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Institut
Bereits vor rund zwanzig Jahren wurde die Entwicklung einer bundeslandübergreifenden Erhaltungsstrategie für Verkehrsflächen und Ingenieurbauwerke auf Netzebene angegangen. Zwischenzeitlich sind hierfür Erfassungs- und Bewertungsverfahren erarbeitet worden und in Betrieb. Aufbauend auf den guten Erfahrungen, die mit den bestehenden Managementsystemen gemacht wurden, erscheint es somit folgerichtig für die bislang vernachlässigten sonstigen Anlagenteile der Straße ein eigenständiges Asset Management zu entwickeln. Um die hierfür notwendige Datengrundlage zu schaffen, wurde in dem vorliegenden Forschungsprojekt mittels Literaturrecherche und bundesweiter Befragung von Verantwortlichen Erhaltungskostensätze, Nutzungsdauern sowie Ausstattungsquoten für die sonstigen Anlagenteile " beispielsweise Lichtsignalanlagen oder Schutzeinrichtungen " erhoben. Die Ergebnisse der Umfrage fußten in der Festlegung von für ein Asset Management relevanten sonstigen Anlagenteile sowie einer Untergliederung dieser in einzelne Aggregate. An den jeweiligen Anlagenteilen/Aggregaten konnten dann Leistungen der Instandhaltung, Instandsetzung und Erneuerung definiert werden, die in Kombination mit den Nutzungsdauern und den Ausstattungsquoten eine Kalkulation der benötigten finanziellen Aufwendungen für die Erhaltung der sonstigen Anlagenteile ermöglichen. Weiterer Forschungsbedarf besteht von allem bei der Verbesserung und Verdichtung der Datengrundlage sowie die Umsetzung in einem Computer-Programm nach dem Prinzip des PMS und BMS.
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.
Dieser Bericht beschreibt ein Systemmodell für eine integrale Ermittlung und Prognose der Schadens- und Zustandsentwicklung der Elemente eines Brückensystems unter Berücksichtigung von Ergebnissen aus Inspektionen und Überwachung. Das Systemmodell wurde anhand eines ausgesuchten Spannbetonüberbaus in einzelliger Kastenbauweise entwickelt. Es besteht aus zwei integralen Teilmodellen: ein Modell zur Beschreibung des Systemschädigungszustandes und ein Modell zur Beschreibung der Standsicherheit. Für die Modellierung des stochastischen Systemschädigungszustandes eines Brückensystems werden dynamische Bayes'sche Netze (DBN) vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht es, alle relevanten Schädigungsprozesse und deren stochastische Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass DBN ideal dafür geeignet sind, Bayes'sche Aktualisierungen auf Grundlage von Informationen aus Inspektionen und Überwachungsmaßnahme auf eine effiziente und robuste Art und Weise durchzuführen. Der DBN-Ansatz ist deshalb für die Entwicklung von Software für das Erhaltungsmanagement von alternden Brückenbauwerken, die vom Benutzer keine vertieften Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie verlangt, ideal geeignet. Für die Modellierung der Standsicherheit eines alternden Kastenträgers wird vereinfachend Biegeversagen des globalen Längssystems betrachtet. Zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kastenträgers infolge des Systemschädigungszustandes wird ein plastisch-plastisches Verfahren eingesetzt, wobei die Beanspruchungen mittels der Fließgelenktheorie unter Ausnutzung der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte des Kastenträgers ermittelt werden. Ein Kastenträger versagt, wenn sich durch die Ausbildung einer ausreichend großen Anzahl von Fließgelenken eine kinematische Kette ausbildet. Dieser Modellierungsansatz berücksichtigt Redundanzen, die sich aus der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte und der statischen Unbestimmtheit eines Kastenträgers ergeben. Zum Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit des entwickelten Systemmodells wurde ein Software-Prototyp entwickelt, der eine intuitiv benutzbare graphische Benutzeroberfläche (Front-End) mit einem Berechnungskern (Back-End) koppelt. Die aktuelle Version des Software-Prototyps implementiert ein Modell der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion und ein Tragwerksmodell, welches das Verfahrens der stetigen Laststeigerung zur Bestimmung der maximalen Traglast des Kastenträgers auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells umsetzt. Zur Durchführung von Bayes'schen Aktualisierungen des Systemschädigungszustandes auf der Grundlage des DBN-Modells implementiert der Prototyp den Likelihood-Weighting-Algorithmus. Die entwickelte Architektur des Prototyps ermöglicht eine Erweiterung der Software um weitere Schädigungsprozesse. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit eines Kastenträgers. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
