Abteilung Straßenverkehrstechnik
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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).
Wissenschaftliche Begleitung des digitalen Testfelds auf der A9 zwischen München und Nürnberg
(2023)
Die Digitalisierung ist ein weltweiter Megatrend, der Wirtschaft und Gesellschaft beeinflusst und grundlegend verändert. Auch im Verkehrs- und Mobilitätsbereich geht damit in vielerlei Hinsicht ein Wandel einher.
Das Digitale Testfeld Autobahn (DTA) bietet die Möglichkeit in einem realen Umfeld neue technologische Entwicklungen im Bereich des automatisierten und vernetzten Fahrens sowie der intelligenten Straßeninfrastruktur zu erproben. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) hat das DTA gemeinsam mit dem Freistaat Bayern, dem Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA) und dem Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (Bitkom) im Jahr 2015 initiiert. Die Maßnahmen, die auf dem DTA durchgeführt werden, sind den zwei thematischen Bereichen „Automatisiertes und vernetztes Fahren“ und „Intelligente Infrastruktur“ zugeordnet.
Das Projekt „Wissenschaftliche Begleitung für das Digitale Testfeld auf der A9 zwischen München und Nürnberg“ untersucht, begleitet und unterstützt den Bereich „Intelligente Infrastruktur“. Der Abschlussbericht gibt einen Überblick über die Erkenntnisse und Ergebnisse, die im Rahmen des DTA erzielt worden sind. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Maßnahmen, die dem Teilbereich der „Intelligenten Infrastruktur“ zuzuordnen sind. Jede der Maßnahmen wird zunächst für sich betrachtet und bewertet bevor abschließend ein Gesamtresümee gezogen wird. Die Darstellungstiefe geht von der einfachen Beschreibung inklusive einer Bewertung, teilweise basierend auf den maßnahmeninternen Evaluierungsergebnissen, bis hin zur vertieften Darstellung mit eigens für die Maßnahmen aufgesetzten, wissenschaftlich fundierten Evaluierungs- und Bewertungsarbeiten. Durch die vorgenommenen Evaluierungsarbeiten an den einzelnen Maßnahmen konnten einerseits Effekte für verkehrliche Wirkungen aufgezeigt und andererseits weitere Erkenntnisse für die Weiterverfolgung bzw. Umsetzung der Maßnahmenideen gewonnen werden. Ergänzend erfolgt eine übergreifende Betrachtung über alle Maßnahmen hinweg, u.a. hinsichtlich Synergien und Wechselwirkungen. Ebenfalls sind neue Projektansätze, Ideen bzw. Technologien, die im Zusammenhang mit den Themen im Bereich Intelligente Infrastruktur stehen, im Rahmen des wissenschaftlichen Begleitungsprojekts betrachtet und bewertet worden.
Entgegen dem Trend insgesamt sinkender Unfallzahlen bleibt die Zahl der vom statistischen Bundesamt erfassten, folgenschweren Wildunfälle (Unfälle mit Personenschaden sowie schwerwiegende Unfälle mit Sachschaden) auch 2017 mit 3.063 erfassten Fällen auf etwa gleichem Niveau. Die Zahl der Unfälle mit reinem Sachschaden hingegen sowie das Schadensaufkommen steigen jährlich. Den höchsten Wert an Schadensmeldungen verzeichnete der Gesamtverband der Versicherer (GDV) im Jahr 2017 mit 275.000 gemeldeten Wildunfällen. Die Wildunfallprävention erfolgt in Deutschland über den Einsatz von Verkehrszeichen, Wildschutzzäunen, Wildwarnanlagen und Wildwarnern (auditiv, olfaktorisch, visuell). Zur Wirksamkeit der vorgenannten und weiteren Maßnahmen liegen jedoch nur wenige gesicherte Erkenntnisse vor. Dieses Szenario begründet eine vielschichtige und konsolidierte Untersuchungsreihe über die Ursachen von Wildunfällen und Maßnahmen zu deren Vorbeugung, in der folgende Themenbereiche bearbeitet werden: - Deutschlandweite Evaluation und Auswertung von Wildunfallzahlen, - Maßnahmen zur Beeinflussung des Wildes zur Vermeidung von Wildunfällen, - Maßnahmen zur Beeinflussung der Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung von Wildunfällen, - Infrastrukturelle Maßnahmen zur Vermeidung von Wildunfällen. Die Erkenntnisse aus den einzelnen Untersuchungen werden mit Abschluss des Forschungsschwerpunktes in einem Leitfaden „Wildunfallprävention“ zusammengefasst. Zum jetzigen Zeitpunkt liegen bereits erste Teilergebnisse vor, die im Rahmen dieses Symposiums veröffentlicht werden können. Der Fokus liegt dabei auf Ergebnissen über die deutschlandweite Zusammenstellung von Wildunfallzahlen der Jahre 2012 bis 2017 sowie auf Resultaten einer Befragung zur Herstellung und Unterhaltung von Wildschutzzäunen. Zusätzlich werden Erkenntnisse zur Wirksamkeit von Wildwarnreflektoren einerseits aus einer lichttechnischen Untersuchung, andererseits aus einem Feldversuch mit 150 Teststrecken (Unfallforschung der Versicherer) präsentiert.
