The German highway network hast o face new challenges in the near future, e.g. increasing traffic density and loads, climate change effects and new quality requirements regarding sustainability. It is necessary to come up with foresighted concepts in the present to be prepared for these challenges. Therefore it is important to adapt and enhance innovative attempts, which take changing impacts into account. One goal of these efforts is the development of adaptive systems for the provision of information and a holistic evaluation in real time. The paper describes the recent research and developments on a system for information and holistic evaluation in real time, taking into account sensor networks, evaluation procedures and their implementation in existing maintenance and inspection strategies.
The German highway network is facing new challenges in the near future. The structures have to deal with increasing traffic loads, climate change effects and new requirements regarding sustainability while they are getting older and budget cuts can be expected. To guarantee a reliable highway network, it will be vital to adapt and enhance innovative approaches. Current bridge management relies on the results of conventional bridge inspections and thus has certain limitations when it comes to insufficient load bearing capacity and other systematic weaknesses. Therefore, new approaches for real time condition assessment of critical road infrastructure elements are to be developed.
The first stage of the work has been to collate information on bridge assessment from the participating countries. In the later stages, the aim is to provide guidelines that reflect the current best practices, a methodology that will allow for future development and sufficient flexibility to accommodate variations in national priorities as the process of harmonisation is pursued. The following tasks fall within the scope of the project: (1) a review of current procedures and standards used for bridge assessment in Europe; (2) the development of models for taking into account the bridge specific traffic conditions and material properties; (3) the use of reliability methods based on a probabilistic approach for bridge assessment including the use of measurements for updating the reliability of structural elements; and (4) the provision of recommendations for methods and procedures that can be adopted for the assessment module of the management framework highlighting where further development will be beneficial.
In this study, the mean profile depth (MPD) that expresses roughness of road pavements was calculated using the road survey equipment vehicle and the calculated MPD was compared with the real number of traffic accidents. The analysis method used in this study was to classify the appropriate clustering in relation to traffic accidents using the K-means clustering and to compare this with the presence of traffic accidents via the MPDs to derive the result. K-means clustering was used in the analysis method and four clusters were found using the clustering analysis results. The center of each cluster was 0.627, 0.850, 1.118, and 1.237, respectively. The result of this study is expected to be utilized as foundational research in the traffic safety area.
Injury probability functions for pedestrians and bicyclists based on real-world accident data
(2017)
The paper is focusing on the modelling of injury severity probabilities, often called as Injury Risk Functions (IRF). These are mathematical functions describing the probability for a defined population and for possible explanatory factors (variables) to sustain a certain injury severity. Injury risk functions are becoming more and more important as basis for the assessment of automotive safety systems. They contribute to the understanding of injury mechanisms, (prospective) evaluation of safety systems and definition of protection criteria or are used within regulation and/or consumer ratings. In all cases, knowledge about the correlation between mechanical behavior and injury severity is needed. IRFs are often based on biomechanical data. This paper is focusing on the derivation of injury probability models from real world accident data of the GIDAS database (German In-depth Accident Study). In contrast to most academic terms there is no explicit term definition or definition of creation processes existing for injury probability models based on empirical data. Different approaches are existing for such kind of models in the field of accident research. There is a need for harmonization in terms of the used methods and data as well as the handling with the existing challenges. These are preparation of the dataset, model assumptions, censored/unknown data, evaluation of model accuracy, definition of dependent and independent variable, and others. In the presented study, several empirical, statistical and phenomenological approaches were analyzed regarding their advantages and disadvantages and also their applicability. Furthermore, the identification of appropriate prediction parameters for the injury severity of pedestrians has been considered. Due to its main effect on injuries of pedestrians and bicyclists, the importance of the secondary impact has also been analyzed. Finally, the model accuracy, evaluated by several criteria, is the rating factor that gives the quality and reliability for application of the resulting models. After the investigation and evaluation of statistical approaches one method was chosen and appropriate prediction variables were examined. Finally, all findings were summarized and injury risk functions for pedestrians in real world accidents were created. Additionally, the paper gives instructions for the interpretation and usage of such functions. The presented results include IRFs for several injury severity levels and age groups. The presented models are based on a high amount of real world accidents and describe very well the injury severity probability of pedestrians and bicyclists in frontal collisions with current vehicles. The functions can serve as basis for the evaluation of effectiveness of systems like Pedestrian-AEB or Bicycle-AEB.
