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Intelligente Bauwerke - Anforderungen an die Aufbereitung von Messgrößen und ihrer Darstellungsform
(2015)
Ziel des Forschungsvorhabens FE 15.0548/2011/GRB war die Ausarbeitung einer Konzeption zu Anforderungen an die Aufbereitung und Verarbeitung von Messgrößen und ihrer Darstellung. Dies beinhaltete die Evaluierung und Entwicklung verschiedener modellbasierter und statistischer Analyseverfahren, die über den bisherigen Stand der Technik der Bauwerksüberwachung hinausgehen. Der Nutzen liegt in der Herausfilterung relevanter Informationen aus umfangreichem Datenmaterial (Vor-Aggregation) sowie der Erzeugung von belastbaren Zustandsinformationen bzw. Vorergebnissen hierzu durch eine frühzeitige, leistungsfähige Plausibilisierung. Es wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von leistungsfähigen, gedächtnisbehafteten, selbstlernenden Algorithmen für die Sensorfusion, Interpolation, Plausibilitätserhöhung und Treffen fachtechnischer Monitoringaussagen Ergebnisse erzielt werden können, die bezüglich der Verarbeitung von Mess- und Erfassungsdaten weit über den aktuellen Stand beim Brückenmonitoring hinausgehen. Anhand mehrerer Szenarien, für die reale Erfassungsdaten zur Verfügung standen, wurde gezeigt, dass diese Verfahren sehr zuverlässig verschiedenste Signalstörungen, wie Messausreisser, erhöhtes Rauschen und Brummeinstreuung erkennen können. Nur durch die frühzeitige und zuverlässige Plausibilisierung von Sensordaten von Brückenbauwerken kann verhindert werden, dass offensichtlich fehlerhafte Messwerte (wie z.B. Messausreisser, störungsbehaftete Messungen) zu falschen Vorhersagen der Systemzuverlässigkeit von Brückenbauwerken durch rechnergestützte Systemmodelle führen.
Diese Studie befasst sich mit CO2-Reduktionspotenzialen von schweren Nutzfahrzeugen. In einer Literaturrecherche wurden zunächst Sattelzüge, Verteiler-Lkw, Busse im Stadtverkehr sowie Reisebusse betrachtet. Ziel war es, technische Möglichkeiten zur Reduzierung von CO2-Emissionen für die ausgewählten Fahrzeugkategorien zu ermitteln und deren Einsparpotentiale über die jeweiligen Einsatzarten aufzuschlüsseln. Dabei zeigten sich weitestgehend ungenutzte Einsparmöglichkeiten, beispielsweise durch Fahrwiderstandsoptimierung bei Sattelzügen, durch Rekuperation von Bremsenergie bei Stadtbussen und Verteiler-Lkw, oder auch durch bedarfsgerechte Ansteuerung von Nebenverbrauchern bei Stadt- und Reisebussen. Nähere Betrachtung fanden Maßnahmen zur CO2- Reduktion bei Sattelzügen. So wurde an einem Euro-V-EEV-Sattelzugprototyp in Fahrwiderstandsmessungen die Verbesserung des Luftwiderstands durch aerodynamische Anbauteile für Auflieger quantifiziert. Deren Verbrauchseinsparpotenziale wurden anschließend in validierten Verbrauchssimulationen, welche einen etablierten Verbrauchstest (VerkehrsRundschau-Test) virtuell abbilden, quantifiziert. Ferner zeigte eine Kosten-Nutzen-Rechnung die Effektivität der untersuchten Maßnahmen auf. Der Prototyp wurde anschließend dem realen VerkehrsRundschau-Test einmal in Ausgangskonfiguration und einmal mit einem zuvor bereits im Rahmen der Fahrwiderstandsmessungen untersuchten aerodynamischen Maßnahmenpaket, bestehend aus Seitenverkleidung und Heckeinzugsklappen, unterzogen. Hierbei zeigte sich eine mögliche CO2-Reduktion von 4,8 %. Die gemessene Einsparung lag damit oberhalb der zuvor im Rahmen der Verbrauchssimulation prognostizierten.
