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This work describes the results of the experimental activity, illustrating the driving behavior observed in different conditions, relating them to the different methods of ADAS intervention and comparing the driver behavior without ADAS. In the present study, driver behavior was studied in road accidents involving elderly pedestrians, with different ADAS HMIs, as a base to develop a driver model in near missing pedestrian accidents. A literature research was conducted with the aim of finding out the main influencing factors, including environment, boundary conditions, configuration of impact, pedestrian and driver information, when pedestrian fatalities occur and an analysis of frequent road accidents was conducted to get more detailed information about the driver- behavior. In order to obtain more detailed information about pedestrian accidents, real road accidents were reconstructed with multibody simulations on PC-Crash and, by the comparison between literature findings and reconstructions, a generic accident scenario was defined. The generic accident scenario was implemented on the full scale dynamic driving simulator in use at the Laboratory for Safety and Traffic Accident Analysis (LaSIS, University of Florence, Italy) in order to analyse the driving behaviors of volunteers, also considering the influence of ADAS devices. Forty-five young volunteers were enrolled for this study, resulting in forty valid tests on different testing scenarios. Two different scenarios consisted in driving with or without ADAS in the vehicle. Different kinds of ADAS, acoustic and optical, with different time of intervention were tested in order to study the different reactions of the driver. The tests showed some interesting differences between driver's behavior when approaching the critical situation. Drivers with ADAS reacted earlier, but more slowly, depending also on the type of alarm, and often with double reaction when braking. In fact, the results of the activity showed that with ADAS intervention the time to collision (TTC) increases, but the reaction time and braking modality change: a) there is a sort of "latency" time between the accelerator pedal release and the brake pressure; b) the brake pressure is initially less intense. So the driver only partially takes advance from the TTC increase. These differences were valued not only qualitatively, but quantitatively as well. This work revealed to be useful to improve the knowledge of drivers" behavior, in order to realize a driver model that can be implemented to help attaining and assessing higher levels of automation through new technology.
In Form einer Pilotstudie wurden eine Literaturrecherche, eine Befragung von Experten der Automobilindustrie und theoretische Untersuchungen zur Frage der Head-Up-Display-Technik (HUD) im Kraftfahrzeug durchgeführt. Auf der Suche nach neuen, die Sicherheit des Kraftfahrzeugverkehrs fördernden Anzeigen findet das HUD zunehmend Interesse. Das Prinzip des HUD im Kraftfahrzeug besteht darin, dass die Informationen des Displays über den in die Windschutzscheibe integrierten Combiner in die Verkehrsszene als virtuelles Bild eingeblendet werden. In Europa wurden von Automobil- und Zulieferfirmen ca. ein Dutzend HUD-Systeme als Experimentalsysteme entwickelt. In den europäischen Forschungsprogrammen PROMETHEUS und DRIVE wird das HUD als eine von mehreren neuen Anzeigetechniken untersucht. In den USA und Japan befinden sich HUD-Systeme in Serienfahrzeugen bereits seit einigen Jahren auf dem Markt. Informationen auf einem HUD im Kraftfahrzeug werden schneller und sicherer abgelesen, als auf der konventionellen Instrumententafel. Insbesondere die physiologischen Anteile des Wahrnehmungsvorganges, das heißt die Augenbewegung, das Akkommodieren und das Adaptieren, erfolgen mit einem HUD schneller. Allerdings kann die Verquickung der Verkehrsszene mit bordeigenen Informationen zu verändertem Fahrverhalten und zu anderen Beobachtungsstrategien der Kraftfahrer führen. Die HUD-Technik ist zwar relativ fortgeschritten, jedoch liegen nur wenige fundierte experimentelle Ergebnisse vor. Es wurde daher eine Untersuchungsreihe mit Labor-, Simulator- und Feldexperimenten entworfen, die offene Fragen zu Nutzen, Informationsinhalten und Gestaltung von HUD-Anzeigen beantworten sollen. Gesetzliche Vorschriften der StVZO und die sie tangierenden EG-Richtlinien beziehungsweise ECE-Regelungen legen die Mindestanforderungen an die Sicht aus Kraftfahrzeugen fest, und es bestehen Vorgaben sowohl für die mögliche Position der HUD-Anzeigen, als auch für die Transmission und für die Farberkennung der Verkehrsobjekte.