Der Bericht enthält die Beurteilung von schädigungsrelevanten Einwirkungen und Schädigungspotenzialen von Betonbrücken sowie deren Erfassung am Bauteil mithilfe aussagekräftiger Parameter und geeigneter Sensoren im Rahmen des Themenschwerpunkts "Intelligente Bauwerke" der BASt. Die Grundlage zur Beurteilung von Schädigungspotenzialen bildet die Auswertung tatsächlich aufgetretener Schäden an Stahlbeton- und Spannbetonbrücken (97.662 Schäden an 3.474 Brücken). Neben der Aufbereitung der chronologischen Entwicklung von Vorschriften und Normen für den Bau von Brücken wurden Schäden infolge von Planungs- und Entwurfsfehlern, sowie Ausführungsfehlern analysiert. Den Schwerpunkt des Berichts bilden die Darstellung und Bewertung von Schädigungspotenzialen getrennt für die Widerstandsseite(auffällige Bauteile/Konstruktionen) sowie für die Einwirkungsseite (relevante Einwirkungen). Bauteile und Konstruktionen werden dazu im Hinblick auf die Merkmale Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit untersucht. Darüber hinaus werden maßgebende Einwirkungen aus den Umweltbedingungen und insbesondere die Einwirkungen infolge des (Schwer-)Verkehrs bewertet. In einem weiteren Arbeitsschritt werden geeignete Schädigungsmodelle zur Beschreibung bekannter Schädigungsprozesse bei Brücken aus Stahl- und Spannbeton dargestellt und die modellspezifischen Einflussgrößen detailliert aufbereitet. Die Darstellung relevanter Parameter zur Erfassung von Einwirkungen und Schäden an Brückenbauwerken, sowie die Erfassung dieser Parameter mit geeigneten Sensoren bilden einen weiteren Schwerpunkt des Projektes. Darüber hinaus werden die Grundlagen eines Datenerfassungssystems dargestellt und abschließend Genauigkeits- und Häufigkeitsbereiche für die Datenerfassung und die Möglichkeiten der Sensorplatzierung aufgezeigt. Die Zusammenstellung der Ergebnisse erfolgt in Form eines Handbuchs.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden wesentliche Grundlagen für eine zukünftige Kooperation zwischen dem öffentlichen Verkehrsmanagement und privaten Navigationsdiensteanbietern vorbereitet und entsprechende Maßnahmen zur Gewährleistung der Interoperabilität zwischen öffentlichem Verkehrsmanagement und individuellen Navigationsdiensten erarbeitet. Ein Ergebnis ist das vorgeschlagene "Strategische Konzept". Dieses basiert auf einer Darstellung von Potenzialen einer Kooperation und einer hieraus entwickelten zweckmäßigen Abstufung der Kooperationstiefe und der Integration von Verkehrsmanagement-Strategien in einen Navigationsdienst. Dabei stellen die öffentlichen Infrastrukturbetreiber abgestimmte dynamische Strategierouten als Bestandteil situationsbezogener öffentlicher Strategien bereit. Die privaten Navigationsdienstanbieter beziehen die öffentlichen Strategierouten in das individuelle Routing mit ein, wobei der Grad der Verbindlichkeit der Einbeziehung abhängig von der gewählten Ebene der Strategiekooperation ist. Parallel dazu wurde mit dem erarbeiteten "Technischen Konzept" der technische Weg der Erschließung von Leitempfehlungen aus den Systemen des strategischen Verkehrsmanagements zur Bereitstellung an individuelle Navigationsdienste konzipiert und praktisch validiert. Die grundsätzliche Eignung des erarbeiteten technischen Konzeptes auf Basis einer weiter entwickelten DATEX II-Extension zum strategischen Routing konnte so nachgewiesen werden. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass eine Kooperation in entsprechender Ausprägung ein großes Nutzenpotenzial für beide Seiten aufweist und bereits ohne einen sehr großen technischen Aufwand ein wirkungsvolles Ergebnis erzielt werden kann.