Die Aufrechterhaltung von Mobilität sowie der Schutz von Mensch und Natur vor den negativen Einwirkungen von Verkehr erfordern effiziente Lösungen zur Bewältigung des zunehmenden Güterfernverkehrs. Eine Möglichkeit zur Bewältigung des langfristig zunehmenden Straßengüterfernverkehrs wird in der Einführung größerer Transportfahrzeuge bzw. geänderter Fahrzeugkombinationen gesehen. Lang-Lkw weisen aufgrund der größeren maximalen Länge von 25,25 m unter Beibehaltung des bisher gültigen Gesamtgewichtes ein im Vergleich zu konventionellen Lkw vergrößertes Ladevolumen auf. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde untersucht, ob aufgrund des Einsatzes von Lang-Lkw erhöhte Anforderungen an die sicherheits- und brandschutztechnische Ausstattung von Straßentunneln zu stellen sind. Auf Basis von Recherchen zu Ladevolumen und -zusammensetzung wurden Brandleistungen und Rauchfreisetzungsraten von Lang-Lkw ermittelt, mit denen anhand von CFD-Simulationen verschiedener Brandszenarien die Berechnung von Rauch- und Temperatureinwirkung auf die Tunnelnutzer durchgeführt wurde. In einer anschließenden quantitativen Sicherheitsbewertung wurden szenarioabhaengig Schadensausmaße und Eintrittshäufigkeiten der Situation eines nach RABT ausgestatteten Tunnels ohne Lang-Lkw-Verkehr vergleichend gegenübergestellt. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, zu überprüfen, ob die bisher festgelegten Brandlasten für Brände in Straßentunneln auch für Lang-Lkw zutreffen. Zudem waren die aus dem Einsatz von Lang-Lkw auf dem deutschen Straßennetz resultierenden Sicherheitsrisiken für Straßentunnel, insbesondere im Brandfall, zu identifizieren, zu quantifizieren und zu beurteilen. Die Auswirkungen von Fahrzeugbränden mit Lang-Lkw auf die Sicherheit der Tunnelnutzer wurden analysiert, um ggf. erhöhte sicherheitstechnische und brandschutztechnische Anforderungen an Straßentunnel abzuleiten. Die Ergebnisse und ihre Beurteilung wurden abschließend als Empfehlungen an Entscheidungsträger formuliert.
Für die Förderung des Radverkehrs in Städten ist ein attraktives und sicheres Radverkehrsnetz unabdingbar. Dabei gewinnt die Führung des Radverkehrs im Mischverkehr auf Hauptverkehrsstraßen sowie insbesondere Schutzstreifen als Form der Führung im Mischverkehr zunehmend an Bedeutung. Mit einem Schutzstreifen wird dem Radfahrer auf der Fahrbahn eine Fläche zur Verfügung gestellt werden, die von anderen Fahrzeugen nur bei Bedarf und ohne Gefährdung des Radverkehrs befahren werden darf. Erstes Ziel des Forschungsvorhabens war es, das Gefährdungspotenzial für Radfahrer auf Hauptverkehrsstraßen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen zu bestimmen. Das zweite Ziel war die Bewertung der Einflüsse von Radverkehr im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen auf die Leistungsfähigkeit und die Verkehrsqualität von Straßenabschnitten. Im Rahmen der Bearbeitung wurde der Erkenntnisstand zur Radverkehrsführung im Mischverkehr recherchiert und aufbereitet. Dazu gehörte auch eine Kommunalrecherche zur aktuellen und zukünftig geplanten Anwendung von Schutzstreifen. Für die Bestimmung des Gefährdungspotentials erfolgte eine Verkehrssicherheitsanalyse durch die Auswertung von Unfalldaten. Die Auswertungen erfolgten für definierte Querschnittstypen. Gleichzeitig wurde das Verkehrsverhalten anhand von Videobeobachtungen auf Strecken mit und ohne Schutzstreifen analysiert. Dazu wurden u.a. Geschwindigkeiten von Kfz- und Radverkehr sowie Überholvorgänge und Abstände erfasst und ausgewertet. Die Videobeobachtungen erfolgten sowohl an zweistreifigen als auch an vierstreifigen Strecken. Da nicht alle denkbaren Verkehrsmengenkonstellationen beobachtet werden konnten, wurde aufbauend auf den Erhebungsdaten eine mikroskopische Simulation durchgeführt, bei der die Verkehrsqualität mit Radeinfluss auch für gegenwärtig nicht beobachtbare Verkehrsstärken von Kfz- und Radverkehr bestimmt wurde. Im Ergebnis werden das Unfallgeschehen und Einflussfaktoren auf das Unfallgeschehen für Radverkehrsführungen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen bewertet. Für die verschiedenen untersuchten Querschnittstypen werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Verkehrsqualität benannt und teilweise quantifiziert. Für den Kfz-Verkehr wurden Qualitätsstufen für die Querschnittstypen und Verkehrsstärkenkombinationen Kfz-Rad entsprechend der HBS-Kategorisierung ermittelt.