Derzeit beruht das Erhaltungsmanagement von Brücken vornehmlich auf turnusmäßigen visuellen Bauwerksprüfungen. Schäden werden häufig erst entdeckt, wenn sie offensichtlich sind - was unwirtschaftlich ist. Schäden und kritische Reaktionen des Bauwerks kündigen sich allerdings oftmals schon im Inneren der Struktur, in nicht einsehbaren Bereichen und durch die tatsächlich vorliegenden, aber oft nicht genau bekannten Einwirkungen auf das Bauwerk an. Bestands- und Neubau-Brücken sollten daher in der Lage sein, bereits frühzeitig und ergänzend zu den Bauwerksprüfungen Auskunft über ihren Zustand und dessen Entwicklung geben zu koennen. Benoetigt werden hierzu flexible und modular anpassbare Systeme zur messtechnischen Unterstützung in und am Bauwerk, differenzierte Bewertungsverfahren und ein entsprechend erweitertes Erhaltungsmanagement. Hinsichtlich einer messtechnischen Instrumentierung am Bauwerk sind zum einen leistungsfähige und dauerhafte Sensorik zur Erfassung von Einwirkungen und Bauteilreaktionen an diesem sowie zum anderen eine intelligente Messdatenverarbeitung zur Plausibilisierung, Fusion, Interpolation und Reduktion von Sensordatenströmen vor Ort erforderlich. Der Beitrag fasst im Rahmen aktueller Forschung untersuchte Ansätze und Realisierungsmöglichkeiten zur Sensordatenanalyse und -überwachung - wie sie insbesondere zur Sicherstellung belastbarer, stark fehlerminimierter Zustandsinformationen erforderlich sind - unter praktischen Gesichtspunkten einer Umsetzung bei der Überwachung von Brückenbauwerken zusammen. Verschiedene Verfahrensansätze werden hinsichtlich Einsatzbereich, Aufwand und Nutzen diskutiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sind von allgemeiner Bedeutung und daher auf andere Bereiche des Erhaltungsmanagements von Infrastruktur übertragbar.
Inkrementelle Berechnungsmethode zur Beschreibung der strukturellen Schädigung von Asphaltbeton
(2016)
Es existieren erhebliche Diskrepanzen zwischen labortechnischen, analytischen und Feld-Performance-Untersuchungen bezüglich der Entwicklung verschiedener Zustandsgrößen (Schädigungen) von Asphaltbefestigungen in Abhängigkeit von der Zeit. Es gibt mehrere Gründe, weshalb sich die im Labor ermittelten Funktionen zur Beschreibung der Schadensentwicklung nicht mit den realen Entwicklungen in Übereinstimmung bringen lassen. Gegenwärtige Asphalt-Performance-Modelle können die Eigenschaftsänderungen von Baustoffen und Asphaltschichten in Abhängigkeit von Zeit, Verkehrsbelastung und Klima in der Regel nicht genau beschreiben. Daher kann die Schadensentwicklung von Asphaltbefestigungen mit diesen Modellen nur bedingt prognostiziert werden. Alterungsbedingte Veränderungen der Asphalteigenschaften wurden bislang nicht in die Modellbildung mit einbezogen, sodass bislang keine inkrementellen Methoden zur Berücksichtigung der alterungsbedingten Änderung der Materialkenngrößen existierten. Eine Berechnung der Auswirkungen der Materialveränderung durch Alterung auf die Schädigungsmechanismen erfordert eine Modellierung auf der Basis von Zeitinkrementen. Um solche Zeitinkremente sinnvoll einsetzen zu können, ist die Kenntnis der Änderungen der Asphalteigenschaften in Abhängigkeit von der Zeit erforderlich. Der Beitrag stellt Forschungsergebnisse zur Entwicklung und Validierung einer neuen inkrementellen Methode für mechanische Schädigungsmodelle von Asphaltbefestigungen vor. Diese Methode kann die inkrementellen Veränderungen der mechanischen und Performance-Eigenschaften von Asphalt berücksichtigen und somit die daraus resultierende Reaktion über den Verlauf der Nutzungsdauer beschreiben, was einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines neuen rechnerischen Prognoseverfahrens für die Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen darstellt.
