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At the current development stage, the lower airspace above urban areas is only used to a very limited extent. Recent developments in the drone industry are making this area more accessible. The leading use case for drone applications is currently seen in the medical sector. Individual evidence shows that the use of drones to transport medical personnel for first medical response brings significant improvements in terms of cost and response time. Advantages in urban applications are seen as promising by some research projects, but this is not scientifically proven yet. This study deals with the simulation of transportation times of medical proposals by ambulance and drone in the metropolitan region of Stavanger and the comparison of transport times. The proposed methodology develops transferable results from concrete use-cases. By using a drone 80% of the expected operations can benefit from a reduction in transport time of up to 10 minutes with a variation of +/- 4 minutes through adjusted flight speeds due to weather conditions and variations in ambulance travel times due to different traffic volumes. The data set cleaned for the local special cases shows potential for a reduction of up to 20 minutes for the remaining operations, while the extracted individual cases even showing improvements of up to 60 minutes.
Many cities in Europe and around the world are concerned with reducing their CO2-emissions. One step on this agenda is the introduction of electric buses to replace combustion engines. The electrification of urban buses requires an accurate prediction of the energy demand. In this pa per, an energy model and the underlying calibration process is presented. This approach leverages substantial tracking data from 10 electric buses operated in Göttingen, Germany. It was shown that, with the use of additional information from the directly measured tracking data, like auxiliary power, charging power and vehicle weight, it is possible to precisely calibrate models based on physical equations with regard to generally poorly identifiable parameters like rolling friction coefficient or efficiency of the electric machine. With a multilayered approach for simulating the energy demand, it is possible to validate the results on the mechanical layer and on the electrical layer separately. This enables a far better parametrization and elimination of uncertainties from the different parameters. Furthermore, we compare the results to other publications for sections with 1 km, 100 km and 230 km, respectively. The relative errors between the simulated and measured electrical power consumption are below 0.3%, 3% and 6.5%, respectively. Hence, the yielded model is appropriate for electric urban bus network planning applications. And the found parameters should be a good starting point for other energy prediction models. To further enable comparability with other approaches the dataset used for calibration is made publicly available.
Many cities in Europe and around the world are concerned with reducing their CO2-emissions. One step on this agenda is the introduction of electric buses to replace combustion engines. The electrification of urban buses requires an accurate prediction of the energy demand. In this pa per, an energy model and the underlying calibration process is presented. This approach leverages substantial tracking data from 10 electric buses operated in Göttingen, Germany. It was shown that, with the use of additional information from the directly measured tracking data, like auxiliary power, charging power and vehicle weight, it is possible to precisely calibrate models based on physical equations with regard to generally poorly identifiable parameters like rolling friction coefficient or efficiency of the electric machine. With a multilayered approach for simulating the energy demand, it is possible to validate the results on the mechanical layer and on the electrical layer separately. This enables a far better parametrization and elimination of uncertainties from the different parameters. Furthermore, we compare the results to other publications for sections with 1 km, 100 km and 230 km, respectively. The relative errors between the simulated and measured electrical power consumption are below 0.3%, 3% and 6.5%, respectively. Hence, the yielded model is appropriate for electric urban bus network planning applications. And the found parameters should be a good starting point for other energy prediction models. To further enable comparability with other approaches the dataset used for calibration is made publicly available.
Battery electric buses (BEBs) are gaining prominence in public transportation systems. In this paper, we investi-gate the impact of road grade, passenger load, and recuperation power limits on the energy consumption of BEBs using a physics-based model with tuned parameters. The model was employed to conduct a sensitivity analysis taking into account different altitude data sources, passenger load assumptions, and maximum recuperation power limits. The results highlight the importance of considering the route topology and its interaction with dynamic passenger loading for energy consumption predictions. Further-more, the results indicate that various altitude data sources are feasible to estimate the road grade for this purpose. Apart from that, the sensitivity for recuperation power limitations is shown and put into context. Within a broader framework, the findings suggest that physics-based energy consumption models with optimised parameters can serve as a powerful tool for enhanced operations and planning of BEBs.
As the adoption of battery electric buses (BEBs) in public transportation systems grows, the need for precise energy consumption forecasting becomes increasingly important. Accurate predictions are essential for optimizing routes, charging schedules, and ensuring adequate operational range. This paper introduces an innovative forecasting methodology that combines a propulsion and auxiliary energy model with a novel concept, the environment generator. This approach addresses the primary challenge in electric bus energy forecasting: estimating future environmental conditions, such as weather, passenger load, and traffic patterns, which significantly impact energy demand. The environment generator plays a crucial role by providing the energy models with realistic input data. This study validates various models with different levels of model complexity against real-world operational data from a case study of over one year with 16 electric buses in Göttingen, Germany. Our analysis thoroughly examines influencing factors on energy consumption, like altitude, temperature, passenger load, and driving patterns. In order to comprehensively understand energy demands under varying operational conditions, the methodology integrates data-driven models and physical simulations into a modular and highly accurate energy predictor. The results demonstrate the effectiveness of our approach in providing more accurate energy consumption forecasts, which is essential for efficient electric bus fleet management. This research contributes to the growing body of knowledge in electric vehicle energy prediction and offers practical insights for transit authorities and operators in optimizing electric bus operations.
