokości podniesienia lotniska oraz wiatru i temperatury otoczenia. Równania służące obliczaniu profilu lotu z niezbędnych parametrów pędu i aerodynamiki zamieszczono w dodatku B. Każde równanie uwzględnia współczynniki (lub stałe) oparte na danych empirycznych dotyczących każdego konkretnego typu statku powietrznego. Równania charakterystyki aerodynamicznej podane w dodatku B umożliwiają uwzględnienie wszelkich zasadnych kombinacji masy roboczej statku powietrznego i procedury lotu, w tym czynności wykonywanych przy różnych masach startowych.

Analiza zmierzonych danych (b), np. przez rejestratory parametrów lotu, radary czy inne pokładowe urządzenia radiolokacyjne statku powietrznego, wymaga zastosowania „inżynierii odwrotnej”, czyli faktycznego odwrócenia procedury syntezy (a). Zamiast szacowania stanów statku powietrznego i zespołu silnika na końcach segmentów toru lotu przez scalenie oddziaływań siły ciągu i aerodynamiki na płatowiec, siły szacuje się, różnicując zmiany wysokości i prędkości płatowca. Procedury dotyczące przetwarzania informacji o torze lotu omówiono w sekcji 2.7.12.

W modelowaniu hałasu ostatecznego każdy jednostkowy lot teoretycznie można byłoby odwzorowywać odrębnie; gwarantowałoby to rzetelne odwzorowanie przestrzennego rozproszenia torów lotu – które może być niezwykle istotne. Jednak z uwagi na konieczność dotrzymania rozsądnych terminów przygotowywania danych i korzystania z komputerów, powszechnie stosowaną praktyką jest odwzorowywanie szerokości pasa rejestracji toru lotu za pomocą niewielkiej liczby poprzecznie rozproszonych „alternatywnych torów”. (Uwzględnienie oddziaływań zmieniających się mas statku powietrznego na profile pionowe daje na ogół zadowalające wyniki odwzorowania rozproszenia pionowego).

▼M6

2.7.5.    Hałas emitowany przez statek powietrzny oraz dane eksploatacyjne

Baza danych ANP przedstawiona w dodatku I zawiera współczynniki osiągów statków powietrznych i silników, profile odejścia i podejścia, a także zależności NPD dla znacznej części cywilnych statków powietrznych eksploatowanych z portów lotniczych Unii Europejskiej. Typy statków powietrznych nieobjęte dostępnymi danymi można odwzorować za pomocą uwzględnionych w bazie danych odnoszących się do innego, najbardziej zbliżonego statku powietrznego.

Dane te uzyskano w celu obliczenia izolinii hałasu dla średniej lub reprezentatywnej kombinacji floty i ruchu w porcie lotniczym. Prognozowanie bezwzględnych poziomów hałasu poszczególnych modeli statków powietrznych może nie być właściwe i nie jest odpowiednie do celu porównywania poziomu hałasu i charakterystyki określonych typów statków powietrznych, modeli lub konkretnej floty statków powietrznych. Zamiast tego, aby określić, które typy, modele lub flota statków powietrznych są najgłośniejsze, należy przeanalizować świadectwa zdatności w zakresie hałasu.

Baza danych ANP zawiera jeden lub kilka domyślnych profili startu i lądowania dla każdego typu statku powietrznego wymienionego w wykazie. Badana jest możliwość zastosowania tych profili do danego portu lotniczego, po czym określa się profile punktów stałych lub etapy procedury, które najlepiej odzwierciedlają operacje lotnicze w tym porcie lotniczym.

▼M2

2.7.6.    Działalność portów lotniczych i czynności wykonywane przez statki powietrzne

Odnoszące się do konkretnego przypadku dane, z których oblicza się linie konturowe hałasu dla scenariusza konkretnego lotniska, uwzględniające:

Ogólne dane o lotnisku

Dane drogi startowej

Dla każdej drogi startowej:

Dane dotyczące rzutu toru na ziemi

Rzuty toru statku powietrznego na ziemi opisuje się układem współrzędnych w (poziomej) płaszczyźnie podłoża. Źródło danych dotyczących rzutu toru na ziemi zależy od dostępności właściwych danych radarowych. Jeżeli dane te są dostępne, analiza statystyczna danych służy wyznaczeniu rzeczywistego toru głównego i odpowiadających mu alternatywnych rzutów torów (rozproszonych). Jeżeli dane te nie są dostępne, tory główne wyznacza się zazwyczaj z właściwych informacji dotyczących procedury, np. z wykorzystaniem znormalizowanych automatycznych procedur odejścia, określonych w Zbiorze Informacji Lotniczych. Opis normatywny uwzględnia następujące informacje:

Jest to minimalny zakres informacji niezbędnych do zdefiniowania zasadniczego (głównego) toru. Średnie poziomy hałasu obliczane na podstawie założenia, że statek powietrzny porusza się dokładnie po trasach nominalnych, mogą być wiarygodnym punktem odniesienia dla odwzorowania punktów występowania błędów rzędu kilku decybeli. Dlatego wymaga się odwzorowania rozproszenia poprzecznego, co wymaga pozyskania następujących informacji dodatkowych:

Dane o ruchu lotniczym

Dane o ruchu lotniczym to:

Większość deskryptorów hałasu wymaga definiowania zdarzeń akustycznych (tzn. ruchów statku powietrznego) jako średnich wartości dziennych w określonych porach doby (np. w porze dziennej, wieczornej i nocnej) – zob. sekcje 2.7.23–2.7.25.