Whiplash injuries are characterized by the high variability of its symptoms and by the subjectivity of its diagnosis, which sometimes leads to frauds perpetrated by victims of rear-end impacts. It is estimated that whiplash injuries cost annually about 10.000 million Euros in Europe. Therefore, the aim of this study was to investigate the influence of the dynamics of the accident in which the victim was involved in the probability of development of whiplash associated injuries. In the presented methodology, first an accident reconstruction is performed where the dynamics of the accident is determined. This is carried out using the software PC-Crash, police and insurance companies' data. Then biomechanical injuries criteria related with whiplash injuries are evaluated. For the evaluation of the probability of having whiplash injuries, the Neck Injury Criterion (NIC) of the victim and the mean acceleration of the vehicle were evaluated. Then, with medical reports, the results of the accident reconstruction are correlated with the reported injuries. Some examples are presented. The results obtained indicate that the study of the dynamics of the road accidents in which the victims were involved could be used as an auxiliary of the prognosis of whiplash injuries and is important for a precise diagnosis of this type of injuries.
Dieser Bericht beschreibt ein Systemmodell für eine integrale Ermittlung und Prognose der Schadens- und Zustandsentwicklung der Elemente eines Brückensystems unter Berücksichtigung von Ergebnissen aus Inspektionen und Überwachung. Das Systemmodell wurde anhand eines ausgesuchten Spannbetonüberbaus in einzelliger Kastenbauweise entwickelt. Es besteht aus zwei integralen Teilmodellen: ein Modell zur Beschreibung des Systemschädigungszustandes und ein Modell zur Beschreibung der Standsicherheit. Für die Modellierung des stochastischen Systemschädigungszustandes eines Brückensystems werden dynamische Bayes'sche Netze (DBN) vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht es, alle relevanten Schädigungsprozesse und deren stochastische Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass DBN ideal dafür geeignet sind, Bayes'sche Aktualisierungen auf Grundlage von Informationen aus Inspektionen und Überwachungsmaßnahme auf eine effiziente und robuste Art und Weise durchzuführen. Der DBN-Ansatz ist deshalb für die Entwicklung von Software für das Erhaltungsmanagement von alternden Brückenbauwerken, die vom Benutzer keine vertieften Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie verlangt, ideal geeignet. Für die Modellierung der Standsicherheit eines alternden Kastenträgers wird vereinfachend Biegeversagen des globalen Längssystems betrachtet. Zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kastenträgers infolge des Systemschädigungszustandes wird ein plastisch-plastisches Verfahren eingesetzt, wobei die Beanspruchungen mittels der Fließgelenktheorie unter Ausnutzung der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte des Kastenträgers ermittelt werden. Ein Kastenträger versagt, wenn sich durch die Ausbildung einer ausreichend großen Anzahl von Fließgelenken eine kinematische Kette ausbildet. Dieser Modellierungsansatz berücksichtigt Redundanzen, die sich aus der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte und der statischen Unbestimmtheit eines Kastenträgers ergeben. Zum Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit des entwickelten Systemmodells wurde ein Software-Prototyp entwickelt, der eine intuitiv benutzbare graphische Benutzeroberfläche (Front-End) mit einem Berechnungskern (Back-End) koppelt. Die aktuelle Version des Software-Prototyps implementiert ein Modell der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion und ein Tragwerksmodell, welches das Verfahrens der stetigen Laststeigerung zur Bestimmung der maximalen Traglast des Kastenträgers auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells umsetzt. Zur Durchführung von Bayes'schen Aktualisierungen des Systemschädigungszustandes auf der Grundlage des DBN-Modells implementiert der Prototyp den Likelihood-Weighting-Algorithmus. Die entwickelte Architektur des Prototyps ermöglicht eine Erweiterung der Software um weitere Schädigungsprozesse. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit eines Kastenträgers. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
In der internationalen Fachdiskussion zeigt sich ein wachsendes Interesse an der Untersuchung situationsspezifischer Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Gefährdung und Schadenseintritt. Eine Projektgruppe der Bundesanstalt für Straßenwesen hat den bisherigen Stand der Forschung auf diesem Gebiet zusammengestellt und Empfehlungen für zukünftige Untersuchungen erarbeitet. Im einzelnen befasste sich die Gruppe mit der Entwicklung eines situationsbezogenen Forschungsansatzes unter besonderer Berücksichtigung der Wechselwirkung von Verkehrs- und Verkehrsumfelddaten und Verhalten, der Beschreibung situationsbezogener, mittelbarer Kenngrößen, der Feststellung der Einsatzmöglichkeiten dieser Kenngrößen bei der Gefährdungsdiagnose und der Wirksamkeitskontrolle sowie der Erarbeitung von Empfehlungen für geeignete Forschungsthemen und der Ausarbeitung entsprechender Projekte.