Abbiegeunfälle mit Kollisionen zwischen rechtsabbiegenden Güterkraftfahrzeugen und Fahrrädern haben in der Regel schwerwiegende Folgen für den ungeschützten Verkehrsteilnehmer. In der Vergangenheit wurde durch eine steigende Anzahl von Spiegeln das individuelle Sichtfeld des Lkw-Fahrers vergrößert und die Sicherheit für ungeschützte Verkehrsteilnehmer durch den Seitenunterfahrschutz verbessert. Da Abbiegeunfälle trotz der Vielzahl an Spiegeln auch heute noch geschehen, gleichzeitig aber Fahrerassistenzsysteme Einzug in viele Fahrzeugklassen gehalten haben, liegt es nahe, derartige Systeme für die Verhinderung von Abbiegeunfällen zu nutzen. Um entsprechende Systementwicklungen fördern zu können oder aber auch Systeme vorschreiben zu können, sind Anforderungen und passende Testmethoden für Abbiegeassistenzsysteme erforderlich. Ziel der BASt war es, solche Anforderungen und ein mögliches Testverfahren hierfür zu entwickeln. Ausgehend von Analysen des Unfallgeschehens wurden charakteristische Parameter und Begleitumstände von Unfällen zwischen Fahrrädern und rechtsabbiegenden Lkw identifiziert. Aus fahrdynamischen Überlegungen folgt bei den gegebenen Parametern, dass nur eine frühe, aber niederschwellige Fahrerinformation eine wirkungsvolle Assistenzfunktion zur Verhinderung der Unfälle sein kann. Für automatische Bremsungen gibt es bisher noch zu wenig Erfahrungen im Feld, und klassische, hochschwellige, aber sehr spät erfolgende Warnsignale würden durch die dann noch verstreichende Reaktionszeit keine rechtzeitige Bremsung des Lkw-Fahrers mehr hervorrufen. Basierend auf dem identifizierten Parameterraum, der zum komfortablen Anhalten erforderlichen Zeit und einem geeigneten Kinematikmodell lassen sich die räumlichen Bereiche um den Lkw definieren, in dem eine Umfelderkennung den Fahrradfahrer detektieren können muss, damit das Informationssignal durch das Assistenzsystem an den Lkw-Fahrer rechtzeitig ausgegeben wird. Aktuell wird davon ausgegangen, dass ein Abbiegeassistenzsystem, das die hier beschriebenen Prüfungen besteht, einen sehr positiven Einfluss auf das Unfallgeschehen zwischen rechtsabbiegenden Lkw und Fahrrädern haben wird.
Zwischen der einbahnig-zweistreifigen Straße und der zweibahnig-vierstreifigen Straße besteht eine beträchtliche Leistungsfähigkeitslücke. Bei der Bemessung von Straßen müssen dadurch nicht selten eine geringere Verkehrsqualität als erwünscht oder höhere Baukosten in Kauf genommen werden. Um zu prüfen, ob dreistreifige Straßen diese Lücke ausfüllen können, wurde die verfügbare ausländische Literatur hinsichtlich der möglichen Betriebsarten, der Entwurfsgrundlagen sowie hinsichtlich der Leistungs- und Sicherheitseigenschaften ausgewertet. Die Auswertungen zeigen, dass dreistreifige Straßen dazu generell nicht in der Lage sind. Wohl aber könnte ihre Anwendung dort von Vorteil sein, wo eine Betriebsart, z.b. Die abschnittsweise ein- und zweistreifige Führung jeder Fahrtrichtung, besonders günstige Voraussetzungen für bestimmte Einsatzbereiche, z.B. Bewegtes Gelände, bietet.
Mit Untersuchungen zum Problembereich Falschfahrten auf Autobahnen sollten fragen nach der Häufigkeit von Falschfahrten, deren Hintergründe und Ursachen beantwortet sowie Maßnahmen zu ihrer Verhinderung aufgezeigt werden. Informationsbasis der Untersuchung war ein zwei Jahre laufendes bundesweites Meldeverfahren, das zur Meldung von ingsgesamt 3.502 Falschfahrten führte. Falschfahrten sind gleichmäßig über die Tageszeit verteilt. Falschfahrer sind in allen Gruppen von Verkehrsteilnehmern anzutreffen. Anschlussstellen und Autobahnkreuze sind bevorzugte Ausgangspunkte einer Falschfahrt. Falschfahrunfälle haben eine vergleichsweise große mittlere Unfallschwere. Hinsichtlich der Ursachen für Falschfahrten ist nach bewussten Falschfahrten (zielgerichtetes Fahrmanöver zum Ausgleich eines vorangegangenen Fehlers) und unbewusste Falschfahrten (die Falschfahrt ist dem Verkehrsteilnehmer bei Beginn der Falschfahrt nicht bewusst) zu unterscheiden. Aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitete Maßnahmen sind verkehrstechnischer und verkehrsrechtlicher Art.
