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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.
Autonomous Emergency Braking (AEB) systems for pedestrians have been predicted to offer substantial benefit. On this basis, consumer rating programmes, e.g. Euro NCAP, are developing rating schemes to encourage fitment of these systems. One of the questions that needs to be answered to do this fully, is to determine how the assessment of the speed reduction offered by the AEB is integrated with the current assessment of the passive safety for mitigation of pedestrian injury. Ideally, this should be done on a benefit related basis. The objective of this research was to develop a benefit based methodology for assessment of integrated pedestrian protection systems with pre-crash braking and passive safety components. A methodology has been developed which calculates the cost of pedestrian injury expected, assuming all pedestrians in the target population (i.e. pedestrians impacted by the front of a passenger car) are impacted by the car being assessed, taking into account the impact speed reduction offered by the car’s AEB (if fitted) and the passive safety protection offered by the car’s frontal structure. For rating purposes, this cost can be normalised by comparing it to the cost calculated for selected cars. The methodology uses the speed reductions measured in AEB tests to determine the speed at which each casualty in the target population will be impacted. The injury to each casualty is then calculated using the results from standard Euro NCAP pedestrian impactor tests and injury risk curves. This injury is converted into cost using ‘Harm’ type costs for the body regions tested. These costs are weighted and summed. Weighting factors were determined using accident data from Germany and GB and the results of a benefit analysis performed by the EU FP7 AsPeCSS project. This resulted in German and GB versions of the methodology. The methodology was used to assess cars with good, average and poor Euro NCAP pedestrian ratings, with and without a current AEB system fitted. It was found that the decrease in casualty injury cost achieved by fitting an AEB system was approximately equivalent to that achieved by increasing the passive safety rating from poor to average. Also, it was found that the assessment was influenced strongly by the level of head protection offered in the scuttle and windscreen area because this is where head impact occurs for a large proportion of casualties. The major limitation within the methodology is the assumption used implicitly during weighting. This is that the cost of casualty injuries to body areas, such as the thorax, not assessed by the headform and legform impactors, and other casualty injuries such as those caused by ground impact, are related linearly to the cost of casualty injuries assessed by the impactors. A methodology for assessment of integrated pedestrian protection systems was developed. This methodology is of interest to consumer rating programmes which wish to include assessment of these systems. It also raises the interesting issue if the head impact test area should be weighted to reflect better real-world benefit.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen ermittelt jährlich auf der Grundlage eines Berechnungsmodells die Kosten, die durch Straßenverkehrsunfälle entstehen. Um den Veränderungen der wirtschaftlichen Eingangsparameter und der Entwicklung des Wissensstands zur Bewertung von Unfallschäden gerecht zu werden, wurde dieses Modell im Rahmen eines Forschungsprojektes in Bezug auf das Jahr 2005 überarbeitet und fortgeschrieben (siehe auch ITRD D365799). Demnach ergeben sich für das Jahr 2008 volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von 31 Milliarden Euro durch Personen- und Sachschäden infolge von Straßenverkehrsunfällen in Deutschland. Gegenüber dem Vorjahr sind die Unfallkosten damit um circa 3 Prozent (= 970 Millionen Euro) gesunken.
In most of the existing highway capacity manuals, level of service (LOS) of freeway weaving segments and ramp junctions is traditionally defined by the speed, volume or density in critical areas of merge, diverge and weaving manoeuvres. In that traditional concept several capacity values of different critical areas (merge, diverge, weaving) as well as upstream and downstream basic freeway segments within the influence areas are evaluated separately. In this paper, a new model which considers the total segment of freeway merge, diverge, and weaving as an entire object is introduced. A combined volume-to-capacity ratio is used for defining the LOS of the total segment. According to the probability and queuing theory, the volume-to-capacity ratio of the whole segment can be considered as a combination of volume-to-capacity ratios in the different critical areas under consideration. The parameters of the new model can be calibrated with field data. Those parameters are functions of the number of lanes on the freeways, the number of lanes in the on-ramps or off-ramps, the length of the acceleration, deceleration, or weaving sections. Varying the model parameters the function can be fitted to the existing capacity models for different types of weaving segments or ramp junctions. With this model, the traffic quality (LOS) can be obtained directly as a function of the volumes on the freeway and on the on-ramp or off-ramp respectively. The new model has the following advantages: a) a uniform function for all types of freeway weaving segments and ramp junctions, b) traffic quality assessment for all critical areas under investigation in one step, and c) easy calibration. The new model will be incorporated into the new edition of the German Highway Capacity Manual (HBS 201X).
Unfälle zerstören Sachkapital und mindern die der Volkswirtschaft zur Verfügung stehende Arbeitskraft. Zur Entscheidungsunterstützung nutzt die Verkehrssicherheitspolitik in ökonomischen Analysen monetäre Wertansätze, welche sich auf die Folgen der Straßenverkehrsunfälle beziehen und deren Ausmaß quantifizieren. Durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) werden jährlich auf der Grundlage eines Berechnungsmodells die Kosten ermittelt, die durch Straßenverkehrsunfälle entstehen. Um den Veränderungen der wirtschaftlichen Eingangsparameter und der Entwicklung des Wissensstands zur Bewertung von Unfallschäden gerecht zu werden, wurde dieses Modell im Rahmen eines Forschungsprojektes mit Bezug auf das Jahr 2005 überarbeitet und fortgeschrieben. Danach ergeben sich für das Jahr 2009 volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von 30,5 Milliarden Euro durch Personen- und Sachschäden infolge von Straßenverkehrsunfällen in Deutschland. Gegenüber dem Basisjahr 2005 sind die Unfallkosten damit um circa 3 Prozent (= 960 Millionen Euro) gesunken.
Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Überführung des mittels XMI definierten Datenaustauschstandards OKSTRA zur Beschreibung von Daten des Straßenwesens in eine Repräsentation auf Basis der Ontology Web Language (OWL) realisiert. Dadurch stehen nun Methoden und Techniken des Semantic Web auch für OKSTRA-Datensätze zur Verfügung. Insbesondere ist im Sinne des Linked Data Ansatzes die Verknüpfung mit Datensätzen anderer Schemata bzw. Domänen möglich. Dies kann u.a. durch Nutzung der Anfragesprache SPARQL zur integrativen Analyse der Daten der verschiedenen Ontologien erfolgen. Wie im Zuge von Fallstudien gezeigt werden konnte, können auf diese Weise beispielsweise Daten der niederländischen Straßen-Ontologie CB-NL/RWS mit OKSTRA-Daten zusammen abgefragt und analysiert werden. Dadurch lassen sich eine Reihe von grenzüberschreitenden Anwendungsszenarien realisieren, wie z.B. die Planung von Schwerlasttransporten. Andere Anwendungen von Linked Data im Straßenwesen liegen in der intergierten Analyse von 3D-Stadtmodellen im Format CityGML mit OKSTRA-Daten oder der Verknüpfung von Bestands- mit Entwurfsdaten des OKSTRA-Formats. Besonderes Potential ergibt sich durch die Nutzung räumlicher Operatoren, die durch die Anfragesprache GeoSPARQL zur Verfügung gestellt werden. Damit können Verbindungen zwischen Objekten verschiedener Datenmodelle anhand ihres geographischen Kontextes hergstellt werden. Für die Überführung von OKSTRA in okstraOWL standen eine Vielzahl unterschiedlicher Abbildungsoptionen zur Verfügung, deren jeweiligen Vor- und Nachteile im Bericht ausführlich dargelegt wurden. Bestimmte Eigenheiten des OKSTRA-Standards wie beispielsweise die sog. Fachbedeutungslisten erschweren zwar das Mapping, grundsätzlich ist aber eine Semantik-wahrende Überführung möglich. Der durchgängige Einsatz von Beschreibungsformaten (RDF) und Abfragesprachen (SPARQL) sowohl für Schema- als auch für Instanzdaten über alle Fachmodelle hinweg stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber anderen Ansätzen wie bspw. Programmierschnittstellen (APIs, Webservices etc.) dar. In anderen heterogenen Informationsverbünden müssen meist format-, syntax- und strukturspezifische Adapter, Konverter und Schnittstellen für die Ursprungssysteme erstellt werden, die sich nicht einheitlich verarbeiten lassen. Dagegen kann die Bereitstellung vorhandener Information in Form von RDF einheitlich erfolgen und mithilfe von Triplestores bzw. Graphdatenbanken mit universell standardisierten Abfrageschnittstellen (SPARQL) effizient verarbeitet werden, ohne sich mit den jeweiligen Systemdetails kleinteilig auseinander setzen zu müssen. Obgleich Linked Data Funktionalitäten mit der Definition von okstraOWL nun prinzipiell zur Verfügung stehen, hat sich im Zuge des Projekts (insbesondere bei der Arbeit mit realen Datensätzen) jedoch herausgestellt, dass die eigentliche Herausforderung bei der Verknüpfung verschiedener Ontologien in der unterschiedlichen semantischen Struktur und Granularität der verschiedenen Datenmodelle liegt. Auch Methoden des semiautomatischen Matchings anhand textueller Übereinstimmungen können hier nur bedingt unterstützend wirken. Stattdessen ist es erforderlich, dass der Nutzer der Abfragemechanismen Detailkenntnisse zur Semantik und Struktur der beteiligten Ontologien besitzt und anhand dessen und unter Berücksichtigung des zu erzielenden Abfrageergebnisses implizite bzw. manuelle Verknüpfungen herstellt. Die durchgehende, ggf. europaweite Nutzung von Straßeninformationsbanken erfordert daher trotz der Verfügbarkeit der Semantic Web und Linked Data Technologien eine prinzipielle Harmonisierung der Datenstrukturen insbesondere in Hinblick auf die die semantische Struktur und Granularität.
Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke bzw. Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben. Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie z. B. Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind. Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.
Untersuchungsgegenstand des Forschungsprojektes war die Überprüfung der aktuellen Grenzwertkriterien in Deutschland zur Identifizierung von Unfallhäufungen im Straßennetz. Nach Analyse des IST-Zustandes und der Bestimmung von Defiziten wurden alternative Grenzwertkriterien mit dem Ziel eines optimierten Einsatzes von Ressourcen im Bereich der Örtlichen Unfalluntersuchung überprüft. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse erfolgte die Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Grenzwertkriterien. Insgesamt wurden verschiedene Grenzwertkriterien getrennt für die Ortslagen innerorts, außerorts (ohne BAB) und Bundesautobahnen mittels einer umfangreichen Unfalldatenauswertung untersucht. Als Untersuchungsgebiete dienten außerorts Bereiche von Bundesländern (Sachsen) oder ganze Bundesländer (Bayern, Rheinland-Pfalz) sowie innerorts Städte verschiedener Größe (Großstädte über 100.000 E, Mittelstädte mit 30.000 bis 100.000 E sowie Durchfahrten von Ortschaften unter 30.000 E) aus vier Bundesländern. Die Untersuchungen lassen sich in folgenden Ergebnissen zusammenfassen:- Bei der Bestimmung der unfallauffälligen Stellen (UAS) mit gleichartigen Unfällen werden ortslagenunabhängig nahezu alle UAS durch die Gleichartigkeit des Unfalltyps identifiziert. Durch die Berücksichtigung von Unfallumständen wie z.B. die Verkehrsbeteiligung werden kaum zusätzliche Stellen erkannt. - Bei der parallelen Betrachtung der drei aktuellen Auswertungszeiträume (1-Jahreskarte, 3-Jahreskarte (P) und 3-Jahreskarte (SP)) wurde festgestellt, dass ein Großteil der UAS, die in der 3-Jahreskarte (SP) auffällig sind, auch in der 3-Jahreskarte (P) als auffällig identifiziert werden. - Die zeitliche Stabilität, d.h. das wiederholte Auftreten eines unfallauffälligen Bereiches in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Betrachtungszeiträumen, erreicht gemessen am Anteil an allen unfallauffälligen Bereichen in einem Ausgangszeitraum weder bei den UAS noch bei den unfallauffälligen Linien (UAL) eine zufriedenstellende Größenordnung. - Aus den unterschiedlichen Kriterien für die Optimierung von Grenzwerten nach einem ausgewogenen Verhältnis von Aufwand und Nutzen resultieren zum Teil unterschiedliche Ergebnisse. Bei der Empfehlung neuer Grenzwerte wurde darauf geachtet, dass bei Anwendung des Grenzwertes mindestens 10% des Gesamtunfallgeschehens im jeweiligen Betrachtungszeitraum bearbeitet werden. Die Empfehlungen beinhalten für die Identifizierung von unauffälligen Bereichen insbesondere Vorschläge zu geeigneten Betrachtungszeiträumen, räumlichen Abgrenzungen von unfallauffälligen Bereichen sowie der Angabe optimierter Grenzwerte differenziert nach Ortslage und Betrachtungszeitraum.
Estimation of the effects of new emission standards on motorcycle emissions by means of modeling
(2016)
Road traffic is, in addition to the energy sector and the industry, one main source of air pollution and carbon dioxide emissions. Although most countries and manufacturers agreed to environmental regulations to reduce the pollutant emissions, particularly in urban areas with high traffic density, the impact of road traffic emissions on the environment and human health has been growing in importance steadily. Due to stricter emission standards and the binding use of emission-reducing systems (e.g. three-way catalyst) hydrocarbon emissions from passenger cars have been reduced significantly since the last two decades. Unlike to passenger cars the emissions standards of powered two-wheelers have not been adjusted since 2006 although their share of hydrocarbon emissions to the total amount of hydrocarbon emissions of road traffic is estimated to be disproportionately high. Due to the new regulation (EU) No. 168/2013 powered two-wheelers have to fulfill new emission standards from 2016 (Euro 4) and 2020 (Euro 5) onwards. Besides new limits for the tailpipe emissions the evaporative emissions are regulated separately for the first time, as they make up a high proportion to the total hydrocarbon emissions in this vehicle class. In this context, the calculation and forecast of road traffic emissions is an important tool to verify compliance of climate targets and to assess the reduction potential of emission-reducing systems. For that purpose the Federal Highway Research Institute (BASt) uses the emission- and calculation tool TREMOD (Transport Emission Model) which provides baseline data and calculated results for pollutants in almost every differentiation e.g. vehicle category, traffic situation and road type. Moreover, estimations of future emission trends, stock information and mileage distribution can be made. The main objective is to illustrate the impact of the upcoming emission standards Euro 4 and Euro 5 on the operational hydrocarbon emissions of powered two-wheelers based on statistical estimations. The significant aspect is to generate scenarios to show the reduction potential of hydrocarbon emissions of powered two-wheelers, differentiated into motorcycles and small motorcycles, in relation to the total share of hydrocarbon emissions in this vehicle class and to the total hydrocarbon emissions from road traffic. As a part of their research, the authors can make initial statements about the possible effect of the new emission standards of regulation (EU) No. 168/2013 by means of modeling with TREMOD.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt und validiert, mit dem sich reale Emissionsfaktoren für motorisierte Zweiräder in der Systematik des HBEFA generieren lassen. Das Verfahren basiert auf Fahrzeug-Emissionsmessungen in realen Testzyklen, vermessen am Rollenprüfstand oder auf der Straße, als Eingabe für ein Simulationsmodell. Das Modell erzeugt aus den Messungen Motorkennfelder, in denen die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch über normierter Motordrehzahl und normierter Motorleistung abgelegt werden. Für jedes gemessene Kfz ergibt sich ein normiertes Emissions-Motorkennfeld. Aus den einzelnen Kennfeldern können dann Durchschnittskennfelder je Fahrzeugkategorie (z.B. Motorrad über 500ccm, EURO 3) gebildet werden. Die Motordrehzahl muss in den Emissionstests entweder gemessen, oder aus Geschwindigkeit, Gang, Reifenumfang und Übersetzungen