feat(track): vertical unevenness comes near its limit more often, with longer buckles too

Fewer short waves: at uneven 18 the humps over 12.6 mm on the 10 m chord
go from 28 to 38 per km, with the peak still at 18 mm. Waves of 47-83 m
join them. They hardly count on that chord, the body rises and falls on
them.

The documentation tells how far unevenness goes before a pantograph
can't keep up. A wire rising fast enough trips the main breaker on a
straight track too: it does at tor0290 on Baltyk, over about 46 km/h.

tests/unit/test_track_uneven.cpp

@@ -91,7 +91,7 @@ TEST_CASE("uneven track: measures as the Id-14 limits for its value")
 	CHECK(wander == doctest::Approx(10.0).epsilon(0.2));
 	CHECK(level == doctest::Approx(20.0).epsilon(0.1));
 	CHECK(j == doctest::Approx(5.3).epsilon(0.2));
-	CHECK(away < 25.0); // appendix 1a: 15 mm off the survey marks
+	CHECK(away < 40.0); // the long waves go past the 15 mm off the survey marks of appendix 1a
 }
 
 TEST_CASE("uneven track: a place strays the same every time")
@@ -100,7 +100,7 @@ TEST_CASE("uneven track: a place strays the same every time")
 	glm::dvec3 const place{1234.5, 0.0, -678.9};
 	auto const stray{track_uneven::field(place)};
 	CHECK(stray.x == doctest::Approx(0.309777548158).epsilon(1e-9));
-	CHECK(stray.y == doctest::Approx(-0.295557487607).epsilon(1e-9));
+	CHECK(stray.y == doctest::Approx(0.311350299745).epsilon(1e-9));
 	CHECK(stray.z == doctest::Approx(-0.328429734019).epsilon(1e-9));
 	CHECK(track_uneven::level(place, {1.0, 0.0, 0.0}) == doctest::Approx(0.53 * -0.178598957983).epsilon(1e-9));
 	CHECK(track_uneven::level(place, {0.0, 0.0, 1.0}) == doctest::Approx(0.53 * -0.868291889902).epsilon(1e-9));
@@ -127,13 +127,17 @@ TEST_CASE("uneven track: tracks laid towards each other meet at one cant")
 TEST_CASE("uneven track: the field stays within its bound")
 {
 	auto most{0.0};
+	auto highest{0.0};
 	for (int i = 0; i < 20000; ++i)
 	{
 		auto const stray{track_uneven::field({i * 3.7 - 30000.0, 0.0, i * -2.9 + 41000.0})};
-		most = std::max({most, std::abs(stray.x), std::abs(stray.y), std::abs(stray.z)});
+		most = std::max({most, std::abs(stray.x), std::abs(stray.z)});
+		highest = std::max(highest, std::abs(stray.y));
 	}
 	CHECK(most <= 1.0);
 	CHECK(most > 0.5);
+	CHECK(highest <= 1.69);
+	CHECK(highest > 0.5);
 }
 
 TEST_CASE("uneven track: the value along a track meets its neighbours exactly")

track_uneven_doc.md

@@ -44,14 +44,14 @@ Tor z `uneven 18` mierzy się tak (`tests/unit/test_track_uneven.cpp`), w nawias
 |---------------------------|---------|---------|
 | nierówności pionowe       | 18 mm   | 18 mm   |
 | nierówności poziome       | 19 mm   | 17 mm   |
-| wichrowatość na bazie 5 m | 17 mm   | 16 mm   |
+| wichrowatość na bazie 5 m | 15 mm   | 16 mm   |
 | szerokość toru            | ±10 mm  | +10/-8 mm |
 | przechyłka                | 20 mm   | 20 mm   |
 | wskaźnik J                | 6,1     | 5,3     |
 
 ## Jak to działa
 
-Nierówność to pole przesunięć zależne od położenia na mapie, złożone z fal o długości 5-42 m. Nie ma w nim losowania: to samo miejsce wygina się tak samo przy każdym uruchomieniu. Przesunięty tor dostaje fale z nowego miejsca.
+Nierówność to pole przesunięć zależne od położenia na mapie, złożone z fal o długości 5-42 m. W pionie krótkich fal jest mniej, żeby częściej dochodziły blisko wartości szczytowej, a do tego są fale 47-83 m: na cięciwie 10 m prawie się nie liczą, pudło unosi się na nich i opada, a pantograf za nimi nadąża. Nie ma w nim losowania: to samo miejsce wygina się tak samo przy każdym uruchomieniu. Przesunięty tor dostaje fale z nowego miejsca.
 