Mit zunehmendem Alter kommt es zu Veränderungen sensorischer, motorischer und kognitiver Funktionen, die durch Erkrankungen und die Einnahme von Medikamenten verstärkt werden können. Diese Veränderungen können sich auf das Autofahren auswirken und zu Fehlverhalten und Unfällen führen, die zum Teil im Verkehrszentralregister (VZR) erfasst werden. Um Funktionseinschränkungen zu begegnen und weiterhin fahren zu können, aktivieren Ältere häufig Kompensationsmechanismen, wie das Beschränken auf bekannte Strecken. Solche Kompensationsmechanismen könnten bewirken, dass manche ältere Fahrer nur einmal VZR-auffällig werden. Andere Gründe für die unterschiedliche Frequenz der Auffälligkeit können Unterschiede in fahrrelevanten Kompetenzen, Persönlichkeitsmerkmalen und Selbstbildern sein. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, wie sich ältere VZR-Auffällige, die nur einmal registriert wurden, von Mehrfach-Auffälligen im Hinblick auf Persönlichkeitsmerkmale, kognitive Funktionen und Fahrverhalten unterscheiden. Darüber hinaus wurde überprüft, ob und ggf. welche Kompensationsstrategien die Einfach-Auffälligen aktuell im Vergleich zu früher (mit ca. 45 Jahren) anwenden. Hierzu wurden zwei Gruppen von älteren Autofahrern (72+, 199 Einfach- und 200 Mehrfach-Auffällige, fast ausschließlich Männer) hinsichtlich Fahrgewohnheiten, Persönlichkeitsmerkmalen, Einstellungen und v.a. Kompensationsmechanismen beim Autofahren telefonisch befragt. Eine Teilstichprobe (N = 96) wurde darüber hinaus einer verkehrspsychologischen Testung mit psychometrischen Leistungstests und Persönlichkeits- und Einstellungsskalen sowie einer Fahrverhaltensprobe unterzogen. Die Fahrverhaltensprobe wurde auf einer anspruchsvollen Teststrecke in Dortmund durchgeführt; das Fahrverhalten wurde von geschulten Fahrlehrern mit Hilfe der TRIP-Protokolle beurteilt. Zu den Kompensationsstrategien gaben die meisten Befragten an, kritische Situationen wie Autofahrten bei Müdigkeit und Dunkelheit zu vermeiden. Am häufigsten wurden das vorsichtigere Fahren und das Einhalten eines größeren Sicherheitsabstandes im Vergleich zu früher genannt. In der verkehrspsychologischen Testung zeigten sich bei den Befragten keine Hinweise für Demenz oder Depression, und ihre Intelligenz war allgemein hoch oder im Normbereich. Bei der Fahrprobe zeigten ca. 18% der Teilnehmer eine zweifelhafte generelle Fahrqualität. Bei der Qualität der Verkehrswahrnehmung und -einsicht wurde die Leistung bei 30% der Teilnehmer als zweifelhaft und bei 7,3% als unzureichend bewertet. Der Vergleich der Einfach- und Mehrfach-Auffälligen offenbarte insgesamt nur wenige Unterschiede: Mehrfach-Auffällige fahren mehr Kilometer und häufiger täglich Auto als Einfach-Auffällige. Bei den Kompensationsmechanismen zeigte sich insgesamt kein signifikanter Unterschied zwischen Einfach- und Mehrfach-Auffälligen. Die Einfach-Auffälligen vermeiden heute im Vergleich zu früher signifikant mehr kritische Situationen als die Mehrfach-Auffälligen, was auf altersbedingte Kompensation hindeutet. Allerdings war der numerische Unterschied gering und nur in wenigen der Situationen signifikant. Insbesondere vermeiden Einfach-Auffällige im Vergleich zu Mehrfach-Auffälligen das Fahren in Dunkelheit heute mehr als früher. Bei den Persönlichkeitsmerkmalen und Einstellungen zum Autofahren zeigten sich keine Gruppenunterschiede. Ein klarer Unterschied ergab sich hingegen im Selbstbild: Mehrfach-Auffällige schätzen ihre Fahrkompetenz häufiger als "besser als jüngere Fahrer" ein. Bei der verkehrspsychologischen Testung zeigten sich Unterschiede im Subtest Ablenkbarkeit des TAP-M, bei dem zentrale Reize und irrelevante Ablenkreize präsentiert werden: Mehrfach-Auffällige reagierten hier deutlich langsamer auf die relevanten zentralen Reize als Einfach-Auffällige. Bei der Fahrverhaltensprobe zeigten sich keine Gruppen-Unterschiede. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie liefern keine klaren Anhaltspunkte dafür, dass Mehrfach-Auffällige größere sensorische, kognitive oder motorische Defizite aufweisen oder eine andere Persönlichkeits- und Einstellungsstruktur haben als Einfach-Auffällige. Auch hinsichtlich ihrer Kompensationsstrategien und Fahrkompetenz zeigten sich keine konsistenten Unterschiede zwischen den Gruppen. Daher sind somit weder verstärkte Kontrollen noch zusätzliche Auflagen für Mehrfach-Auffällige zu rechtfertigen. Bei der Interpretation der Daten ist außerdem zu berücksichtigen, dass die Trennschärfe der beiden Gruppen vermutlich nicht sehr hoch ist. In zukünftigen Studien sollten daher (vorzugsweise mehrfach) VZR-Auffällige mit unauffälligen Senioren verglichen werden. Darüber hinaus ist grundsätzlich zu empfehlen, Trainingsmaßnahmen für ältere Fahrer zu entwickeln, mit denen ihre Fahrkompetenz und damit die Verkehrssicherheit erhöht werden können.
