Weiterentwicklung des Berechnungsmodells für Eisenbahnlärm sonRAIL zu einem marktreifen Produkt für Bahn und Strasse

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 353.33.10

Schlüsselwörter (Deutsch)

Eisenbahnlärm, Strassenlärm, Lärmberechnungsmodell, sonRAIL, GIS

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Lärmberechnungsmodelle sind ein zentrales Werkzeug für die Beurteilung von Lärmsituationen und für die Planung von Lärmschutzmassnahmen. Durch bessere Modelle gelingt es, Lärmschutzmassnahmen zu optimieren und damit die Effektivität der eingesetzten Mittel zu steigern. Das vom BAFU lancierte neu entwickelte Berechnungsmodell für Eisenbahnlärm sonRAIL stellt im Vergleich zum aktuell in der Schweiz verwendeten Modell SEMIBEL einen wesentlichen Fortschritt dar und setzt auch im internationalen Vergleich neue Massstäbe. 2009 wurde die Entwicklung eines Prototyps erfolgreich abgeschlossen. In diesem Projekt soll daraus ein marktreifes Softwareprodukt entwickelt und gleichzeitig der Anwendungsbereich auf den Strassenlärm ausgedehnt werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Lärmberechnungsmodell, dass die für den Einsatz im Ingenieurbereich notwendige Präzision, Ausführlichkeit und Robustheit mit einer beschleunigten Berechnungsleistung (Faktor 100 gegenüber dem Prototyp) verbindet

2. Verknüpfung des Emissionsmodells des Strassenlärmmodells sonROAD mit dem Ausbreitungsmodell von sonRAIL 

3. In GIS-Anwendung integriertes optimiertes Lärmberechnungsmodell für Schienen- und Strassenlärm

Projektziele (Deutsch)

Das Modell sonRAIL soll durch die Reduktion des Rechenaufwands, die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeit auf Strassenlärm sowie durch die Integration in eine GIS-Lösung zu einem marktreifen Produkt weiterentwickelt werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Das durch die Partner LCC und Empa initiierte Projekt sonRAIL-SpeedUp bezweckt, das vom Bundesamt für Umwelt BAFU finanzierte Berechnungsmodell für Eisenbahnlärm sonRAIL zu einem kommerziellen Produkt weiter zu entwickeln. Als Ziele wurden dabei vorgegeben, dass a) das Ausbreitungsmodell um rund einen Faktor 100 beschleunigt, b) der Anwendungsbereich auf Strassenlärm erweitert und c) das Modell in ein neues, von LCC gestaltetes Produkt innerhalb eines GIS (Geografisches lnformationssystem) integriert werden soll. Das vorgegebene Beschleunigungsziel wurde mit einem Faktor 166 deutlich übertroffen. Die resultierenden Einsparungen beim Rechenaufwand wurden primär durch konzeptionelle Anpassungen erzielt. Ebenfalls für den Erfolg notwendig, allerdings in geringerem Masse, war ein umfangreiches Codetuning. Die Implementierung (GUI, Datenbankmodeliierung und Funktionalität) in ein GIS­basiertes System konnte abgeschlossen werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Der sonRAIL-Rechenkern ist als reines Ausbreitungsmodell konzipiert, das für eine gegebene Punkt­ oder Linienquelle und einen Empfangspunkt Ausbreitungsdämpfungen in Form von Terzbandsprektren liefert.

Das Schallausbreitungsmodell ist in vier Module unterteilt. BASIC: Wird für jede Ausbreitungsrechnung benötigt. ln diesem Modul wird die Schallausbreitung zwischen Quelle und Empfänger in einem Vertikalschnitt unter der Annahme einer homogenen Atmosphäre berechnet. Die Ausbreitungsalgorithmen orientieren sich stark an der ISO-Norm 9613. Die Berechnung des Bodeneffektes erfolgt jedoch in Abweichung zur ISO-Norm. Das Bodeneffekt-Modell basiert auf einem Ansatz für Kugelwellenreflexionen an ebenem, homogenem Terrain. Mittels einer Fresnelzonen­ Betrachtung wird das Modell für unebenes Gelände und wechselnde Bodeneigenschaften erweitert. Es berücksichtigt zusätzlich Kohärenzverluste zwischen Direktschall und Reflexion in Abhängigkeit der Frequenz und der Ausbreitungsdistanz.

METEO:  Hier werden meteorologische Effekte auf die Schallausbreitung berechnet. Als zusätzliche Eingangsdaten werden dazu vertikale Profile des Windes, der Temperatur und der Feuchte benötigt, welche zusätzlich je nach Untergrund variiert werden können. Zum einen wird auf diesem Weg der Wettereinfluss auf die Luftabsorption bestimmt. Zum anderen werden die resultierenden Schallgeschwindigkeitsprofile in einem Schallstrahl-Verfolgungs-Algorithmus eingesetzt, welcher Veränderungen bei den Hinderniswirkungen sowie die Ausbildung von akustischen Schattenzonen ermittelt. Die Pegelabnahme wird dabei aus geometrischen Parametern des Schallstrahles abgeleitet, welcher dem Empfänger am nächsten kommt. Modul METEO liefert als Resultat eine Verfeinerung der Direktschallberechnung des Moduls BASIC.

Das dritte und vierte Modul behandeln Pegelerhöhungen als Folge von Reflexionen. REFLECT: Damit werden Reflexionen an Gebäuden und Schallschirmen bestimmt, wobei zwei separate Modelle, eines für kohärente, spiegelnde Reflexionen und eines für inkohärente, streuende Reflexionen zur Anwendung kommen. FOREST: Damit werden diffuse Reflexionen an Waldrändern und Felswänden berechnet.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Als erster Schritt wurde 2010 mit dem Bafu, welches Eigentümer des sonRAIL Modelles ist, ein Lizenzvertrag abgeschlossen. Dieser erlaubt es den Lizenznehmern, den vorhandenen Rechenkern zum Zwecke der Rechenbeschleunigung zu modifizieren und die Anwendung auf weitere Lärmarten zu erweitern. Des Weiteren wird das Recht erteilt, das Lizenzobjekt für wissenschaftliche und kommerzielle Zwecke zu nutzen, wobei neben der Erbringung von Dienstleistungen auch der Verkauf als Software zulässig ist. Als Gegenleistung verpflichten sich die Lizenznehmer dazu, eine Lizenzgebühr von 5% der Einnahmen aus Verkäufen und Dienstleistungserträgen zu entrichten sowie der Lizenzgeberin ein kostenloses Nutzungsrecht der entstehenden Weiterentwicklung zu gewähren und namentlich das Produkt kostenlos in die Lärmdatenbank des Bundes sonBASE zu integrieren. Die Dauer des Lizenzvertrages ist auf fünf Jahre beschränkt.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

vorläufig keine weiteren Publikationen