Neben klassischer Induktivschleifendetektoren für die Verkehrserfassung an signalisierten Knotenpunkten werden zunehmend andere Detektionstechnologien (z. B. Video, Wärmebild, Radar, Magnetfeld) angeboten und eingesetzt. Bisher wurden technologie- und bauartbedingte Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten jedoch in Deutschland noch nicht hinreichend wissenschaftlich und herstellerunabhängig untersucht. Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist deshalb eine Zusammenstellung von Einsatzkriterien für verschiedene Detektortechnologien.
Dazu wurden:
• der Stand der Wissenschaft und Technik recherchiert,
• Kriterien und Kenngrößen zur Bewertung der Detektionsqualität der Detektoren definiert,
• ein Testfeld eingerichtet und ein Feldtest über mehrere Monate hinweg durchgeführt,
• ein Verfahren zur Auswertung der erhobenen Detektordaten entwickelt,
• Einsatzempfehlungen aus der Interpretation der Auswertungsergebnisse für spezifische Anwendungen im LSA-Bereich abgeleitet.
Unter Verwendung von referenzfreier und referenzierter Prüfung wurden die auf dem Testfeld erhobenen Daten im Verhältnis zu Umwelteinflüssen und Verkehrsmenge ausgewertet. Die Daten wurden auf tatsächliche Verfügbarkeit, Vollständigkeit, Konsistenz und Korrektheit untersucht. Zudem sind die verschiedenen Detektortechnologien auf Eignung in den Bereichen Zählung, Freigabezeit-Verlängerung und Freigabezeit-Anforderung untersucht worden.
Durch die Verknüpfung der definierten Qualitätskenngrößen mit den Bedingungen (Verkehrsbelastungen, Lichtverhältnisse und Niederschlag) am Testfeld wurden Fehlerursachen und Einflussgrößen auf die Qualität der Detektionen für die verschiedenen Detektoren und – falls verallgemeinerbar – Detektionstechnologien ermittelt. Aus Sicht der Untersuchung gibt es keine Einsatzeinschränkungen für bestimmte Technologien. Auch hinsichtlich der Randbedingungen, wie etwa Positionierung der Detektoren kann eine gleichermaßen hohe Empfehlung für alle Detektoren ausgesprochen werden.
Bei einem Anprall gegen ein ortsfestes Hindernis ist mit tiefen Intrusionen in den Fahrzeuginnenraum zu rechnen, die zu schwersten Verletzungen führen können. Untersuchungen haben gezeigt, dass Kollisionen mit künstlichen Hindernissen an der Fahrbahnseite, wie Gabelständer, Trimasten, zu 80 % frontal angeprallt werden.
Ziel des Forschungsprojektes war die Bewertung der passiven Sicherheit von Gabelständern und Trimasten, um anhand der Ergebnisse Empfehlungen für die Notwendigkeit einer Absicherung durch Schutzeinrichtungen zu erarbeiten.
