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Schiesslärmberechnung mit sonARMSModell und AnwendungERFA-Tagung Lärmsanierung7. Mai 2015, Konferenzzentrum Walcheturm
Dr. J.M. Wunderli,Empa, Abteilung Akustik/Lärmminderung
Inhalt
Zur Vorgeschichte von sonARMS Zum Modell
Zu den Schiesslärmquellen und der Emissionsmodellierung Zum Ausbreitungsmodell Zur Modellvalidierung und –genauigkeit
Zur Projekterstellung Zu den Eingangsgrössen Zu den Projektelementen Zur Meteorologie und den Meteostatistiken
Zu den Resultaten Einzelschusspegel, Beurteilungspegel und Lärmkarten Detailresultate
Fazit Demonstration
Zur Vorgeschichte von sonARMS
Ausgangslage – zivile Modelle: SL-90 SL2000 sonGun
Kritik: Ausbreitungsrechnung nicht mehr zeitgemäss (nicht
spektral, kein Wettereinfluss) Handling nicht mehr zeitgemäss (manuelle
Geländeeingabe, keine Lärmkarten) Keine gemeinsame Beurteilung nach LSV A7 und A9
Konzept: Kombination des Quellenmodells von WL04
(militärisches Schiesslärmmodell) mit dem Ausbreitungsmodell des Eisenbahnlärmmodells sonRAIL ( sonX)
Ergänzung einer Laufzeitanalyse zur Maximalpegelberechnung
Schiesslärmquellen / Emissionsmodellierung
Geschossknall
Mündungs-knall
Aufprall / Detonation
Berechnung nach ISO 17201-4
Berechnung nach ISO 17201-2
Messung im Halbkreis um die Waffe (Richtwirkung)
Waffendatenbank mit 44 zivilen Einzelwaffenund Klassenmittelwerten gemäss LSV Anhang 7
8595
105115125135145
015
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105
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180195
210
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240
255
270
285
300
315
330345
Mündungsknall – Mittelwerte der Waffen-kategorien gemäss LSV Anhang 7
A B C
a) 137.4 6.0 -0.5
b) 131.7 7.1 1.0
c) 122.4 6.4 0.5
d) 104.7 11.1 4.1
e) 136.5 5.7 0.2
f) 131.3 7.4 4.6
Lmax(j) = A + B·cos(j)+C·cos(2j)
Lmax(A,fast) (1 m)
a) Sturmgewehre und Handfeuerwaffen…b) Faustfeuerwaffen(Zentralfeuerpatronen)c) Faustfeuerwaffen(Randfeuerpatronen)d) Handfeuerwaffen(Randfeuerpatronen)e) Jagdgewehre(Kugelpatronen)f) Schrotflinten
Zum Ausbreitungsmodell
In Terzen von 25 Hz bis 5 kHz BASIS-Modul: Direktschallberechnung
Luftdämpfung nach ISO 9613-1 Bodeneffekt: Analytische Lösung für Kugelwellen, erweitert für
unebenes Gelände und variierende Oberflächeneigenschaften Walddämpfung nach ISO 9613-2 Hinderniswirkung nach ISO 9613-2 oder Pierce inkl. seitlichen
Schallpfaden Optionale Ergänzungsmodule
Modul METEO zur Berechnung von Wettereinflüssen Modul REFLECT für Reflexionen an künstlichen Objekten Modul FOREST für diffuse Reflexionen an Wald und Fels
,
Wettereinflüsse Temperatur und Feuchte
Luftdämpfung Wind und Temperaturgradienten
Hinderniswirkung
Ray tracingNummerisches Verfahren zur schrittweisen Konstruktion der Schallstrahlen
,
Reduktion der Hinderniswirkung
Längen- und winkeltreue Transformation
Überführung in eine bekannte Situation Behandlung nach den Ansätzen der Direktschallberechnung
,
Der Pegel in der Schattenzone wird durch Beugung und Streuung bestimmt.
Rezept:1)Schallstrahlsuche2)Geometrische
Parameter3)Empirischer Ansatz
Behandlung akustischer Schattenzonen
dx
drlr
Zur Modellvalidierung und –genauigkeit Einzelereignisse (Messung – Berechnung):
mittlere Abweichung : -0.1 dB(A), Standardabweichung: 4.4 dB(A)
Jahresmittelwerte: resultierende Unsicherheit im Bereich der Immissionsgrenzwerte: 1 - 2 dB(A) im Sinne einer Standardabweichung
30 40 50 60 70 80 90 100 110 12030
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50
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VugellesNovallesSionSt. MauriceFontanaChesopellozBureThunChurTegitalTorreOlivoneGrossabünt.