Dane topograficzne

Teren położony w pobliżu większości lotnisk to teren względnie płaski. Ale nie zawsze tak jest i w pewnych przypadkach należy uwzględnić zmienną wysokość terenu względem referencyjnego podniesienia lotniska. Oddziaływanie akustyczne wysokości terenu może być szczególnie istotne w przypadku bliskości ścieżek podejścia, po których statek powietrzny porusza się na stosunkowo niskich wysokościach bezwzględnych.

Wysokość terenu ilustruje się zazwyczaj układem współrzędnych (x,y,z) na prostokątnej siatce współrzędnych o określonej gęstości. Parametry siatki wysokość często jednak różnią się od parametrów siatki stosowanej do obliczania hałasu. W takim przypadku do oszacowania właściwych współrzędnych z na siatce stosowanej do obliczeń hałasu wykorzystać można interpolację liniową.

Kompleksowa analiza oddziaływań akustycznych na propagację dźwięku, wyraźnie niepochodzących z płaszczyzny podłoża, jest złożona i wykracza poza zakres omawianej metody. Umiarkowaną nierówność można uwzględnić, przyjmując „fikcyjną” płaszczyznę podłoża, tzn. za pomocą prostego uniesienia bądź obniżenia poziomej płaszczyzny podłoża względem miejscowego podniesienia terenu (istotnego dla referencyjnej płaszczyzny podłoża) w każdym punkcie umiejscowienia odbiornika (zob. sekcja 2.7.4).

Warunki odniesienia

Międzynarodowe dane dotyczące hałasu emitowanego przez statek powietrzny oraz dane eksploatacyjne (ANP) normalizuje się do standardowych warunków odniesienia, powszechnie stosowanych w badaniach nad hałasem z lotnisk (zob. dodatek D).

Warunki odniesienia dotyczące danych NPD

1)	Ciśnienie atmosferyczne : 101,325 kPa (1 013,25 mb)

2)	Pochłanianie atmosferyczne : wskaźniki tłumienia podano w tabeli D-1 w dodatku D

3)	Opady : brak.

4)	Prędkość wiatru : poniżej 8 m/s (15 węzłów).

5)	Prędkość względem ziemi : 160 węzłów.

6)	Miejscowe ukształtowanie terenu : teren płaski, podłoże miękkie, duże budowle czy inne obiekty wywołujące odbicia dźwięku znajdują się w odległości większej niż kilka kilometrów od rzutu toru statku powietrznego na ziemi.

Znormalizowanych pomiarów dźwięku statku powietrznego dokonuje się na wysokości 1,2 m powyżej płaszczyzny podłoża. Nie trzeba ich jednak szczególnie uwzględniać, ponieważ dla potrzeb modelowania można przyjąć, że poziomy zdarzeń akustycznych są stosunkowo mało zależne od wysokości umiejscowienia odbiornika ( 10 ).

Porównania szacunkowych i zmierzonych poziomów hałasu z lotniska dowodzą, że korzystanie z danych ujętych w bazie NPD można uznać za zasadne, jeżeli średnie uwarunkowania pobliskiej powierzchni mieszczą się w następującym przedziale:

Przyjmuje się, że przedział ten uwzględnia warunki występujące w większości najważniejszych portów lotniczych na świecie. W dodatku D omówiono metodę konwertowania danych NPD na średnie warunki miejscowe wykraczające poza powyższy przedział, niemniej w przypadkach ekstremalnych zaleca się skonsultowanie się z producentem danego samolotu.

Warunki odniesienia dla danych dotyczących aerodynamiki i silnika samolotu

1)	Podniesienie drogi startowej : średni poziom morza.

2)	Temperatura otoczenia : 15 °C.

3)	Masa startowa brutto : definiowana jako funkcja długości dystansu podanej w bazie danych ANP.

4)	Masa lądowania brutto : 90 procent maksymalnej masy lądowania brutto.

5)	Silniki wytwarzające ciąg : wszystkie.

Mimo że dane ANP dotyczące charakterystyki aerodynamiki i silnika opierają się na powyższych warunkach, dane te – zestawione w formie tabel – można uznać za odnoszące się do wysokości drogi startowej innych niż referencyjne oraz średniej temperatury otoczenia w zakresach określonych przez ECAC, co nie umniejszy dokładności obliczonych linii konturowych łącznego, uśrednionego poziomu dźwięku. (zob. dodatek B.)

Baza danych ANP zawiera zestawione w tabelach dane aerodynamiczne dla mas startowych i mas lądowania, o których mowa w pkt 3 i 4 powyżej. Chociaż w przypadku obliczeń hałasu łącznego dane aerodynamiczne należy skorygować względem innych mas brutto, to obliczenia profilów lotu dla startu i wznoszenia z wykorzystaniem procedur, o których mowa w dodatku B, powinny się opierać na właściwych roboczych masach startowych.

2.7.7.    Opis toru lotu

Model hałasu wymaga opisania ruchu każdego konkretnego statku powietrznego za pomocą trójwymiarowego odwzorowania toru lotu oraz zachodzących na analizowanym torze zmian nastawów mocy silnika i prędkości. Z zasady jeden modelowany ruch stanowi wycinek całkowitego ruchu lotniczego, tzn. liczby (zakładanych) ruchów identycznych, wykonywanych przez statek powietrzny tego samego typu, o identycznej masie i identycznych procedurach roboczych, na jednym rzucie toru na ziemi. Rzut toru może być jedną z kilku rozproszonych „alternatywnych rzutów toru”, wykorzystywanych do modelowania rzeczywistej szerokości pasa rejestracji rzutu toru, biegnących po jednej wyznaczonej trasie. Pasy rejestracji rzutu toru na ziemi, profile pionowe i parametry robocze statku powietrznego wyznacza się z danych wejściowych konkretnego scenariusza – w powiązaniu z pozyskanymi z bazy ANP danymi dotyczącymi statku powietrznego.