Ziel der Untersuchung war die Überprüfung von Einmündungen mit innenliegenden Linkseinfädelungsstreifen (iLES) hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Verkehrssicherheit sowie die Darstellung von Einsatzgrenzen und Gestaltungshinweisen. An 10 Knotenpunkten mit iLES wurden im Rahmen des Forschungsprojekts empirische Untersuchungen durchgeführt. Es wurden die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke am Knotenpunkt, die Spitzenstunde, Zeitlücken in der Spitzenstunde sowie Wartezeiten und Rückstaulängen am Knotenpunkt ermittelt. Außerdem wurden die Akzeptanz des eingerichteten iLES und die Bereiche, an denen vom iLES auf den durchgehenden Fahrstreifen gewechselt wurde, erfasst. Im Rahmen einer makroskopischen Unfallanalyse an 50 Knotenpunkten wurden insgesamt 816 Unfälle der Jahre 2006 bis 2008 ausgewertet. Für alle Knotenpunkte wurden die relevanten Unfallkenngrößen ermittelt (Unfallkosten, Unfalldichte, Unfallrate, Unfallkostendichte, Unfallkostenrate) sowie die Unfalltypen (einstellig und dreistellig) ausgewertet. Insgesamt konnte nicht festgestellt werden, dass Knotenpunkte mit iLES unsicherer sind als Knotenpunkte ohne iLES oder sie in anderer Hinsicht auffällig wären. Die Auswertung der Unfalldiagramme im Rahmen der mikroskopischen Unfallanalyse an 10 Knotenpunkten zeigte zwei wesentliche Unfallhergänge, die im Zusammenhang mit den iLES zu sehen sind: Kollisionen von Linkseinbiegern mit Linksabbiegern und Kollisionen beim Fahrstreifenwechsel vom iLES auf den durchgehenden Fahrstreifen. Probleme mit Radfahrern und Fußgängern traten kaum auf, was jedoch teilweise darauf zurückzuführen ist, dass der Fußgänger- und Radverkehr in den untersuchten Beispielen keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Abgrenzung des Einsatzbereiches von Einmündungen mit iLES gegenüber Einmündungen ohne iLES bzw. mit LSA wurde vorgenommen, indem die Wartezeiten in der untergeordneten Zufahrt für alle drei Knotenpunktarten für unterschiedliche Knotenpunktverkehrsstärken und Belastungssituationen ermittelt wurde. Hieraus wurde einerseits die Grenze ermittelt, ab der eine Einmündung ohne iLES nicht mehr leistungsfähig ist und ein iLES sinnvoll eingesetzt werden kann und andererseits die Grenze ermittelt, ab der eine Signalisierung zu Vorteilen gegenüber einem iLES führt. Als Verfahren zur Ermittlung der Wartezeiten an Knotenpunkten mit iLES wurde das HBS-Verfahren modifiziert. Hierfür wird Strom 8 vernachlässigt und andere, im Rahmen des Forschungsprojekts ermittelte Werte für die Grenz- und Folgezeitlücken verwendet. Um die Erfahrungen, die innerhalb und im Vorfeld bebauter Gebiete von den Baulastträgern mit iLES gemacht wurden, einbeziehen zu können, wurde am 6. Oktober 2010 ein Expertenworkshop in Frankfurt am Main durchgeführt. Aus den Diskussionsbeiträgen konnten eine Reihe von Hinweisen aufgenommen werden, die Eingang in die beschriebenen Ergebnisse gefunden haben. Eine Einmündung mit innenliegendem Einfädelungsstreifen (iLES) kann als Alternative zu einer nicht signalisierten Einmündung eingesetzt werden, wenn ansonsten keine ausreichende Verkehrsqualität erreicht würde oder die Verkehrsqualität