In Richtlinien zu Qualität und Bewertung von Glockenklängen werden seit den 1950er und 1960er Jahren akustische Merkmale wie klangliche Helligkeit, Teiltonstruktur, Grundtönigkeit sowie das Ein- und Ausschwingen des Glockenklangs als relevante Faktoren beschrieben. Der Wohlklang einer Glocke soll dabei vor allem durch eine weiche, volle, helle und klare Tongebung mit einem grundtönigen, geräuscharmen Klangspektrum erzielt werden, in dem ein leuchtend-klar ausgeprägter Schlagton mit möglichst wenig Nebenschlagtongeräuschen hörbar ist. In einem Hörversuch von Wolfgang Aures beschrieben 16 Versuchspersonen insgesamt 17 verschiedene Glockenklänge als wohlklingender, wenn die klangliche Schärfe abnahm, während die Rauigkeit bei Aures keinen Einfluss auf die Bewertung des Wohlklangs hatte. Als besonders ausschlaggebend für die Klangqualität erwies sich in einem 2021 von Andreas Rupp, Denis Spieß und Michael Plitzner vorgestellten Verfahren die Gestaltung des Klöppels. Sie zeigten, dass die Anteile der hohen Frequenzen im Spektrum durch die Klöppelmasse bestimmt werden (je geringer die Klöppelmasse, desto heller der Klang), wohingegen das Gewicht und die Anfluggeschwindigkeit des Klöppels vor allem die tiefen Anteile im Spektrum beeinflussen (je schwerer der Klöppel und je langsamer der Anflug, also je länger die Verweildauer des Klöppels an der Glocke, desto grundtöniger der Klang). Basierend auf diesen Erkenntnissen führten Christoph Reuter et al. 2022 einen Hörversuch durch, bei welchem sich eine geringe Ausprägung der großen Terz im Spektrum, eine geringe Inharmonizität und eine geringe Highest Peak Frequency als Prädiktoren für die empfundene Glockenqualität beobachten ließen. Glocken, bei denen gezielt durch die Änderung des Klöppels eine Verbesserung der empfundenen Klangqualität angestrebt wurde, wiesen weniger Geräuschanteile, stärker ausgeprägte harmonische Spektralanteile sowie eine geringere Helligkeit auf und wurden signifikant besser bewertet. Allerdings war die Varianzaufklärung in den Urteilen der Versuchspersonen nur akzeptabel (besonders unter den Expert:innen herrschte Uneinigkeit), was nahelegt, dass ein objektives Qualitätsurteil wenig Validität sowie Reliabilität aufweisen würde und vielmehr die Einflussfaktoren auf individuelle Präferenz als Ursache der hohen Streuung in den Fokus gerückt werden sollten.
Geläute heute – Automatisch extrahierte Audiomerkmale zur Klangbeurteilung von läutenden Glocken
(2022)
Nach allgemeiner Auffassung zeichnet sich der Klang einer wohlklingenden Glocke durch eine weiche, volle, helle und klare Tongebung mit einem grundtönigen, geräuscharmen Klangspektrum aus, in dem ein leuchtend-klar ausgeprägter Schlagton mit möglichst wenig Nebenschlagtongeräuschen hörbar ist [1]. Mit Hilfe von signalanalytischen Methoden lassen sich Beschreibungen wie "weiche, volle, helle und klare Tongebung" in Form bestimmter Audiosignaleigenschaften erfassen, so dass anhand dieser Messwerte eine objektive Bewertung der Angenehmheit und Qualität von läutenden Glocken in eine greifbare Nähe rückt. Darüber hinaus können berechenbare Klangmerkmale Aufschluss über die bei einer klanglichen Optimierung von Glocken (bzw. deren Klöppel) verbundene Qualitätssteigerung geben. In einem Pilotexperiment bewerteten 11 Glockenexpert*innen und 26 Laien das Läuten von 40 lautheitsangeglichenen Glockenaufnahmen unter dem Aspekt von klanglicher Qualität, Angenehmheit, Grundtönigkeit, Klarheit und Weichheit des Anschlags. Via Signalanalyse wurden die Glockenklänge auf 127 berechenbare Audiomerkmale hin untersucht. Über Korrelations- und Regressionsanalysen wurden Zusammenhänge zwischen den Glockenklang-Bewertungen und den errechneten Audiomerkmalen ermittelt. Erste Auswertungen lassen darauf schließen, dass die empfundene Qualität vor allem mit der Ausgeprägtheit der kleinen Terz im Klang zusammenhängt sowie mit dem Anschlagstempo (je langsamer desto