Messung (LAE oder LAFmax) [dB(A)]
Bere
chnu
ng (L
AE o
der L
AFm
ax)
[dB(
A)]
Zur Projekterstellung
Notwendige Grundlagen für den Projektstart Topographie (Höhenraster) Primärflächendatensatz (Polygone mit einer ID der
Landnutzung) Gebäudedatensatz (Grundriss und Höhe)
Werden für Kt. ZH durch die FALS zur Verfügung gestellt! Objekte, welche in der Benutzeroberfläche definiert
werden Empfangspunkte Quellen (Mündung / Ziel / Waffe) Schützenhäuser ( First) Hoch- und Seitenblenden Hindernisse Lärmkarten Meteorologie
Meteostatistik für die Berechnung von Jahresmittelwerten sonARMS-GUI: lokale
Meteostatistiken für die ganze Schweiz
15 Meteoklassen in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit und der atmosphärischen Stabilität
Pro Meteoklasse: mittlere Temperatur und Feuchte 3 wichtigsten Windrichtungen Auftretenshäufigkeiten
Vorschlag des GUI zur Auswahl der dominanten Situationen (prozentuale Abdeckung)
sonARMS rechnet jede Situation einzeln und liefert ein gewichtetes Mittel
0%
1%
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5%
36010
2030
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900720
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M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12M13M14M15Boden
horizontale Distanz [m]
Höh
e üb
er M
eer
[m]
Beispiel resultierender Schallstrahlen
Quelle
Empfänger
Zu den Resultaten
Einzelschusspegel
Beurteilungspegel
Lärmkarten (nach Export von Rasterberechnungen ins GIS)
Empfänger Gebäude Quelle Waffe LAE(MK) LAE(GK) LAE(Det) LAE LAFmaxE1 696190 SH300-Links_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) 84.1 77.2 0 84.9 93.8E1 696190 SH300-Links_Stgw57 STGW57*(7.5MMGP11) 86 79.5 0 86.9 95.7E1 696190 SH300-Rechts_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) 83.4 76.5 0 84.2 93.1E1 696190 SH300-Rechts_Stgw57 STGW57*(7.5MMGP11) 85.3 78.8 0 86.2 95E2 696367 SH300-Links_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) 67.4 58 0 67.9 76E2 696367 SH300-Links_Stgw57 STGW57*(7.5MMGP11) 70.3 60.4 0 70.7 79.1E2 696367 SH300-Rechts_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) 67.9 57.7 0 68.3 76.3E2 696367 SH300-Rechts_Stgw57 STGW57*(7.5MMGP11) 70.7 60 0 71.1 79.2E3 726653 SH300-Links_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) 68 59.2 0 68.5 77.3E3 726653 SH300-Links_Stgw57 STGW57*(7.5MMGP11) 69.9 62 0 70.5 79.4
Empfänger x y h Gebäude Li(a) Li(b) … Li(f) Lri(a) Lri(b) … Lri(f) LrE1 716653.9 248246.8 4 696190 93.9 0.0 0.0 76.7 0.0 0.0 76.7E2 716666.2 248206.8 4 696367 76.9 0.0 0.0 59.7 0.0 0.0 59.7E3 716670.1 247965.8 4 726653 77.5 0.0 0.0 60.2 0.0 0.0 60.2E4a 716527.3 248041 4 715459 74.9 0.0 0.0 57.7 0.0 0.0 57.7E4b 716527.3 248041 8 715459 74.7 0.0 0.0 57.5 0.0 0.0 57.5E4c 716527.3 248041 12 715459 74.9 0.0 0.0 57.7 0.0 0.0 57.7E5a 716373.4 248261.6 4 702381 89.3 0.0 0.0 72.1 0.0 0.0 72.1E5b 716373.4 248261.6 8 702381 88.4 0.0 0.0 71.2 0.0 0.0 71.2E6 716043.3 248216.3 4 696347 79.8 0.0 0.0 62.6 0.0 0.0 62.6E7 715848.8 248571.1 4 710249 64.4 0.0 0.0 47.2 0.0 0.0 47.2E8 716482.9 249015.2 4 691176 46.3 0.0 0.0 29.1 0.0 0.0 29.1E9 716688.1 248550 4 697844 86.4 0.0 0.0 69.2 0.0 0.0 69.2
E1 696190 SH300-Links_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) Mündungsknall 25 Hz 32 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1000 Hz 1250 Hz 1600 Hz 2000 Hz 2500 Hz 3150 Hz 4000 Hz 5000 Hz Lin A Max AFLs 100.4 101.5 104.7 107.9 111.2 113.6 116.1 118.5 120.5 122.6 124.6 126.6 128.6 130.6 130.1 129.6 129.2 127.9 126.7 125.5 124.5 123.5 122.5 122.2 139.1 137.8 146.8Dc -3.2 -3.1 -2.7 -2.4 -2 -2 -2 -2 -2.3 -2.7 -3.1 -3.3 -3.4 -3.6 -2.9 -2.2 -1.6 -1.4 -1.3 -1.2 -1.2 -1.2 -1.3 -1.3Adiv 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1Aatm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.5 0.8 1.1 1.7 2.7AgrBar 2 2.8 3.5 4 4.5 6.2 8.6 9 10.8 11.4 13.9 16.8 19.2 21.2 25 30.9 23.5 19.5 20 23.9 23.5 20.7 22.9 22.8Afol 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Alateral -4 -3.7 -3.3 -2.9 -2.6 -2.4 -2.3 -2.2 -2.3 -2.5 -2.6 -2.6 -2.6 -2.7 -2.3 -2 -1.8 -1.7 -1.4 -1.1 -0.9 -0.8 -0.6 -0.5Ameteo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0 0 0 0 0 0 -0.1 -0.1 -0.2Abuild 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Ldir 54 54.1 56.6 59.3 62.1 62.8 62.7 64.5 64.5 65.7 65.1 64 63.5 63.4 59.4 53.2 60.5 63.3 61.3 55.9 54.8 56.1 52.2 51 75.3 70.5 79.5
Lfor 0 2.1 9.2 16.1 23.3 29.4 34.4 38.2 41.3 39 42.8 46.4 48 51.6 53 52.3 53.6 51.7 49.5 48.1 45.2 42.4 37.2 30.6 61 60.2Lrock 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Lrefl 55 63 70.4 77.2 82.3 79.9 75.5 70.9 85.8 83.9Ltot 54 57.6 56.6 59.3 65.6 62.8 62.7 71.4 64.5 65.7 77.5 64.1 63.6 82.3 60.3 55.8 79.9 63.6 61.6 75.6 55.3 56.3 71 51 86.2 84.1 93.1
E1 696190 SH300-Links_Stgw90 STGW90*(5.6MMGWPAT90) Mündungsknall 25 Hz 32 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1000 Hz 1250 Hz 1600 Hz 2000 Hz 2500 Hz 3150 Hz 4000 Hz 5000 Hz Lin A Max AFLs 100.4 101.5 104.7 107.9 111.2 113.6 116.1 118.5 120.5 122.6 124.6 126.6 128.6 130.6 130.1 129.6 129.2 127.9 126.7 125.5 124.5 123.5 122.5 122.2 139.1 137.8 146.8Dc -3.2 -3.1 -2.7 -2.4 -2 -2 -2 -2 -2.3 -2.7 -3.1 -3.3 -3.4 -3.6 -2.9 -2.2 -1.6 -1.4 -1.3 -1.2 -1.2 -1.2 -1.3 -1.3Adiv 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1 45.1Aatm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.5 0.8 1.1 1.7 2.7AgrBar 2 2.8 3.5 4 4.5 6.2 8.6 9 10.8 11.4 13.9 16.8 19.2 21.2 25 30.9 23.5 19.5 20 23.9 23.5 20.7 22.9 22.8Afol 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Alateral -4 -3.7 -3.3 -2.9 -2.6 -2.4 -2.3 -2.2 -2.3 -2.5 -2.6 -2.6 -2.6 -2.7 -2.3 -2 -1.8 -1.7 -1.4 -1.1 -0.9 -0.8 -0.6 -0.5Ameteo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0 0 0 0 0 0 -0.1 -0.1 -0.2Abuild 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Ldir 54 54.1 56.6 59.3 62.1 62.8 62.7 64.5 64.5 65.7 65.1 64 63.5 63.4 59.4 53.2 60.5 63.3 61.3 55.9 54.8 56.1 52.2 51 75.3 70.5 79.5
Lfor 0 2.1 9.2 16.1 23.3 29.4 34.4 38.2 41.3 39 42.8 46.4 48 51.6 53 52.3 53.6 51.7 49.5 48.1 45.2 42.4 37.2 30.6 61 60.2Lrock 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Lrefl 55 63 70.4 77.2 82.3 79.9 75.5 70.9 85.8 83.9Ltot 54 57.6 56.6 59.3 65.6 62.8 62.7 71.4 64.5 65.7 77.5 64.1 63.6 82.3 60.3 55.8 79.9 63.6 61.6 75.6 55.3 56.3 71 51 86.2 84.1 93.1
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(A)]
Kurzzeit-LeqGleitendes Mittel
Detailresultate
Laufzeitanalyse
+ Geländeschnitte, Identifikation des dominanten Reflektors…
Ergänzende Informationen zu den Berechnungen
DirektschallGebäude-Reflexion
Wald-Reflexion
Fazit sonARMS ist ein hochentwickeltes Schiesslärmmodell, das für
sich in Anspruch nimmt nicht nur Jahresmittelwerte, sondern auch einzelne Ausbreitungssituationen korrekt abzubilden.
Es ist ein Expertensystem, das sowohl ein vertieftes akustisches Verständnis als auch einiges Wissen über das Schiesswesen voraussetzt.
Speziell die Abbildung von Wettereinflüssen stellt eine zusätzliche Komplexität dar. Durch eine Vorgabe der zu erzielenden statistischen Abdeckung sollte aber gleichwohl ein einheitlicher Vollzug gewährleistet sein.
Das Modell kann auf der Homepage des Bafu inkl. Dokumentation bezogen werden. Eine aktualisierte Version (inkl. Französisch) sollte ab Anfang Juni zur Verfügung stehen.
Demonstration…