Dane dotyczące zależności parametrów hałas-moc-odległość (zawarte w bazie ANP) definiują hałas ze statku powietrznego przemierzającego wyidealizowane poziome tory lotu o nieskończonej długości ze stała prędkością i przy stałej mocy silnika. Aby dostosować te dane do torów lotu na obszarze wyjściowym, charakteryzujących się częstą zmiennością mocy i prędkości, każdy tor dzieli się na proste segmenty o skończonej długości; następnie oddziaływanie każdego z tych segmentów na hałas sumuje się w punkcie umiejscowienia rejestratora.

2.7.8.    Zależności między torem lotu a konfiguracją lotu

Trójwymiarowy tor lotu statku powietrznego wyznacza geometryczne płaszczyzny promieniowania i propagacji dźwięku między statkiem powietrznym a rejestratorem. Przy konkretnej masie statku powietrznego i określonych warunkach atmosferycznych cały tor lotu podlega zmianom wywołanym kolejnością wykonywanych przez pilota (lub automatyczny system zarządzania lotem) procedur zmian mocy, wypuszczenia klap i wysokości bezwzględnej w celu podążania za trasami oraz utrzymania wysokości i prędkości podanych przez służbę kontroli ruchu lotniczego (ATC) – adekwatnych do znormalizowanych procedur roboczych zalecanych przez operatora statku powietrznego. Wykonywane instrukcje i czynności, o których mowa powyżej, dzielą tor lotu na poszczególne etapy, tworzące rzeczywiste segmenty. W płaszczyźnie poziomej są to odcinki proste, określane jako odległość do następnego zakrętu oraz zakręty, definiowane promieniem i zmianą kursu. W płaszczyźnie pionowej segmenty definiuje się czasem lub odległością, jaką należy pokonać, aby osiągnąć niezbędne konieczne zmiany prędkości lub wysokości przy zadanej mocy i nastawach klap. Właściwe współrzędne pionowe nazywa się często punktami profilu.

W przypadku modelowania hałasu informacje dotyczące toru lotu pozyskuje się z syntezy poszczególnych etapów procedury (np. wykonywanych przez pilota) lub z analizy danych radarowych – fizycznych pomiarów faktycznie pokonanych torów lotu. Bez względu na zastosowaną metodę, poziome i pionowe płaszczyzny toru lotu redukuje się do segmentów. Ich poziomy wyrys (tzn. dwuwymiarowy rzut na płaszczyznę podłoża) to rzut toru na ziemi, definiowany trasą dolotu i odlotu. Ich pionowy wyrys, wyznaczany punktami profilu oraz powiązanymi z nimi parametrami lotu, takimi jak prędkość, kąt przechylenia i nastawy mocy, łącznie definiuje profil lotu zależny od procedury lotu zazwyczaj zalecanej przez producenta lub operatora statku powietrznego. Tor lotu wyznacza się, łącząc dwuwymiarowy profil lotu z dwuwymiarowym rzutem toru na ziemi, które łącznie tworzą sekwencję trójwymiarowych segmentów toru lotu.

Należy pamiętać, że w kontekście konkretnego układu etapów procedury, profil lotu zależy od rzutu toru na ziemi; np. prędkość wznoszenia statku powietrznego przy identycznym ciągu i prędkości jest niższa podczas zakrętów niż podczas lotu prostego. Chociaż wyjaśnia to sposób odwzorowywania powyższej zależności, to należy mieć świadomość, że uwzględnianie tej zależności wiąże się z niezwykle dużym obciążeniem obliczeniowym, a zatem użytkownicy mogą podjąć decyzję, aby zamiast uwzględniania tej zależności przyjąć założenie, że do celów modelowania hałasu profil lotu i rzut toru na ziemi można uznać za odrębne jednostki; tzn., że wszelkiego rodzaju zakręty pokonywane przez statek powietrzny nie będą wpływały na profil wznoszenia. Ważne jest jednak, aby wyznaczyć zmiany kąta przechylenia podczas zakrętów, ponieważ kąt przechylenia ma istotny wpływ na kierunkowość emisji dźwięku.

Hałas zarejestrowany z segmentu toru lotu zależy od geometrii segmentu względem rejestratora oraz konfiguracji lotu statku powietrznego. Parametry te są współzależne – zmiana jednego powoduje zmianę pozostałych, w związku z czym należy upewnić się, czy konfiguracja statku powietrznego jest spójna z jego ruchem na torze lotu we wszystkich punktach toru lotu.

Należy pamiętać, że synteza toru lotu, tzn. wyznaczanie toru lotu na podstawie układu wykonanych „etapów procedury”, określających wybraną przez pilota moc silnika, kąt wypuszczenia klap i przyspieszenie/prędkość pionową, służy obliczaniu ruchu. Analiza toru lotu to czynność odwrotna: nastawy mocy silnika należy szacować na podstawie zarejestrowanego ruchu samolotu – wyznaczonego w oparciu o dane radarowe lub czasami, w przypadkach szczególnych, dane z pokładowego rejestratora parametrów lotu (choć w tym drugim przypadku moc silnika jest zazwyczaj jednym z elementów danych). Tak czy inaczej, w obliczeniach hałasu należy uwzględnić współrzędne i parametry lotu zarejestrowane na wszystkich punktach końcowych segmentu.