Vorgestellt werden Vorgehensweise, Datenaufbereitung, Modellaufbau und Ergebnisse des BASt-Projekts "Numerische Simulation der Stickoxidminderung durch photokatalytische Oberflächen an Verkehrswegen". Die Vorteile des Konzepts liegen in der Berücksichtigung von Zeitreihen (Eingangsdaten, Ausbreitungsrechnung) und in der Tatsache, dass die Depositionsgeschwindigkeit als zeitlich variable Eingangsgröße bei der Modellierung berücksichtigt wurde. Die Ergebnisse liegen entsprechend als Zeitreihen vor (Jahres- oder Tagesgänge können untersucht werden). Es ergab sich eine Minderung der NO2-Belastung um maximal knapp 1.5% im Nahbereich der Lärmschutzwand. Wesentlicher Faktor bei der Wirksamkeit photokatalytischer Oberflächen ist die Interaktion zwischen Gesamtbelastung und Depositionsgeschwindigkeit im Tagesverlauf.
Die wesentlichsten Ergebnisse des Forschungsprojektes sind: - Bundesweit werden im öffentlichen Rettungsdienst im Zeitraum 2012/13 jährlich rund 12,0 Mio. Einsätze mit insgesamt 14,3 Mio. Einsatzfahrten durchgeführt. Die Einsatzrate beträgt rund 147 Einsätze pro 1.000 Einwohner und Jahr. - 52 % des Einsatzaufkommens werden vom Leitstellenpersonal als Notfall eingestuft, 48 % entfallen auf die Kategorie Krankentransport. - Über zwei Fünftel aller Notfalleinsätze werden unter Hinzunahme eines Notarztes durchgeführt (Notarzteinsatz). Fast ein Drittel der Notfälle zu Verkehrsunfällen (29 %) wird von einem Notarzt bedient. - Rund 3,5 % der Notfalleinsätze gelten einem Verkehrsunfall, was bundesweit rund 208.000 Einsätzen entspricht. Die Verteilung der übrigen Einsatzanlässe bei Notfällen mit und ohne Notarztbeteiligung beträgt: Sonstiger Notfall 51 %, Internistischer Notfall 34 %, Sonstiger Unfall (z.B. Haus-, Schul- und Sportunfall) 11 % und Arbeitsunfall unter 1 %. - Die Verteilung der Rettungsmitteltypen am bundesweiten Einsatzfahrtaufkommen im Zeitraum 2012/13 beträgt: RTW 57 %, KTW 24 %, NEF 18 %, NAW und RTH/ITH unter 1 %. - Beim Einsatzfahrtaufkommen werden rund die Hälfte der Einsatzfahrten mit Sonderrechten bei der Anfahrt durchgeführt. Dies entspricht bundesweit jährlich 8,4 Mio. Einsatzfahrten unter Sonderrechten bei der Anfahrt. - Die Dispositions- und Alarmierungszeit bei Einsatzfahrten mit Sonderrechten bei der Anfahrt beträgt im Mittel 2,5 Minuten. Bei Einsatzfahrten ohne Sonderrechte bei der Anfahrt liegt die Dispositions- und Alarmierungszeit im Mittel bei 14,5 Minuten. - Bei Einsätzen mit Sonderrechten bei der Anfahrt errechnet sich nach dem zuerst eingetroffenen Rettungsmittel am Einsatzort eine mittlere Hilfsfrist von 8,4 Minuten, wobei 95 % der Notfälle innerhalb von 16,9 Minuten mit einem Rettungsmittel bedient werden. - Die Unterscheidung der Einsatzzeit nach Notfällen und Krankentransporten unter zwei Stunden ergibt eine mittlere Einsatzzeit von 52 Minuten für Einsatzfahrten mit Sonderrechten bei der Anfahrt und 56 Minuten für Einsatzfahrten ohne Sonderrechte auf Anfahrt.