berechnet werden. Die Motorleistung kann mittels gemessenem CO2-Massenstrom und der Drehzahl aus "generischen CO2-Kennfeldern" ermittelt werden, da im Allgemeinen keine gemessene Leistung vorliegt. Um mit dem Modell dann Emissionsfaktoren für beliebige Fahrzyklen zu bestimmen, wird die Motorleistung aus der Fahrzeuglängsdynamik, den Verlusten im Antriebstrang und dem Leistungsbedarf von Nebenaggregaten aus dem jeweils vorgegebenen Geschwindigkeits- und Steigungsverlauf berechnet. Zur Bestimmung der Drehzahl wird zuerst ein passender Gang berechnet und dann aus den Übersetzungen die Motordrehzahl. Steht die geforderte Motorleistung in keinem Gang zur Verfügung, wird die Beschleunigung im betroffenen Zeitschritt so reduziert, dass sich ein Volllastbetrieb ergibt. Die Berechnungen erfolgen in 1Hz Auflösung. Für jede Sekunde werden dann aus dem zugehörigen Motorkennfeld die Emissionen entsprechend der Drehzahl und Leistung interpoliert. Die integrierten Emissionswerte über den Zyklus ergeben die Summenemissionen, die Division durch die zurückgelegte Strecke die Emissionsfaktoren in g/km. Die Methode wurde im Simulationsprogramm PHEM implementiert. Da PHEM bereits in einem ähnlichen Verfahren Emissionsfaktoren für PKW, LNF und SNF berechnet, war der Zusatzaufwand zum Einbau von Zweirädern nieder und alle Zusatzfunktionen von PHEM können auch für Zweiräder verwendet werden (z.B. Dynamikkorrekturen, automatisierte CO2-basierte Kennfelderzeugung, Batch-Modus, etc.). In dem Projekt wurde die Modellentwicklung und Validierung anhand von 4 gemessenen Zweirädern durchgeführt. Die Tests umfassten Abgasmessungen auf einem Rollenprüfstand sowie On-Road-Messungen mittels PEMS. Die Messkampagne wurde auch genutzt, um einen Vorschlag für ein einheitliches Minimalmessprogramm zur Bestimmung von Emissionsfaktoren von Zweirädern zu erarbeiten. Dazu wurden umfangreiche Fahrversuche im realen Betrieb durchgeführt, die gemessenen Zyklen in Teilstücke verschiedener Verkehrssituationen unterteilt und je Verkehrssituation ein repräsentatives Teilstück bestimmt. Diese wurden dann zu "Real World Rollenzyklen" zusammengefügt. Bei einem Motorradzyklus ist auch ein sportlicher Fahranteil mit Steigung enthalten. Damit ist sichergestellt, dass die Motorkennfelder mit diesen Rollentests gut abgedeckt sind und bei der Berechnung von Emissionsfaktoren keine Extrapolationen von Emissionswerten erforderlich sind. Die am Markt befindlichen PEMS Systeme sind für die Verwendung bei Zweirädern wegen deren Gewicht und Baugröße nicht für alle Fahrzeuge geeignet. PEMS Messungen sind vorerst nur bei größeren Motorrädern im realen Verkehr möglich. Die Emissionskennfelder enthalten jeweils CO, CO2, NOx, HC sowie optional auch die vom FTIR gemessenen Komponenten und Partikelanzahl. Die nicht limitierten Abgaskomponenten aus der FTIR Messung können, wegen der teilweise sehr niederen Emissionsniveaus, nur unsicher zeitaufgelöst gemessen und simuliert werden, so dass hier die Verwendung von Zyklusmittelwerten in [g/km] oder von mittleren Prozentwerten an den HC und NOx Emissionen empfohlen wird. Mit der entwickelten Methode und der Software PHEM bestehen nunmehr die Grundlagen, Emissionsfaktoren für Zweiräder in gleicher Qualität wie sie bei PKW und Nutzfahrzeugen bereits Standard ist, zu gerieren. Die Methoden und mögliche gemeinsame Messprogramme werden in der ERMES Gruppe bereits diskutiert und werden hoffentlich schon 2018 zu einer deutlichen Verbreiterung der Datengrundlage zum Emissionsverhalten von Zweirädern führen.