In der Bundesrepublik Deutschland wird die Fahrbahngriffigkeit für Forschungsaufgaben und bei Einzeluntersuchungen mit dem blockierten Schlepprad (SRM) gemessen. Um zu klären, ob für netzdeckende Routinemessungen dieses Gerät oder das für solche Aufgaben speziell konzipierte Gerät SCRIM (Messprinzip schräglaufendes Rad) eingesetzt werden soll, wurden beide Messverfahren miteinander verglichen. Die Vergleiche beziehen sich unter anderem auf die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, ihre Korrelation zu anderen Griffigkeitsbewertungen, ihre Abhängigkeit von jahreszeitlichen Einflüssen und auf die quantitative Leistungsfähigkeit der Messgeräte. Sie fußen auf einer Vielzahl von Veröffentlichungen und auf neuen Ermittlungen. Die Frage der relativen Aussagefähigkeit verschiedener Griffigkeitskenngrößen wird erstmals mit korrelations- und regressionsanalytischen Ansätzen an parallelen Griffigkeitsmessreihen und später erhobenen Unfallzahlen geprüft. Die Auswertungen zeigen hinsichtlich der meisten Bewertungsaspekte ein ausgeglichenes Ergebnis; für den Einsatz in der Forschung und bei Einzeluntersuchungen wird die Beibehaltung des Messverfahrens blockiertes Schlepprad empfohlen. Sollen jedoch ganze Streckennetze regelmäßig durchgemessen werden, so hat für diese Routineaufgabe die Verwendung des SCRIM-Gerätes Vorteile. Entscheidend hierfür ist die in diesem Fall deutlich größere Messleistung dieses Messverfahrens, ohne dass die Aussagefähigkeit der Messergebnisse geringer wäre. In dem für Routinemessungen relevanten Bereich niedriger Griffigkeiten wurden für dieses Gerät vielmehr tendenziell bessere Korrelationen zum Unfallanteil bei Nässe festgestellt. Kurzfassung des Berichtes Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreuung bei SRM-Messungen: Um die Messgenauigkeit von Griffigkeitsmessungen mit dem Stuttgarter Reibungsmesser (SRM) beurteilen zu können, wurden Messungen mittels einer Varianzanalyse statistisch untersucht. Hauptsächliche Ursachen für Streuungen der Messwerte liegen in den unvermeidbaren Variabilitäten der Geräte, bei den verwendeten Messreifen und bei der Durchführung der Messung. Außerdem können Veränderungen von Messreifen und Fahrbahnbelag, die möglicherweise durch den Messvorgang hervorgerufen werden, den Messwert beeinflussen. Anhand von Messungen, die aus den Jahren 1970, 1971, 1972 und 1981 stammen, wurde der Einfluss der Faktoren Gerät, Reifen und Messwiederholung auf den gemessenen Gleitbeiwert bei verschiedenen Messgeschwindigkeiten und Fahrbahngriffigkeiten ermittelt. Zur Beurteilung der Messgenauigkeit wurden die Größen Vergleichs-und Wiederholstreuung errechnet. Die Vergleichsstreuung berücksichtigt die Faktoren Gerät und Reifen sowie die Reststreuung, die statistisch als Wiederholstreuung interpretiert wird. Die Vergleichsstreuung kann damit als entscheidende Bewertungsgröße für die Messgenauigkeit angesehen werden. Die Wiederholstreuung ist gleich der Reststreuung. Sie rührt im wesentlichen aus der Wiederholung von Messungen her, z.B. aus dem nicht genauen Einhalten der Nenngeschwindigkeit beim Messvorgang. Ferner wurden die Streuungsanteile, die den Einflüssen von Gerät oder Reifen zugeordnet werden können, gesondert quantifiziert. In einer zusammenfassenden Aussage sind die gemittelten Variationskoeffizienten und Standardabweichungen von Wiederholstreuung und Vergleichsstreuung bei den einzelnen Geschwindigkeiten angegeben. Bei 40 km/h, 60 km/h und 80 km/h betragen die gemittelten Variationskoeffizienten der Vergleichsstreuung 6,2 %, 6,8 % und 8,8 %. Die entsprechenden Variationskoeffizienten der Wiederholstreuung sind 2,9 %, 3,1 % und 3 %.