W dodatku B podano równania dotyczące sił oddziałujących na statek powietrzny i jego ruch oraz wyjaśniono, jak zostały one przetworzone w celu zdefiniowania charakterystyki segmentów składających się na tory lotu. Poszczególne segmenty (oraz sekcje dodatku B, w których je omówiono) dotyczą: rozbiegu przed startem (B5), wznoszenia ze stałą prędkością (B6), redukcji mocy (B7), nabierania prędkości przy wznoszeniu i wpuszczenia klap (B8), nabierania prędkości przy wznoszeniu po wpuszczeniu klap (B9), schodzenia i wytracania prędkości (B10) i końcowego podejścia do lądowania (B11).

Modelowanie praktyczne bez wątpienia wiąże się z uproszczeniami różnego stopnia – konieczność uproszczenia zależy od rodzaju zastosowania, znaczenia wyników i dostępnych zasobów. Założenie dotyczące ogólnego upraszczania, nawet w najbardziej złożonych zastosowaniach, polega na tym, że w przypadku odwzorowywania rozproszenia toru lotu profile i konfiguracje lotu na wszystkich alternatywnych liniach drogi są identyczne z występującymi na torze głównym. Ponieważ wymaga się uwzględnienia co najmniej 6 alternatywnych torów (zob. sekcja 2.7.11), przyjęcie tego założenia zdecydowanie ogranicza liczbę dokonywanych obliczeń i skutkuje statystycznie nieistotnym zakłóceniem wyników.

2.7.9.    Źródła danych o torze lotu

Dane radarowe

Chociaż pokładowe rejestratory parametrów lotu mogą być źródłem danych o bardzo wysokiej jakości, to są to dane trudne do pozyskania do celów modelowania hałasu, a zatem za najłatwiej dostępne źródło informacji dotyczących torów lotu faktycznie pokonanych w danych portach lotniczych należy uznać dane radarowe ( 11 ). Ponieważ dane radarowe można zazwyczaj pozyskać ze znajdujących się na lotnisku systemów monitorowania hałasu i toru lotu, dane te coraz częściej wykorzystuje się do modelowania hałasu.

Transponder radaru wtórnego odwzorowuje tor lotu statku powietrznego jako sekwencję współrzędnych pozycyjnych na odcinkach równych czasowi wyświetlania na ekranie radaru, wynoszącemu zazwyczaj około 4 sekund. Pozycję statku powietrznego nad ziemią wyznacza się we współrzędnych biegunowych – zasięgu i azymutu – z odbitych sygnałów zwrotnych radaru (chociaż system monitorowania na ogół przekształca je na współrzędne kartezjańskie); wysokość ( 12 ) statku powietrznego mierzy się za pomocą wysokościomierza pokładowego i przekazuje do komputera ATC za pomocą transpondera reagującego na sygnał radaru. Mimo to wskazania te są obarczone nieuchronnymi błędami pozycyjnymi, wynikającymi z zakłóceń radiowych i ograniczonej rozdzielczości danych (przy czym nie wpływają one na cele kontroli ruchu powietrznego). Jeżeli zatem wymaga się uzyskania danych toru lotu dla konkretnego ruchu statku powietrznego, dane trzeba skorygować za pomocą właściwej techniki dopasowywania do krzywej. W przypadku modelowania hałasu wymogiem standardowym jest jednak wymóg statystycznego opisania pasa rejestracji torów lotu; np. dla wszystkich ruchów na trasie lub tylko dotyczących konkretnego typu statku powietrznego. Dzięki temu błędy we właściwych statystykach można ograniczyć do poziomu nieistotności za pomocą procedur uśredniania.

Etapy procedury

Odwzorowanie torów lotu na podstawie danych radarowych jest w wielu przypadkach niemożliwe – z uwagi na niedostępność niezbędnych zasobów lub dlatego, że scenariusz dotyczy przyszłości i nie istnieją odpowiadającemu mu dane radarowe.

W przypadku braku danych radarowych lub w przypadku, gdy ich wykorzystanie jest niezasadne, konieczne jest oszacowanie torów lotu na podstawie dokumentacji roboczej, na przykład instrukcji przekazanych załodze lotniczej z systemu AIP oraz instrukcji obsługi statku powietrznego – w niniejszym dokumencie nazywanych etapami procedury. Jeżeli zachodzi taka konieczność, informacje dotyczące interpretacji tych materiałów należy pozyskać od organów kontroli ruchu lotniczego oraz operatorów statku powietrznego.

2.7.10.    Układy współrzędnych

Miejscowy układ współrzędnych

Miejscowy układ współrzędnych (x,y,z) to układ kartezjański i ma swój początek na (0,0,0) punktu referencyjnego lotniska (XARP,YARP,ZARP ), gdzie ZARP to bezwzględna wysokość referencyjna lotniska, a z = 0 definiuje nominalną płaszczyznę podłoża, na której na ogół wykreśla się linie konturowe. Kurs statku powietrznego ξ w płaszczyźnie xy mierzy się w kierunku zgodnym z kierunkiem wskazówek zegara od północy magnetycznej (zob. rysunek 2.7.b). We współrzędnych miejscowych wyraża się wszystkie punkty umiejscowienia rejestratora, podstawową siatkę obliczeniową oraz punkty linii konturowej ( 13 ).

Rysunek 2.7.b

Miejscowy układ współrzędnych (x,y,z) i stałe współrzędne rzutu toru na ziemi s

Układ stałych współrzędnych rzutu toru na ziemi

Współrzędne te dotyczą wyłącznie rzutu toru na ziemi i odwzorowują odległość s mierzoną na torze zgodnie z kierunkiem lotu. W przypadku dróg odejścia s mierzy się od początkowego punktu rozbiegu, a w przypadku dróg podejścia – od progu lądowania. Tym sposobem s zyskuje wartość ujemną

Parametry robocze lotu, na przykład wysokość, prędkość i parametr mocy, wyraża się jako funkcje s.