Ausgehend von den rechtlichen Grundlagen für die Luftreinhaltung sowie den Grenzwertfestlegungen für Feinstaub (PM10) sowie Stickoxide (NO2) wird auf die heutige Luftqualität in Städten mit Schwerpunkt Stuttgart eingegangen. Dargelegt werden die festgestellten Überschreitungen bei den Grenzwerten für PM10 und NO2. Eingegangen wird auf die Maßnahmen zur Reduzierung der Luftbelastung in Stuttgart und die Wirkungen in Bezug auf die Senkung der Grenzwert-Übersschreitungen beziehungsweise Jahresmittelwerte von PM10 und NO2 an den Hotspot-Stationen "Am Neckartor" und "Hohenheimer Straße". Abschließend wird ein perspektivischer Ausblick gegeben: obwohl die Luftsituation in den Städten kontinuierlich besser geworden ist, gibt es an stark befahrenen städtischen Straßen weiterhin Grenzwertüberschreitungen. Die EU-Vertragsverletzungsverfahren machen weitere Maßnahmen notwendig. Die Städte brauchen praxiserprobte Maßnahmen und keine langfristigen, kostspieligen Pilotversuche mit unsicherem Ausgang.
Die messtechnische Erfassung der Längsebenheit ist Bestandteil der Zustandserfassung und -bewertung von Fahrbahnoberflächen der Bundesfernstraßen (ZEB). Zur Steigerung der Prozesssicherheit und Gewährleistung der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Messsysteme wurde innerhalb dieses Forschungsprojektes ein einheitlicher Auswertealgorithmus zur Ermittlung des Höhenlängsprofils aus den Lasermessdaten entwickelt sowie Anforderungen an die Güte der verwendeten Sensorik abgeleitet. Der entwickelte Auswertealgorithmus basiert auf dem TRRL LR 922, wobei anhand von theoretischen Überlegungen Vereinfachungen und Ergänzungen abgeleitet wurden, um u.a. das HRM-Verfahren an das spezifische Messsystem anzupassen. Empfohlen wird eine Messbalkenlänge von 2m oder 4m. Die algorithmische Höhenlängsprofilbestimmung erfolgt anhand bereits auf ein 10-cm-Raster gemittelter Lasermesswerte und führt in einem abschließenden Schritt eine Trendbereinigung mit einer Grenzwellenlänge von 150m aus. Zur Ableitung der Anforderungen an vorangehende Prozessschritte wurden existierende Messgeräte miteinander verglichen sowie virtuelle Messsysteme simuliert und eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Anhand der Betrachtung gemessener Höhenlängsprofile konnten Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Genauigkeit der Wegerfassung und der Spurtreue gezogen werden. Je nach Fahrbahnbeschaffenheit kann sich eine schlechte Spurtreue oder eine fehlerhafte Wegerfassung stärker auf die Genauigkeit des erfassten Höhenlängsprofils auswirken als der Einfluss des Einzelfehlers der Laserabstandsmessung. Anhand typischer Eigenschaften der Fahrbahnlängsprofile (Unebenheit (Phi(Index h) und Welligkeit w) konnten Vorschläge für die Anforderungen an die Messtechnik abgeleitet werden. So ist eine Lasermessgenauigkeit von unter 0,1mm nicht erforderlich. Die Mittelung der Laserwerte über einen 10cm-Abschnitt erfordert nicht mehr als 10 Werte. Eine Fehlertoleranz der Wegerfassung von 1% ist für die Berechnung des Höhenlängsprofils ausreichend.