Ziel des Forschungsauftrages war es zu untersuchen, inwieweit auf aufgehellten bituminösen Deckschichten wegen des zu erwartenden geringeren Kontrastes die Erkennbarkeit einer Markierung beeinträchtigt wird. Bei der Durchführung des Forschungsauftrages erwies es sich als vorteilhaft, in die Untersuchung zum Vergleich herkömmliche dunkle bituminöse Deckschichten und Zementbetondecken einzubeziehen. Am Tage ergaben sich im allgemeinen auf allen drei Deckenarten erkennbarkeitsweiten von mehr als 75 m. Nur auf neuen, sehr hellen Zementbetondecken kommt es gelegentlich zu Erkennbarkeitsweiten von weniger als 50 m. 75 m können erreicht werden, wenn die Markierung im Neuzustand einen Leuchtdichtefaktor von mindestens 0,60 aufweist. Bei Nacht wurde nur der Fall des Fahrens bei Kfz-eigener Beleuchtung untersucht, da die Bedingungen des nächtlichen Fahrens bei ortsfester Straßenbeleuchtung im wesentlichen den Bedingungen bei Tag gleichen. Es werden Kurvenscharen für die Erkennbarkeitsweite bei fahren mit Kfz-eigener Beleuchtung bei trockener, feuchter und nasser Fahrbahn hergeleitet. Nachts ist bei trockener Fahrbahn die Erkennbarkeit auf Zementbeton am geringsten, bei feuchter und nasser Fahrbahn auf aufgehellten bituminösen Deckschichten. Die Unterschiede sind jedoch meist nicht groß. Die Aufhellung von bituminösen Deckschichten führt kaum zu Einbußen der Erkennbarkeit darauf verlegter Markierungen. Für einen Markierungsstreifen der Abmessung 0,15 m x 6 m ergeben sich im Bereich des Leuchtdichtekoeffizienten der Markierung r.l = 50 - 200 mcd/qm lx bei trockener und feuchter Fahrbahn erkennbarkeitsweiten von 50 - 100 m. Für die lichttechnisch besten der zur Zeit in der Erprobung befindlichen profilierten Markierungen ergeben sich für einen Markierungsstreifen der gleichen Abmessung bei nasser Fahrbahn etwa 50 - 85 m Erkennbarkeitsweite.
Die Forschungsarbeit hatte zu klären, ob beim Einsatz von Calciumchlorid(CaCl2) in Taumittelsprühanlagen beim Straßenwinterdienst die Möglichkeit einer besonderen Beeinträchtigung der Fahrbahngriffigkeit besteht. Die Untersuchungen zeigen, dass eine unerwartete Glätte auftreten kann, wenn CaCl2-Hexahydrat (CaCl2 x 6H2O) aus der Taumittellösung auf der Fahrbahn auskristallisiert. Voraussetzung hierfür sind aber klimatische Bedingungen, die im Winter selten auftreten: niedrige relative Luftfeuchtigkeiten (kleiner 43 Prozent) bei Temperaturen um 0-° Celsius. Besondere Glätte ist vor allem dann festzustellen, wenn in der Übergangsphase neben dem auskristallisierten CaCl2-Hexahydrat auch CaCl2-Lösung vorhanden ist. Das Ausmaß der Glättebildung wurde unter Variation der Parameter CaCl2-Menge, Makro- und Mikrotextur der Fahrbahn sowie der relativen Luftfeuchtigkeit in umfangreichen Messreihen mit dem SRT-Gerät in einer Klimakammer näher ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei größeren CaCl2-Ansammlungen die Griffigkeit bis unter das Niveau absinken kann, dasgegeben ist, wenn Heizöl auf die Fahrbahn ausgeflossen ist. Die Ergebnisse machen ferner deutlich, dass eine Hydratschicht von 1/100 Millimeter Dicke bereits ausreicht, die Elemente der Mikrorauheit der Fahrbahnoberfläche weitgehend außer Kraft zu setzen, die für die Griffigkeitswirkung der Oberfläche bei Nässe verantwortlich sind. Auf Belägen mit überdurchschnittlichen Texturausprägungen sind aber CaCl2-Konzentrationen bis 5 Gramm pro Quadratmeter CaCl2 (Feststoff) unkritisch. Es wird vorgeschlagen, im Rahmen der Erhaltung der Fahrbahnbeläge im Bereich von Taumittelsprühanlagen stets für eine überdurchschnittliche Rauheit und Griffigkeit zu sorgen und über die Steuerung der Taumittelsprühanlagen die Ansammlung größerer CaCl2-Mengen (über 5 Gramm pro Quadratmeter) zu unterbinden.