Układ współrzędnych statku powietrznego

Układ współrzędnych kartezjańskich, stałych dla statku powietrznego (x′,y′,z′) ma swój początek w rzeczywistym miejscu położenia statku powietrznego. Układ osiowy jest definiowany przez kąt wznoszenia γ, kierunek lotu ξ i kąt wychylenia ε (zob. rysunek 2.7.c).

Rysunek 2.7.c

Układ współrzędnych stałych dla statku powietrznego (x′,y′,z′)

Uwzględnianie danych topograficznych

Przy szacowaniu odległości propagacji d wymagających uwzględnienia danych topograficznych (zob. sekcja 2.7.6) współrzędną wysokości statku powietrznego z należy zastąpić z′ = z – zo (gdzie zo to współrzędna punktu umiejscowienia rejestratora O). Geometrię między statkiem powietrznym a rejestratorem zobrazowano na rysunku 2.7.d. Definicje d oraz podano w sekcjach 2.7.14–2.7.19 ( 14 ).

Rysunek 2.7.d

Podniesienie podłoża wzdłuż (do lewej) i poprzecznie (do prawej) w stosunku do rzutu toru na ziemi

(Nominalna płaszczyzna podłoża z = 0 przechodzi przez punkt referencyjny lotniska. O to punkt umiejscowienia rejestratora)

2.7.11.    Rzuty toru na zoemi

Tory główne

Tor główny definiuje środek pasa rejestracji torów pokonywanych przez statek powietrzny poruszający się po konkretnej trasie. Zgodnie z opisem przedstawionym w sekcji 2.7.9 – o ile dane są dostępne i odpowiednie do badania nad modelowaniem – do celów modelowania hałasu ze statku powietrznego definiuje się ją (i) przy pomocy zalecanych danych roboczych, na przykład instrukcji przekazanych pilotom przez AIP; lub (ii) w drodze analizy statystycznej danych radarowych. Wyznaczanie toru z instrukcji roboczych jest zazwyczaj stosunkowo proste, ponieważ instrukcje zawierają zalecenia dotyczące sekwencji etapów lotu prostego – definiowanych w oparciu o długość i kurs – lub łuków kołowych definiowanych promieniem zakrętu i zmianą kursu; zob. rysunek 2.7.e.

Rysunek 2.7.e

Geometria rzutu toru na ziemi w odniesieniu do zakrętów i segmentów prostych

Dopasowywanie toru głównego do danych radarowych jest bardziej skomplikowane, po pierwsze dlatego, że rzeczywiste zakręty pokonuje się z różną prędkością, a po drugie dlatego, że linia ulega zniekształceniu wywołanemu zakłóceniami przekazu radarowego. Jak już wyjaśniono, nie wprowadzono jeszcze procedur formalnych, a zatem powszechną praktyką jest dopasowywanie segmentów, prostych i zakrzywionych, do średnich pozycji obliczanych z przecięcia torów zarejestrowanych na radarze z odcinków trasy o określonej długości. Algorytmy komputerowe służące wykonywaniu tych obliczeń zostaną prawdopodobnie opracowane w przyszłości, ale na razie o sposobie wykorzystywania danych w celu uzyskania możliwie najlepszych wyników decyduje osoba opracowująca model. Najistotniejszym czynnikiem jest fakt, że prędkość statku powietrznego i promień zakrętu wyznaczają kąt wychylenia, a jak wskazano w sekcji 2.7.19, niesymetryczne promieniowania dźwięku w pobliżu toru lotu odpowiadają za rozchodzenie się dźwięku na podłożu oraz za pozycję samego toru lotu.

Teoretycznie płynne przechodzenie od lotu prostego do zakrętu o stałym promieniu powinno się wiązać z natychmiastowym obraniem kąta przechylenia ε, co jest fizycznie niemożliwe. W rzeczywistości obranie kąta przechylenia o wartości wymaganej do utrzymania określonej prędkości i promienia skrętu r zajmuje określony okres czasu, w którym to czasie promień skrętu przybliża się od nieskończoności do r. Do celów modelowania hałasu czas przyjmowania właściwego promienia skrętu można pominąć oraz przyjąć, że podczas rozpoczynania zakrętu kąt przechylenia systematycznie wzrasta od zera (lub innej wartości początkowej) do ε, osiągając następną wartość ε po zakończeniu zakrętu ( 15 ).

▼M6

Rozproszenie poprzeczne torów

▼M2

Jeżeli istnieje taka możliwość, definicje poprzecznego rozproszenia i reprezentatywnych alternatywnych torów powinny się opierać na odpowiednich wcześniejszych doświadczeniach, nabytych wskutek badania lotniska; zazwyczaj w drodze analizy próbek danych radarowych. Pierwszym etapem jest pogrupowanie danych według trasy lotu. Drogi odejścia charakteryzują się istotnym rozproszeniem poprzecznym, które należy uwzględnić, aby modelowanie było możliwie najbardziej dokładne. Drogi przylotu zazwyczaj łączą się w bardzo wąski pas rejestracji między drogą końcowego podejścia do lądowania i na ogół wystarczą do odwzorowania wszystkich przylotów na jednej drodze. Jeżeli natomiast pasy rejestracji odpowiadające podejściom są w danym obszarze wykreślania linii konturowych hałasu szerokie, konieczne może być ich odwzorowanie za pomocą alternatywnych torów, znajdujących się na tej samej drodze co trasy odejścia.