Als Methode wurde ein Mix aus Realversuchen und Finiten Elemente Simulationen gewählt. Ausgangspunkt bildeten je zwei Validierungsversuche für den Gabelständer und Trimast. Aufbauend auf diesen Versuchen wurden Simulationsmodelle validiert. Die Simulationsmodelle wurden modifiziert und die Insassensicherheit nach Kriterien der EN 12767 bewertet. Wesentliche Kriterien waren der Index für die Schwere der Beschleunigung (ASI: Acceleration Severity Index) und die theoretische Anprallgeschwindigkeit des Kopfes (THIV: Theoretical Head Impact Velocity).
Der wesentliche Faktor zum Erreichen einer passiven Sicherheit wurde im Abreißen der Gurtrohre beim Anprall festgestellt. Ein Abreißen der Gurtrohre führt zum Unterschreiten der Grenzwerte für den ASI und THIV gemäß EN 12767. Von Bedeutung sind in diesem Zusammenhang der Gurtrohrdurchmesser und die Ausführung der Fußplatten. Fixierte Fußplatten begünstigen ein Abreißen der Gurtrohre und ein Unterschreiten der Grenzwerte für den ASI und insbesondere für den THIV.
Die Masthöhe, die Spreizung und das Schild selbst haben nur einen geringen Einfluss auf die beiden Kennwerte. Unterschiedliche Diagonalrohranordnungen, Schwächung der Gurtrohre oder Reduktion des Schweißnahtumfangs wirken sich positiv auf das Abreißen der Gurtrohre aus und führen zum Unterschreiten der Grenzwerte des ASI und THIV
Das Ziel dieses Projekts war die Konzeptionierung und der Bau abgeschlossener photokatalytischer Reaktoren (Tunnelkassetten), mit denen die Stickoxidbelastung im Tunnel „Rudower Höhe“ in Berlin in einem relevanten Maß von 15 % reduziert werden kann. Grundsätzlich teilte sich das Projekt in zwei Phasen auf, wobei in der Phase 1 ein geschlossenes System mit geeignetem Photokatalysator und Leuchtmittel entwickelt werden sollte. Im Rahmen des Projekts stellte sich heraus, dass sich für diese Fragestellung eine Tunnelkassette mit den Abmessungen 1,5 x 3 x 4 m³ sowie drei Lüftern mit einem Volumenstrom von je 1.500 m³/h geeignet zeigte. Zum photokatalytischen Abbau der Stickoxide dienen 13 mit einem Zement-Photoment-Gemisch beschichtete Schaumstoffmatten. Als Leuchtmittel eignen sich die Leuchtstoffröhren Philips Cleo Performance 80. Anhand von Simulationen zeigte sich, dass für eine Stickoxidreduktion von 15 % jeweils 50 Tunnelkassetten auf beiden Seiten am Ende des Tunnels installiert werden sollten.
Die Umsetzung dieser Ergebnisse war in Phase 2 des Projekts geplant. Aufgrund des Ausfalls eines Unterauftragnehmers, der für die Herstellung, den Einbau und den Betrieb der Tunnelkassetten verantwortlich war, konnte diese Phase jedoch lediglich in Ansätzen verwirklicht werden. So stellte die TU Berlin eigenständig eine Demonstrator-Tunnelkassette her, an der die Funktionalität durch einen längeren Testbetrieb nachgewiesen werden konnte. Bezüglich des Photokatalysators ergab sich jedoch die Problematik, dass diese infolge der Alterung geringere Abbauraten erreicht.
Als Grundlage für die Konzeption der Tunnelkassetten wurden zudem umfangreiche Messungen am Tunnel „Rudower Höhe“ vorgenommen. Labortechnische Bewertungen der photokatalytischen Materialien erfolgte an Messaufbauten nach DIN ISO 22197-1. Zudem wurde ein Reaktor speziell für die Abschätzung der Wirksamkeit der Tunnelmatten erarbeitet, der eine beidseitige Beleuchtung sowie eine Durchströmung erlaubt.
Nicht an allen Straßen ist es vor allem aufgrund der zur Verfügung stehenden Querschnittsbreiten möglich eine Radverkehrsanlage einzurichten. Für Straßen mit Mischverkehr ohne Schutzstreifen stellen sich dabei die Fragen, welche objektive Sicherheit der Mischverkehr für den Radverkehr gewährleistet, wo verschiedene Mischverkehrsführungen umgesetzt und wie diese akzeptiert werden.