Das Werkbuch enthält den Versuch, verschiedene Methoden zur Analyse von kreuztabellierten Daten mit Hilfe des Programms GLIM (Generalized Linear Interactive Modelling) darzustellen. Es ist eine Dokumentation von Vorgehensweisen und Erfahrungen und beruht auf praktischen Anwendungen, die in der Bundesanstalt für Straßenwesen gemacht wurden. Der Beschreibung des Prozesses der Datenbereitstellung und -übergabe nach GLIM folgt die Darstellung derjenigen GLIM-Anweisungen, die der Benutzer benötigt, um Daten selbständig mittels einfacher loglinearer beziehungsweise Logit-Modelle zu analysieren. Ein Anhang enthält eine ausführliche Kommandoübersicht mit deutschsprachigen Erläuterungen.
Der Brückenbau in Deutschland kann auf eine lange Tradition in der Überwachung der Bauwerke verweisen und die Entwicklung der Rechentechnik gestattet in immer komplexeren Strukturen die Verwaltung der Bauwerksdaten in Datenbanken. Verfügbare Programmsysteme wie zum Beispiel das Bauwerks Management System erlauben die Erfassung, Verwaltung und Auswertung der Bauwerksdaten. Die Entwicklung der Rechentechnik wird auch durch die Entwicklung der Messtechnik begleitet, so dass zunehmend intelligente Sensorik den Alltag begleitet. Eine automatisierte Messwerterfassung an Bauwerken und deren Auswertung wird Monitoring genannt. Heute existieren sowohl Monitoringsysteme, die sich durch die technische Ausstattung und entsprechende Auswerteverfahren auszeichnen, als auch jeweils getrennte Komponenten. Da schließt das Projektziel an, welches die Analyse der Möglichkeiten des Einsatzes von Monitoringsystemen zur Bewertung des Schädigungszustandes von Brücken für die Tragfähigkeit und die Restnutzungsdauer beinhaltet. Es wird eine Literaturanalyse hinsichtlich existierender Monitoringsysteme mit genannter Zielstellung angefertigt. Im Ergebnis wird festgestellt, dass es gegenwärtig keine Monitoringsysteme gibt, die explizite Aussagen zur Tragfähigkeit erlauben. Die gegenwärtigen Systeme zeigen globale Schädigungen auf und bewerten dann auf der Basis notenähnlicher Strukturen. Im Rahmen des Projektes wird eine Konzept für ein Monitoringsystem entwickelt, welches für konkrete Versagensszenarien - dem Festigkeitsversagen und der Ermüdung - quantifizierte aber unscharfe Aussagen zur Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für die untersuchte Brücke erlaubt. Der Abstand zum Versagen durch Übergang des Tragwerks in einen Bruchzustand (Tragfähigkeit) wird im konzipierten Monitoringsystem durch den Zuverlässigkeitsindex Beta und die Versagenswahrscheinlichkeit Pf beschrieben. Die Restnutzungsdauer bei Tragfähigkeitsminderungen ist implizit bei den veränderlichen Basisvariablen und den Schädigungsverläufen abgebildet. Als Maß für Aussagen zur expliziten Restnutzungsdauer infolge Materialermüdung dienen die Schädigungssumme D und die zugehörige Nutzungsdauer tzD. Zur Abgrenzung sicherer und unsicherer Bereiche werden diese Daten für verschiedene Zeitpunkte im Lebenszyklus des Bauwerkes ermittelt und in Relation betrachtet. Monitoringbasiert werden hierfür Kenndaten des Tragsystems ermittelt und Beanspruchungen durch ergänzende Simulationen des aktuellen Verkehrs abgeleitet. Das Monitoringkonzept sieht den Erkenntnissen der Literaturanalyse folgend dieses Vorgehen als Interaktion von Rechnung, Messung und Auswertung vor. Die Untersuchungen werden in diesem Projekt theoretisch geführt, die empfohlenen Auswertealgorithmen zur monitoringbasierten Bewertung von Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für balkenartige Spannbetontragwerke auf Basis von Beispielen anderer Projekte rechnerisch erprobt.