Dane dotyczące jednej trasy traktuje się powszechnie jako próbki jednorodnej populacji, tzn. odwzorowuje się za pomocą jednego toru głównego i jednego zestawu rozproszonych alternatywnych torów. Jeżeli jednak inspekcja wykazuje, że dane dotyczące różnych kategorii statków powietrznych lub czynności w ruchu lotniczym są istotnie rozbieżne (np. jeżeli duże i małe statki powietrzne charakteryzują się istotnie odmiennymi promieniami skrętu), pożądany może się okazać dalszy podział danych na poszczególne pasy rejestracji. W przypadku każdego pasa rejestracji poprzeczne rozproszenia torów wyznacza się jako funkcję odległości od toru; następnie ruchy zarejestrowane między torem głównym a określoną liczbą rozproszonych alternatywnych torów rozdziela się na podstawie danych statystycznych dotyczących ich rozkładu.

Mimo że pomijanie oddziaływań akustycznych rozproszenia drogi uznaje się za błąd, wobec braku zmierzonego pasa rejestracji, nominalny poprzeczny rozkład względem i prostopadle do toru głównego definiuje się za pomocą funkcji rozkładu standardowego. Obliczone wartości hałasu nie są szczególnie wrażliwe na dokładne ukształtowanie rozkładu poprzecznego. Rozkład normalny Gaussa jest właściwym odwzorowaniem wielu zarejestrowanych na radarze danych dotyczących pasa rejestracji.

Zazwyczaj stosuje się przybliżenie oparte na 7 odrębnych punktach (tzn. odwzorowujących poprzeczne rozproszenie o 6 alternatywnych torów przebiegających wokół toru głównego). Rozstaw alternatywnych torów zależy od odchylenia standardowego funkcji rozproszenia poprzecznego.

W przypadku prostopadle rozłożonych torów o odchyleniu standardowym S 98,8 % torów znajduje się w korytarzu, którego granice przypadają na ± 2,5 · S. Tabela 2.7.a przedstawia rozstaw sześciu alternatywnych torów oraz wartość procentową wszystkich ruchów przypisanych do każdej z nich. Dodatek C zawiera wartości dotyczące liczby pozostałych alternatywnych torów.

Odchylenie standardowe S to funkcja współrzędnej s na torze głównym. Odchylenie standardowe oraz opis toru głównego można wyszczególnić w karcie danych toru lotu, zamieszczonej w dodatku A3. W przypadku braku jakichkolwiek wskaźników odchylenia standardowego – np. z danych radarowych opisujących porównywalne tory lotu – zaleca się stosowanie następujących wartości:

Ze względów praktycznych przyjmuje się, że S(s) ma wartość zerową, mieszczącą się w zakresie od początkowego punktu rozbiegu przed startem, a s = 2 700 m lub s = 3 300 m, zależnie od promienia zakrętu. Trasy obejmujące więcej niż jeden zakręt analizuje się w oparciu o równanie (2.7.2). W przypadku dróg przylotów rozproszenie poprzeczne można pominąć w odległości 6 000 m od przyziemienia.

2.7.12.    Profile lotu

Profil lotu to opis ruchu statku powietrznego w płaszczyźnie pionowej znajdującej się powyżej rzutu toru na ziemi, tzn. jego położenie, prędkość, kąt przechylenia i nastawy mocy silnika. Jednym z najtrudniejszych zadań, z jakim muszą się zmagać użytkownicy modeli, jest zdefiniowanie profili lotu statku powietrznego w sposób odpowiadający modelowaniu – efektywnie, bez nadmiernego obciążenia czasowego i angażowania nadmiernych zasobów. Oczywiście, aby zapewnić dużą dokładność, profile muszą ściśle odzwierciedlać wykonywane przez statek powietrzny operacje podlegające odwzorowaniu. Wymaga to pozyskania rzetelnych informacji dotyczących warunków atmosferycznych, typów statku powietrznego, mas roboczych i procedur roboczych – zmienności ciągu i nastawów klap, a także zależności między zmianami wysokości i prędkości – wszystkie te dane należy odpowiednio uśrednić względem analizowanego czasu. Tak szczegółowe informacje są często niedostępne, ale nie musi to stanowić przeszkody; nawet jeśli taka sytuacja ma miejsce, osoba opracowująca model musi wyważyć dokładność i uszczegółowienie informacji wejściowych, których potrzebuje i które wykorzystuje do wykreślenia wynikowych linii konturowych.

Syntezę profili lotu wykonywaną na podstawie „etapów procedury” pozyskanych z bazy danych ANP lub od operatorów statku powietrznego omówiono w sekcji 2.7.13 oraz w dodatku B. Procedura ta w przypadku braku danych radarowych – jedyne dostępne osobie opracowującej model źródło informacji, uwzględnia zarówno informacje dotyczące geometrii toru lotu, jak i powiązanych z nim zmian prędkości i ciągu. Zazwyczaj przyjmuje się, że wszystkie (podobnego typu) statki powietrzne poruszające się po danym pasie rejestracji, przypisanym do toru głównego lub do rozproszonych alternatywnych torów, poruszają się zgodnie z podstawowym profilem lotu.

Oprócz bazy danych ANP, źródła domyślnych informacji dotyczących etapów procedury, najlepszym źródłem rzetelnych informacji, np. dotyczących stosowanych procedur i mas roboczych, są operatorzy statków powietrznych. Nieocenionym źródłem informacji dotyczących poszczególnych lotów są pokładowe rejestratory parametrów lotu (FDR), z których można pozyskać wszystkie istotne informacje. Jednak nawet w przypadku, gdy dane te są dostępne, wstępne przetworzenie danych jest zadaniem niemal niewykonalnym. W związku z tym, mając na uwadze wymogi modelowania, najczęściej stosowanym rozwiązaniem praktycznym jest przyjęcie popartych dowodami założeń dotyczących uśrednionych mas i procedur roboczych.