Die vorliegende Untersuchung thematisiert reine Mischverkehrsführungen ohne Schutzstreifen. Nicht Bestandteil der Analysen sind daher parallel für den Radverkehr freigegebene Gehwege, bauliche Radwege ohne Benutzungspflicht oder Piktogrammketten o. ä. auf der Fahrbahn. Untersucht werden Streckenabschnitte innerörtlicher Hauptverkehrsstraßen zwischen zwei Hauptverkehrsknotenpunkten. Die Untersuchungsabschnitte beinhalten Anschlussknotenpunkte. Die Annäherungsbereiche an Hauptverkehrsknotenpunkten werden in der Unfallanalyse separat berücksichtigt.
Die Untersuchung umfasste eine makroskopische Unfallanalyse der amtlichen Straßenverkehrsunfallstatistik, einen Workshop mit Kommunalbefragung, eine Analyse des Verkehrsaufkommens und der Einflussfaktoren auf die Akzeptanz in Zusammenhang mit dem Unfallgeschehen, Verhaltensanalysen mittels statischer und dynamischer Videobeobachtungen, lokale Befragungen Radfahrender sowie eine Pilotanalyse zur sicherheitsrelevanten Routenwahl.
Für eine Stichprobe von 139 Untersuchungsstellen (plus 14 Stellen aus externen Erhebungen) wurden Merkmale des Straßenraums sowie Expositionsgrößen des Rad-, Fuß- und motorisierten Verkehrs gegenübergestellt und ausgewertet.
Im Ergebnis wurde die Akzeptanz der Mischverkehrsführung, Auffälligkeiten im Unfallgeschehen und den Verhaltensweisen der Radfahrenden und Kfz-Führenden herausgearbeitet. Das beinhaltet auch eine Priorisierung von Konfliktsituationen und unfallbegünstigender Merkmale getrennt nach freier Strecke und Anschlusskontenpunkten.
Abschließend wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Akzeptanz des Mischverkehrs und der Verkehrssicherheit diskutiert.
Eine bedeutsame Oberflächeneigenschaft von Straßen besteht darin, in welcher Intensität und Richtung auf sie auftreffendes Licht reflektiert wird. Beschreibungen erfolgen bislang für die Ansprüche der Straßen- und Tunnelbeleuchtung. Reflexionsmessungen werden nur in Laboren an Bohrkernen oder Laborproben durchgeführt. Im vorliegenden Forschungsprojekt wurden geeignete Reflexionskennwerte unter Bezug zur kraftfahrzeugeigenen Beleuchtung, Barrierefreiheit, Lichtimmission, sowie zu Sicht- und Substanzaspekten bei Tageslicht begründet. Somit ist eine umfassende Beschreibung der Straßenreflexion möglich. Dazu erfolgten lichttechnische Labormessungen an insgesamt 57 Straßenproben aus Asphalt und Beton sowie an Beschichtungen. Für jede Oberfläche wurden mehrere Leuchtdichtefaktoren und über 450 Leuchtdichtekoeffizienten verschiedenster Konstellation aus Beleuchtung und Beobachtung bestimmt, sowie die Zusammenhänge zwischen diesen ermittelt. Verteilungen für drei der identifizierten Reflexionskennwerte wurden in situ an 14 verschiedenen Straßenoberflächen erhoben. Für zwei Kennwerte wurde dabei die praktische Äquivalenz je zweier möglicher Messverfahren demonstriert. Gemeinsam mit den Laborergebnissen erlauben die Feldmessungen erstmals belastbare Abschätzungen über die Größe der Messfläche, die für Reflexionsmessungen bestimmter Unsicherheit notwendig ist. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Reflexion von Straßenoberflächen aus Sicht der Infrastruktur mit einer überschaubaren Anzahl von Kennwerten umfassend beschrieben werden kann. Fast alle Kennwerte können sowohl im Labor als auch bei Feldmessungen bestimmt werden, wobei damit auch eigene Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Aussageumfang und Belastbarkeit verbunden sind. Weiterführende Forschung ist zu den Aspekten der Straßenreflexion notwendig, die nicht in situ gemessen werden können. Auch in Hinsicht kommerziell verfügbarer mobiler Messgeräte und der Qualitätssicherung von Messungen bedarf es weiterer Untersuchungen.