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Im Rahmen der ZEB auf Bundesfernstraßen werden zur Ermittlung der Substanzmerkmale (Oberfläche) die digitalen Oberflächenbilder derzeit an Bildschirmarbeitsplätzen visuell beurteilt und manuell ausgewertet. Den Auswertungen liegen die in den ZTV ZEB-StB enthaltenen Auswerteregeln zugrunde. Technische Prüfvorschriften zur Regelung technischer Spezifikationen bezüglich der Messsysteme und der Auswerteplätze stehen inzwischen ebenfalls zur Verfügung. Ziel des Forschungsprojektes war, durch die Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreubereichen die Einflüsse auf das Auswerteergebnis zu untersuchen und die vorhandenen Toleranzvorgaben für die vorgeschriebenen Prüfungen zu bestätigen oder bei Bedarf neue Grenzwerte dafür zu vorzuschlagen. Das Projekt bestand in einer umfänglichen Analyse der derzeitigen Vorgehensweise bei der Erfassung und Bewertung der Substanzmerkmale (Oberfläche) im Teilprojekt 3 der ZEB sowie einer tiefgreifenden statistischen Analyse hinsichtlich der Wiederhol- und Vergleichbarkeit unter verschiedenen Rahmenbedingungen. Zunächst wurden Messfahrten auf einem nach bestimmten Kriterien ausgewählten Streckenkollektiv und nach bestimmten (Mess-)Szenarien durchgeführt. Das Bildmaterial wurde nach dem geltenden Regelwerk in verschiedenen (Auswerte-)Szenarien ausgewertet. Zusätzlich zur manuellen Inspektion der Oberflächenbilder wurden die Daten auf Strecken in Asphaltbauweise (BAB) mit Hilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Abschließend erfolgten die statistischen Auswertungen hinsichtlich Wiederhol- und Vergleichbarkeit und es ergingen Vorschläge für die Neufestlegung der entsprechenden Grenzwerte. Die Literaturrecherche zum Stand der Technik bei der Zustandsdatenerfassung auf nationaler und internationaler Ebene ergab keine grundlegend neuen Erkenntnisse. Hervorzuheben ist, dass eine Zertifizierung der Messsysteme durch eine offizielle Stelle und explizit definierte Anforderungen an die Qualität der Erfassungstechnologie und der Erfassungsergebnisse international nicht erfolgt. Die im Teilprojekt 3 gewonnenen Ergebnisse werden von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst, im Wesentlichen aber durch den Faktor Mensch (Wissenstand, Erfahrung, Tagesleistungskurve u.a.). Auch zwischen Auswertern mit großem Erfahrungshintergrund (Referenzauswerter, Qualitätssicherer) weichen die Ergebnisse in Einzelfällen deutlich voneinander ab, was große Auswirkungen auf die Wiederholbarkeit haben kann. Die weiteren Einflüsse, wie das eingesetzte Messsystem, verschiedene Umgebungsbedingungen (Witterung) und die Qualität der Oberflächenbilder, ordnen sich diesem Haupteinfluss unter. Dies konnte auf Basis eines statistischen Modells mathematisch nachgewiesen werden. Für die statistischen Berechnungen wurden für jede Zustandsgröße Referenzwerte generiert, d.h. möglichst nahe an der Wahrheit liegende Werte für jeden einzelnen Auswerteabschnitt. Die Erwartung aufgrund der langjährigen Erfahrungen war, dass die durchgeführten Auswertungen nur geringe Streuungen aufweisen, was sich nur teilweise bestätigt hat. Zur Ableitung der zu erwartenden Toleranzen bei den Zustandswerten und zur Festlegung von Grenzwerten wurden anhand der ZEB-Auswerteergebnisse Prüfungen auf 2-km-Teilabschnitten simuliert und deren Ergebnisse klassifiziert und bewertet. Daraus wurden für Strecken in Asphalt- und Betonbauweise praxisnahe Toleranzen abgeleitet und modifizierte Grenzwerte vorgeschlagen. Diese liegen höher als die bisher nach ZTV ZEB-StB geltenden Werte. Seitens des Forschungsnehmers wurde die Empfehlung unterbreitet, abhängig von der Prüfungsart (Zulassungsprüfung, Kontrollprüfung) die bisherigen Grenzwerte nach oben anzupassen. Aufgrund der im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse über die Einflussfaktoren im Teilprojekt 3 sollte auch der Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Schadenserkennung auf Oberflächen- und Frontbildern auf Basis von Deep-Learning durch weitere intensive Forschung und Entwicklung vorangetrieben und zur Praxisreife gebracht werden.
Die Zustandsbewertung von Betonfahrbahnen erfordert die Ermittlung von Schadensmerkmalen, welche auf Basis der [ZTV ZEB 06/18] mit schnell-fahrenden und bildgebenden Methoden auf Oberflächenbildern erfasst und anschließend manuell ausgewertet werden.
Derzeit werden dabei alle Schadensmerkmale in ihren Ausprägungen für jede Betonplatte aufsummiert. Die Regelwerke geben einen 25 Jahre alten technologischen Stand wieder. In diesem Projekt wurde daher eine neue Methode für die Zustandsbewertung auf Basis aktueller bautechnischer Erkenntnisse entwickelt.
Die Methode beinhaltet eine rasterfeldweise Erfassung der Zustandsmerkmale, wobei das Raster auf die einzelne Betonplatte ausgerichtet wird. Das erlaubt in nachgelagerten Schritten eine präzise plattengenaue Bewertung hinsichtlich des Erhaltungsbedarfs. Der Einsatz der erarbeiteten Rasterung trägt zur Vereinheitlichung der Codierung im Erfassungsprozess für Beton- und Asphaltbauweisen bei. Mit der Codierung von Zustandsmerkmalen im Rasterfeld als „Ja/Nein-Entscheidungen“ wird die manuelle Erfassung vereinfacht. Aus den Rasterdaten können plattengenaue Ausfallraten gewonnen werden, die mit weiteren Daten aus der Straßendatenbank und Materialuntersuchungen die Bildung homogener Abschnitte zulassen. Damit kann die Substanzbewertung zur Bestimmung des wirtschaftlichen und technischen Ausfallzeitpunktes erfolgen.
Auf Basis der im neuen Verfahren codierten Zustandsmerkmale wird durch die Bildung neuer Zustandswerte und der neu entwickelten Wertesynthese die netzweite Bewertung der Oberflächeneigenschaften im Rahmen des ZEB-Verfahrens den Erfordernissen an die Erhaltung von Straßenoberflächen in Betonbauweise entsprochen.
Die neue Merkmalserfassung, Wertesynthese und automatisierte Auswertung wurde in einer Pilotanwendung an einem Teilnetz von 202 km Betonfahrbahnen getestet und zur Einführung vorgeschlagen. Das setzt die Anpassung bestehender Erfassungssoftware und des derzeitig geltenden Regelwerkes voraus.