Szczególną ostrożność należy zachować w przypadku posługiwania się domyślnymi etapami procedury, przewidzianymi w bazie danych ANP (zakładanymi w przypadku braku procedur faktycznych). Są to szeroko stosowane procedury znormalizowane, z których operatorzy mogą w szczególnych przypadkach korzystać lub nie. Podstawowym czynnikiem jest zdefiniowanie ciągu silnika przy starcie (i czasami wznoszeniu), który w dużej mierze może zależeć od zastanych warunków lotu. Powszechnym rozwiązaniem jest ograniczanie poziomów ciągu podczas odejścia (względem możliwego ciągu maksymalnego), co służy przedłużeniu żywotności silnika. Dodatek B zawiera wytyczne dotyczące rozwiązań praktycznych; powyższe postępowanie pozwala na wykreślenie bardziej realistycznych linii konturowych hałasu niż w przypadku założenia pełnej mocy ciągu. Jeżeli jednak droga startowa jest na przykład krótka lub wysoka jest średnia temperatura, pełna moc ciągu będzie założeniem bardziej realistycznym.

Przy modelowaniu scenariuszy rzeczywistych wyższą dokładność można osiągnąć, uzupełniając lub zastępując dane nominalne danymi radarowymi. Profile lotu można wyznaczyć z danych radarowych podobnie jak poprzeczne tory główne – ale tylko po uprzednim przyporządkowaniu ruchu do danego typu statku powietrznego oraz modelu, a czasami do masy lub etapu lotu (z pominięciem rozproszenia) – co pozwala uzyskać średni profil wysokości i prędkości względem przebytej odległości naziemnej dla każdej podgrupy statków powietrznych. Po połączeniu z rzutem toru na ziemi każdy profil lotu przypisuje się do głównego i alternatywnego toru.

Jeżeli znamy masę statku powietrznego, z równania dotyczącego ruchu statku powietrznego możemy obliczyć prędkość i siłę ciągu. Wstępne przetworzenie danych przed przystąpieniem do powyższych obliczeń ograniczy wpływ oddziaływań radarowych, które mogą powodować błędy w szacunkowych obliczeniach przyspieszenia. W każdym przypadku pierwszym etapem obliczeń jest ponowne zdefiniowanie profilu przez dopasowanie segmentów prostych odwzorowujących właściwe etapy lotu do każdego, odpowiednio sklasyfikowanego segmentu, tzn. uznanego za dotyczący naziemnego rozbiegu/dobiegu, stałej prędkości wznoszenia lub schodzenia, redukcji ciągu lub nabierania/wytracania prędkości z wypuszczeniem klap lub bez. Wymagane dane wejściowe obejmują również masę statku powietrznego i warunki atmosferyczne.

▼M6

Źródło hałasu statku powietrznego powinno być wprowadzane na wysokości co najmniej 1,0 m (3,3 stopy) nad poziomem lotniska lub powyżej poziomu wysokości terenu drogi startowej, stosownie do przypadku.

▼M2

W sekcji 2.7.11 wyjaśniono, że uwzględnienie poprzecznego rozproszenia torów lotu względem tras nominalnych lub głównych wymaga zastosowania specjalnej procedury. Próbki danych radarowych charakteryzują się zbliżonym rozproszeniem torów lotu w płaszczyźnie pionowej. Modelowanie rozproszenia pionowego jako zmiennej niezależnej nie należy jednak do przypadków jednostkowych; wynika głównie z różnic w masach statków powietrznych i procedur roboczych uwzględnianych na etapie wstępnego przetwarzania wejściowych danych o ruchu lotniczym.

▼M6

2.7.13.    Wyznaczanie segmentów toru lotu

Każdy tor lotu należy zdefiniować układem współrzędnych segmentu (węzłów) oraz parametrami lotu. Punktem wyjścia jest wyznaczenie współrzędnych segmentów rzutu toru na ziemi. Następnie oblicza się profil lotu, pamiętając, że dla danego zestawu etapów procedury profil zależy od rzutu toru na ziemi; np. przy identycznym ciągu i prędkości statku powietrznego prędkość wznoszenia jest niższa podczas skręcania niż podczas lotu prostego. Następnie dokonuje się podsegmentacji w odniesieniu do statku powietrznego na drodze startowej (rozbieg przed startem lub dobieg po lądowaniu) oraz statku powietrznego w pobliżu drogi startowej (początkowe wznoszenie lub podejście końcowe). Segmenty powietrzne o istotnej zmianie prędkości w punktach początkowych i końcowych należy następnie podzielić na podsegmenty. Dwuwymiarowe współrzędne segmentów rzutu toru na ziemi ( 16 ) określa się i łączy z dwuwymiarowym profilem lotu w celu skonstruowania trójwymiarowych segmentów toru lotu. Wreszcie usuwa się wszelkie punkty toru lotu, które są zbyt blisko siebie.

Profil lotu

Parametry opisujące każdy segment toru lotu na początku (sufiks 1) i na końcu segmentu (sufiks 2):

s1, s2

odległość na rzucie toru na ziemi;

z1, z2

wysokość, na której znajduje się samolot;

V1 , V2

prędkość względem ziemi;

P1 , P2

akustyczny parametr mocy (powiązanie z parametrem, dla którego wyznaczono krzywe NPD); oraz

ε1, ε 2

kąt przechylenia.