 Każda składowa łączy się osobno:
 
@@ -64,6 +64,8 @@ Za nierównością idą szyny, podsypka, `sleepermodel`, osie, przechył pudła
 
 Nie idą za nią modele z includów (np. napędy i podkłady rozjazdów), teren ani sieć trakcyjna, więc przy dużych wartościach szyna rozjeżdża się z takim modelem o kilka centymetrów.
 
+Pantograf podnosi się z szybkością ciśnienia, ok. 0,14 m/s, a szczelina do drutu większa niż 1 cm odcina napięcie i wybija wyłącznik szybki. Nierówność dokłada się do tego przy dużej prędkości. Na torach Bałtyku symulacja daje szczelinę 0,6 cm, gdy składowa w pionie razy prędkość w km/h wynosi 925, czyli np. 8 mm przy 120 km/h, 13 mm przy 70 km/h i 23 mm przy 40 km/h. Wartości z tabeli Id-14 są od tego większe. Sam drut też to potrafi: na Bałtyku przy `tor0290` wznosi się o ok. 1%, więc pantograf nadąża tam do ok. 46 km/h, a powyżej wyłącznik wybija także na prostym torze.
+
 Fizyka bierze promień łuku i pochylenie z projektu, więc nierówności nie zmieniają tych wartości, a do wykolejeń dokładają tylko przechyłkę, ok. 0,06 m/s² przy `uneven 18` wobec progu ok. 3,2 m/s².
 
 ## Wydajność

world/TrackUneven.h

@@ -16,7 +16,7 @@ http://mozilla.org/MPL/2.0/.
 #include <glm/gtc/constants.hpp>
 
 // Track unevenness: a displacement field over the plan of the scenery, so everything at one place moves together: joined tracks, the
-// paths of a switch, sleepers, axles. Waves 5-42 m long, shares after the German track spectrum with the long waves cut down.
+// paths of a switch, sleepers, axles. Waves 5-42 m long, shares after the German track spectrum with the long waves cut down; up and down to 83 m.
 // The "uneven" value is the peak deviation of a rail on a 10 m chord, as in PLK Id-14 appendix 1; see test_track_uneven.cpp.
 namespace track_uneven {
 
@@ -61,7 +61,9 @@ wave_set<Count> make_waves( double const Turn, std::array<double, Count> const &
 inline constexpr std::array<double, 8> wave_lengths { 5.3, 7.1, 9.7, 13.1, 17.9, 23.9, 31.7, 41.9 };
 inline constexpr std::array<double, 8> wave_shares { 0.0721, 0.0997, 0.1344, 0.1703, 0.1549, 0.1386, 0.1226, 0.1074 };
 
-inline wave_set<8> const up_waves { make_waves( 0.0, wave_lengths, wave_shares ) };
+// fewer short ones than sideways: the rails come near the limit in the vertical more often, with the peak still at it.
+// The long ones hardly count on the 10 m chord: the body rises and falls on them, slowly enough for a pantograph to keep up
+inline wave_set<8> const up_waves { make_waves<8>( 0.0, { 8.3, 11.9, 16.7, 23.9, 37.1, 47.3, 61.9, 83.3 }, { 0.14, 0.19, 0.22, 0.22, 0.23, 0.23, 0.23, 0.23 } ) };
 inline wave_set<8> const x_waves { make_waves( 1.1, wave_lengths, wave_shares ) };
 inline wave_set<8> const z_waves { make_waves( 2.3, wave_lengths, wave_shares ) };
 // the tilt along each axis of the plan. Long waves only: with the short ones the cross level reaching its limit would break the limit of twist
@@ -78,7 +80,7 @@ double sum( wave_set<Count> const &Waves, glm::dvec3 const &Point ) {
     return total;
 }
 
-// displacement at the point for an amplitude of 1, each axis within +-1
+// displacement at the point for an amplitude of 1, sideways within +-1, up and down within +-1.69
 inline glm::dvec3 field( glm::dvec3 const &Point ) {
 
     return { sum( x_waves, Point ), sum( up_waves, Point ), sum( z_waves, Point ) };