besser) und der Weichheit des Anschlags (je weicher desto besser). Ähnliches gilt für die empfundene Angenehmheit. Zu Bedenken ist dabei, dass sowohl innerhalb der Laien- als auch Sachverständigengruppe lediglich geringe Übereinstimmungen bei der Beurteilung der Klänge nach Qualität und Angenehmheit vorzufinden sind. Die mit einer Glockenoptimierung durch Veränderung des Klöppels einhergehenden Klangeigenschaften zeigen sich besonders in der klanglichen Helligkeit (Timbral Brightness), der Ausgeprägtheit tonaler Anteile im Spektrum (Harmonic Energy) und der Geräuschanteile (Spectral Flux). Durch die Veränderung des Klöppels lassen sich Glocken gezielt in ihrer Klangfarbe angenehmer gestalten. Mit zunehmendem Klöppelgewicht und kleinerem Läutewinkel erweisen sie sich klanglich als grundtöniger, mit stärkeren harmonischen Anteilen und ärmer an Nebengeräuschen. Je größer der Glockendurchmesser, die Schlagringdicke und die Glockenmasse, desto angenehmer wird der Klang empfunden. Ähnliches gilt für die Klöppeleigenschaften: Je größer die Klöppelmasse und der Klöppelballendurchmesser und je kleiner der Klöppel-Läutewinkel, desto angenehmer das empfundene Klangerlebnis.
Der musikalische Fingerabdruck hat sich in den vergangenen Jahren als Mittel zur Zustandsanalyse von Glocken in Bezug auf mögliche vorhandene Risse im Klangkörper von Glocken etabliert, über 500 Glocken wurden bereits untersucht. Auf Basis der umfangreichen Datenlage konnte das Verfahren weiter verfeinert werden, so dass unter anderem bisher unentdeckte Risse in der Glockenflanke identifiziert werden konnten. Dieser bisher weitgehend unberücksichtigte Schadenstyp erfordert eine Anpassung der Klangaufnahme, um die Zuverlässigkeit der Analysemethode zu erhöhen. Um Ermüdungsrisse jedoch in einem derart frühen Stadium zu erkennen, dass sie noch keinen hörbaren Einfluss auf das Klangverhalten der Glocke haben, ist eine dauerhafte Überwachung erforderlich. Mithilfe eines allgemein zugänglichen Glockenatlasses bzw. durch eine Vernetzung aller Initiativen, die bereits auf dem Gebiet der Glockenarchivierung tätig sind, können Glockenschäden zuverlässig und frühzeitig erkannt werden.
Glocken sind an der Glockenkrone an einem Holz- oder Stahljoch befestigt und werden in unserem Kulturraum schwingend geläutet. Der Glockenkörper wird mittels Spannelementen an den Kronenbügeln und bei historischen Glocken auch am Kronenstock gehalten. Bei Glocken mit Mittelbohrung wird im Allgemeinen eine Mittelschraube zur Befestigung hinzugefügt, die gleichzeitig als Klöppelhalterung in der Glocke genutzt wird. Aufgrund des Klöppelanschlags ist das Läuten von Glocken mit hohen Belastungen im Klangkörper der Glocke aber kaum im Bereich des Glockendeckels und der Krone verbunden. Zusätzlich wird die Glocke durch das bloße Schwingen belastet, wodurch in der Regel geringe Beanspruchungen im Bereich der Krone entstehen. Gleichzeitig wird immer wieder über Schäden an der Krone von Glocken berichtet, die an gekröpften Jochen aufgehängt sind. Dieser Beitrag untersucht die physikalischen Hintergründe zu den beim Läuten an der Krone entstehenden Beanspruchungen in Abhängigkeit der Verkröpfung und des Läutewinkels.
Ein Läuteantrieb bestehend aus hochwertigen Steuer- und Regelkomponenten wurde entwickelt, um systematisch die Einflüsse des Antriebs auf das Läuten zu untersuchen. Die Steuerung erlaubt eine detaillierte Parametrisierung des Antriebsverlaufs, die Stellgröße ist das parametrisierte Motormoment für den für jede Seite einstellbaren Läutewinkel. Läuteversuche wurden an einer Glocke mit unterschiedlichen Klöppel unter Variation wesentlicher Parameter vorgenommen. Mit den Ergebnissen wird der Einfluss des Antriebs auf den erreichten Läutewinkel, die Symmetrie der Antriebsmomente, die erforderliche Antriebsenergie, die Rhythmik der Anschläge und die Anschlagsintensität sowie Schädigung für unterschiedliche Läutewinkel gezeigt.