Aby na podstawie etapów procedury odwzorować profil lotu (synteza toru lotu), segmenty wyznacza się w kolejności umożliwiającej uzyskanie wymaganych warunków w punktach końcowych. Parametry punktu końcowego każdego segmentu stają się parametrami punktu początkowego następnego segmentu. W obliczeniach dowolnego segmentu parametry znane są już na początku obliczeń; natomiast etapy procedury wyznaczają wymagane warunki końcowe. Poszczególne etapy procedury definiuje się danymi domyślnymi pozyskanymi z bazy ANP lub danymi wprowadzonymi przez użytkownika (np. na podstawie instrukcji lotu dla danego statku powietrznego). Warunki końcowe dotyczą zazwyczaj wysokości i prędkości; tworzenie profilu polega na wyznaczeniu analizowanej długości linii uwzględnionej, służącej uzyskaniu wymaganych warunków końcowych. Parametry niezdefiniowane wyznacza się na podstawie obliczeń charakterystyki lotu, omówionych w dodatku B.

Jeżeli rzut toru na ziemi jest prosty, punkty profilu i powiązane z nimi parametry lotu można wyznaczyć niezależnie od rzutu toru na ziemi (kąt przechylenia zawsze wynosi zero). Rzadko jednak zdarza się, aby rzuty toru na ziemi były proste; zazwyczaj uwzględniają zakręty, zatem aby uzyskać możliwie najlepsze wyniki należy je uwzględnić przy wyznaczaniu dwuwymiarowego profilu lotu i, jeżeli jest to konieczne, podzielić segmenty profilu na węzłach rzutu toru na ziemi, co pozwoli włączyć zmiany kąta przechylenia. Z zasady długość kolejnego segmentu nie jest znana od początku, a zatem oblicza się ją jako tymczasową, przyjmując założenie, że kąt przechylenia nie zmienia się. Jeżeli okaże się, że obliczona długość segmentu tymczasowego obejmuje jedno lub więcej niż jedno odgałęzienie rzutu toru na ziemi, z których pierwsze znajduje się w s, tzn. s1 < s < s2 , segment skraca się przy s, obliczając jego parametry za pomocą interpolacji (zob. poniżej). Są to parametry końcowego punktu jednego segmentu i parametry punktu początkowego nowego segmentu – o identycznych docelowych warunkach wyjściowych. Obliczone parametry segmentu tymczasowego potwierdza się w przypadku braku występowania węzła rzutu toru na ziemi.

Jeżeli oddziaływania zakrętów na profil lotu mają zostać pominięte, tzn. przy założeniu lotu prostego, dostosowuje się rozwiązanie przyjęte dla segmentu jednostkowego, a informacje dotyczące kąta przechylenia przechowuje się do ich późniejszego wykorzystania.

Niezależnie od tego, czy oddziaływania zakrętów zostały odwzorowane dokładnie czy nie, każdy z trójwymiarowych torów lotu wyznacza się z połączenia dwuwymiarowego profilu lotu i dwuwymiarowego rzutu toru na ziemi. Wynikiem tego połączenia jest sekwencja układów współrzędnych (x,y,z), z których każda to odgałęzienie podzielonej na segmenty rzutu toru na ziemi lub odgałęzienie profilu toru, lub oba z wymienionych, gdzie punktom profilu odpowiadają właściwe wartości wysokości z, prędkości względem ziemi V, kąta przechylenia ε oraz mocy silnika P. W przypadku punktu na torze (x,y), umiejscowionego między punktami końcowymi segmentu profilu lotu, parametry lotu interpoluje się w sposób następujący:

gdzie

Należy zwrócić uwagę na fakt, że chociaż dla z i ε przyjęto założenie ich liniowej zmienności względem odległości, to w przypadku V i P zakłada się ich liniową zmienność w czasie (tzn. stałe przyspieszenie ( 17 )).

Przy dopasowywaniu segmentów profilu toru lotu do danych radarowych (analiza toru lotu) wszystkie odległości punktów końcowych, wysokości, prędkości i kąty przechylenia wyznacza się bezpośrednio z danych; jedynie nastawy mocy oblicza się z wykorzystaniem równań charakterystyki. Z uwagi na możliwość dopasowania współrzędnych rzutu toru na ziemi i profilu toru lotu, dopasowuje się je metodą bezpośrednią.

Rozbieg przed startem

Podczas startu statek powietrzny przyspiesza na odcinku między punktem zwolnienia hamulca (alternatywnie nazywanego punktem początkowym rozbiegu SOR) a punktem wzlotu, prędkość ulega gwałtownej zmianie na odcinku od 1 500 do 2 500  m, od zera do około 80 do 100 m/s.

Dlatego rozbieg na drodze startowej dzieli się na segmenty o zmiennych długościach, na których prędkość statku powietrznego ulega zmianie o określony przyrost ΔV, nie większy niż 10 m/s (około 20 węzłów). Chociaż rzeczywiste przyspieszenie ulega zmianie podczas rozbiegu na drodze startowej, to do celów przedmiotowych obliczeń założenie dotyczące stałego przyspieszenia jest właściwe. W tym przypadku w fazie startu V1 to prędkość początkowa, V2 to prędkość startu, nTO to numer segmentu startu, a sTO to równorzędna odległość startowa. W przypadku równorzędnej odległości startowej sTO (zob. dodatek B), prędkości startu V1 i prędkości startu VTO , liczba nTO segmentów rozbiegu wynosi

zmiana prędkości w segmencie wynosi zatem

natomiast czas Δt na każdym segmencie (przy założeniu stałego przyspieszenia) wynosi

Długość sTO,k segmentu k (1 ≤ k ≤ nTO) rozbiegu wynosi więc: