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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.
Es wurde empirisch geprüft, ob und in welchem Umfang Sicherheitsgewinne aufgrund fahrzeugtechnischer Maßnahmen durch entsprechend riskanteres Verhalten der Fahrer wieder aufgehoben (kompensiert) werden, wie es G. Wildes Risikohomöostasetheorie (RHT) postuliert, und auf welche Weise diese Kompensation erfolgt. Am Beispiel des Antiblockiersystems (ABS) wurden in Zusammenarbeit mit einem Münchner Taxiunternehmen fünf Untersuchungen an Taxifahrern durchgeführt: 1. Retrospektiv wurden 957 Unfälle (270 mit ABS) von 91 Taxen (21 mit ABS) im Zeitraum vom 01.01.81 bis 31.12.83 analysiert. Vier Erhebungen erfolgten von Juli 1985 bis Juni 1986 in einem Feldexperiment mit 10 Taxen ohne ABS: 2. Analyse sämtlicher Unfälle der beiden Fahrzeuggruppen. 3. Wiederholte Beobachtung des Fahrverhaltens der Fahrer durch als Fahrgast getarnte Beobachter. 4. Apparative Messung des Beschleunigungs- und Verzögerungsverhaltens der Fahrer. 5. Befragung der Fahrer zu Kenntnissen über Einstellungen und Meinungen zum und Erfahrungen mit ABS. Beide Unfallanalysen ergaben übereinstimmend, dass bestimmte Unfallarten (Unfälle mit Vollbremsung, durch Geschnittenwerden) mit ABS seltener auftraten als ohne. Dieser Sicherheitsgewinn wurde aber in beiden Analysen durch die Zunahme anderer Unfälle kompensiert, so dass die Gesamtunfallzahl beide Male gleich blieb. In der ersten Unfallanalyse war dies vor allem eine unspezifische Zunahme von Unfällen, deren Verursachung dem Unfallgegner der ABS-Taxen angelastet wurde. In der zweiten Untersuchung verursachten die ABS-Fahrer hingegen mehr Bagatellunfälle zum Beispiel beim Parken oder Rückwärtsfahren. In beiden Analysen nahmen ferner mit ABS Unfälle bei Glatteis zu. Während der Kompensationsprozess in der zweiten Unfallanalyse durch die weiteren Erhebungen auf geringere Aufmerksamkeit der ABS-Fahrer und Überschätzung der Wirkung des ABS zurückgeführt werden konnte, hatten die Fahrer der ersten Unfallanalyse das ABS eher aktiv zum schnelleren und riskanteren Vorwärtskommen genutzt. Die RHT konnte also durch die Untersuchungen nicht wiederlegt werden, Kompensation erfolgte auf vielfältige Art.
In der Bundesrepublik ereignen sich jährlich ca. 2 Millionen polizeilich erfasste Straßenverkehrsunfälle. Hiervon sind weniger als 1.000 Unfälle als Großunfälle einzuschätzen. Eine der zentralen Erkenntnisse der Untersuchung besteht darin, dass "Quantensprünge" in der Vermeidung und Bewältigung von Großunfällen erst zu erwarten sind, wenn alle beteiligten Organisationen und Institutionen die anstehenden Aufgaben als organisations- und beteiligtenübergreifendes Managementproblem betrachten und demgemäß handeln. Deshalb stand die Entwicklung des Organisationskonzepts für ein Großunfall-Management Straßenverkehr im Mittelpunkt der Fragestellung. Fallanalysen haben deutlich gezeigt, dass weder Maßnahmen zur Vermeidung noch Strategien zur Bewältigung von Großunfällen räumlich eng begrenzt werden können. Selbst Kreisgrenzen, die beispielsweise im Katastrophenfall von besonderer Bedeutung sind, eignen sich als Bezugsraum nur bedingt. Deshalb empfiehlt sich die "Region", die im politisch-administrativen System der Bundesrepublik begrifflich nicht eindeutig festgelegt ist, als Basiseinheit. Das Großunfall-Management wird in Abhängigkeit von den vorhandenen Risikostrukturen bedarfsgerecht zugeschnitten. Besonderer Wert wurde des weiteren auf eine angemessene Definition und Typisierung von Großunfällen, auf die empirische Analyse von Großunfällen sowie auf die Bewertung der gesetzlichen Grundlagen der Unfallvermeidung und -bewältigung gelegt. Ein differenzierter Katalog von Maßnahmen für die Vermeidung und Bewältigung von Großunfällen rundet die Untersuchung ab.
Im Jahre 1990 haben die in den alten Bundesländern der Bundesrepublik Deutschland zugelassenen 34 Millionen Kraftfahrzeuge insgesamt rund 517 Milliarden Kilometer im In- und Ausland zurückgelegt. 89 Prozent dieser Jahresfahrleistung entfällt dabei auf Personenwagen. Güterkraftfahrzeuge haben eine Fahrleistung von 41 Milliarden Kilometer erbracht. Die mittlere Jahresleistung der Fahrzeuge beläuft sich auf 15.200 Kilometer. Die höchste Durchschnittsfahrleistung findet man mit 59.000 Kilometer pro Jahr bei den Zugmaschinen. Im Beitrag wird ferner die Jahresfahrleistung nach Fahrzeugarten aufgegliedert. Der Beitrag zeigt auch auf, dass bei Pkw die mittlere Jahresfahrleistung mit dem Fahrzeugalter abnimmt, mit der Fahrzeuggröße (Hubraum) zunimmt und bei Fahrzeugen mit Ottomotor niedriger ist als bei Dieselfahrzeugen.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, durch gezielte Auswertung des Unfallgeschehens den Einfluss von Fahrerverhaltensweisen beziehungsweise -merkmalen und technischen Fahrzeugparametern auf die Unfallhäufigkeit und die Unfallart zu ermitteln. Zunächst wurde eine Auswertung der Literatur und die Beschaffung und Aufbereitung des Datenmaterials vorgenommen. Die Grundlage der Auswertungen bildeten die Unfälle mit Pkw-Beteiligung im Bundesland Nordrhein-Westfalen aus dem Jahre 1980. Die Datensätze waren vom Kraftfahrt-Bundesamt in Flensburg um fahrzeugtechnische Angaben erweitert worden. Zur Relativierung der Unfallzahlen wurden fahrzeugtypenspezifische jährliche Fahrleistungen und Bestände berechnet. Weiterhin wurde das Geschwindigkeitsverhalten im freien Verkehr in Abhängigkeit vom Fahreralter sowie vom Fahrzeugtyp ermittelt. Um die Wechselwirkungen von Fahrer- und Fahrzeugeigenschaften im Unfallgeschehen unabhängig voneinander betrachten zu können, war es notwendig, einen "Normalfahrer" zu definieren. Der "Normalfahrer" wurde anhand von Analysen ausgewählter Unfallsituationen mit dem Ziel beschrieben, mit diesen Fahrern Fahrversuche mit Pkw durchführen zu können, deren Ergebnisse weder durch besonders gute noch durch besonders schlechte, sondern vielmehr durch eine durchschnittliche Eignung des Fahrers zum Führen eines Kraftfahrzeuges geprägt sein sollen. Anhand dieser Fahrversuche sollen Grenzen von Kennwerten, die Fahrzeugeigenschaften und das Fahrverhalten beschreiben, abgeleitet werden, die sich als dem "Normalfahrer" angepasst erweisen. Aufgrund der aufgezeigten Zusammenhänge zwischen dem Fahreralter und der ursächlichen Beteiligung an bestimmten Unfalltypen ist es nunmehr möglich, durchschnittlich gute Fahrer als Probanden auszuwählen, die je nach Art des Versuches entweder zur Gruppe der jüngeren und älteren Fahrer gehören. Nach vorheriger Festlegung eines Anteilswertes von Fahrern, die als "normal" anzusehen sind, können bei gleichzeitiger Berücksichtigung der für jüngere und ältere Fahrer typischen Versagensarten die Altersintervalle bestimmt werden, aus denen die "Normalfahrer" für die Fahrversuche auszuwählen sind.
Die Zielsetzung des Projektes bestand darin, ein praktisch anwendbares Modell zur Wirkungsabschätzung von Aufklärungsmaßnahmen im Verkehrsbereich zu entwickeln. Im Vordergrund stand dabei, den Verantwortlichen in der Verkehrssicherheitsarbeit wissenschaftlich fundierte Informationen zur Verfügung zu stellen, die es ihnen erlauben, erfolgversprechende Kampagnen und Programme von weniger erfolgversprechenden besser abgrenzen zu können. Die Konstruktion des Modells zur Wirkungsabschätzung von Maßnahmen der Verkehrsaufklärung erfolgte in vier Hauptarbeitsschritten. In einem ersten Arbeitsschritt wurden die konstituierenden Grundelemente beziehungsweise einzelnen Teilkomponenten des Modells im Sinne von Modellbausteinen festgelegt und je nach individuellem Stellenwert definiert (= analytische Modellebene). In einem zweiten Arbeitsschritt sind die zu Variablengruppen beziehungsweise Faktorenkomplexen zusammengefassten Modellbausteine in einen konzeptionellen Modell- beziehungsweise Erklärungsrahmen eingebunden worden (= konzeptionelle Modellebene). In einem dritten Arbeitsschritt wurden die Wirkungszusammenhänge beziehungsweise -interdependenzen zwischen den als Inputvariablen, intervenierende Variablen und Outputvariablen definierten Modellbausteinen beziehungsweise -komponenten mit Hilfe von Wirkungshypothesen festgelegt im Sinne einer Präzisierung der Richtung beziehungsweise des Ausmaßes zu erwartender, wahrscheinlicher Wirkungseffekte (= empirische Modellebene). In einem vierten Arbeitsschritt wurde aufgezeigt, wie in der Praxis konkret vorzugehen ist, um die Wirksamkeit von Maßnahmen der Verkehrsaufklärung methodisch abschätzen zu können (= methodisch-evaluative Modellebene). Mit dem in dieser Studie entwickelten Modell zur Wirkungsabschätzung werden den Verantwortlichen in der Verkehrssicherheitsarbeit wissenschaftlich fundierte Richtlinien beziehungsweise Bewertungskriterien (= Handlungsempfehlungen beziehungsweise -richtlinien) zur Verfügung gestellt, die es ermöglichen, besser beziehungsweise präziser als bisher - Erwartungen hinsichtlich der Wirkung geplanter Aufklärungsmaßnahmen abzuschätzen; - Zusammenhänge zwischen Maßnahmenaufwand (Mittelaufwand, Zeitaufwand etc.) und erreichbarem Wirkungsgrad herzustellen; und - Erkenntnisse über Interdependenzen von Maßnahmenzielen, -formen sowie -anlässen einerseits und den anvisierten Zielgruppen andererseits in die konzeptionelle Planung beziehungsweise praktische Durchführung von Aufklärungsmaßnahmen einfließen zu lassen. Es bleibt zu wünschen, dass das in dieser Studie erarbeitete Modell zur Wirkungsabschätzung von Maßnahmen der Verkehrsaufklärung von den Verantwortlichen in der Verkehrssicherheitsarbeit bei der Konzeption, Planung, Durchführung und Evaluation der verschiedenen Maßnahmen beziehungsweise Programme auch praktisch eingesetzt wird.