verbessert werden soll. Ein iLES verschlechtert die Überquerbarkeit der übergeordneten Knotenpunktarme für Fußgänger und Radfahrer erheblich. Der Einsatz eines iLES steht damit in Konkurrenz zu den Belangen von Fußgängern und Radfahrern. Sie sollten nur dann zum Einsatz kommen, wenn kein nennenswerter Überquerungsbedarf vorliegt. Innerhalb bebauter Gebiete sollte die Länge eines iLES 30 bis 60 m betragen, im Vorfeld bebauter Gebiete bei Geschwindigkeiten über 50 km/h 60 bis 100 m. Zu große Längen sollten vermieden werden, um den Eindruck eines Überholfahrstreifens zu vermeiden. Bei der Markierung ist großer Wert darauf zu legen, dass das Begreifen der Verkehrsregelung unterstützt wird. Außerdem sollten Schilder verwendet werden, die die Verkehrsregelung erläutern. Diese sollten sowohl in der untergeordneten Zufahrt eingesetzt werden, als auch in der rechtsliegenden, übergeordneten Zufahrt.
Die Fahranfängervorbereitung in Deutschland erstreckt sich von der schulischen Verkehrserziehung, über die Fahrschulausbildung, das Begleitete Fahren und das erste Alleinefahren. Zur Unterstützung einer intensiven Nutzung und abwechslungsreichen Ausgestaltung dieses Lernprozesses bietet sich die elektronische Sicherheitskommunikation via Internet und Mobiltelefonie an. Beide Medien werden von Jugendlichen und jungen Erwachsenen intensiv genutzt und auch Eltern, Lehrer und Fahrlehrer sind darüber gut erreichbar. Die elektronische Sicherheitskommunikation im Rahmen der Fahranfängervorbereitung wird insbesondere dann erfolgreich sein, wenn die breite Zielgruppenöffentlichkeit möglichst "personalisiert" angesprochen wird und die Zielgruppenmitglieder auch die Möglichkeit haben, in einen Austausch einzutreten (Partizipation, Interaktivität). Hierzu bietet das Web 2.0 vielfältige Möglichkeiten. Dabei können Strategien aus dem Sozialmarketing ("Social Marketing") zur stärkeren Bindung der Zielgruppen an die Verkehrssicherheitsanliegen im Kontext der Fahranfängervorbereitung aufgegriffen werden und in den sozialen Medien ("Social Media") des Internets und der Mobiltelefonie zum Einsatz kommen ("Social Media Marketing"). Im Bericht werden kommunikationswissenschaftliche Grundlagen und psychologische Faktoren der Sicherheitskommunikation erläutert. Ein Überblick über entsprechende Kommunikationsstrategien in der Gesundheitsförderung wird gegeben und auch Anspracheformen von Fahranfängern via Internet in Deutschland sowie einschlägige Angebote aus GDL-Ländern werden vorgestellt. Als Defizite lassen sich in Deutschland vor allem die Behandlung des Anfängerrisikos in den Kontexten Familie, Schule und erstes selbstständiges Fahren sowie generell die Elternansprache ausmachen. Ein Rahmenkonzept und konkrete Handlungsfelder für die zukünftige Nutzung der elektronischen Sicherheitskommunikation in der Fahranfängervorbereitung werden vorgestellt.
Die Berücksichtigung aller Einflüsse im gesamten Lebenszyklus einer Brücke bildet die Grundlage für Nachhaltigkeitsanalysen. Hierfür müssen Instandhaltungsszenarien auf Basis von Erneuerungszyklen für die einzelnen Bauteilgruppen " das sind Lager, Fahrbahnübergänge, Kappen etc. " definiert werden. Dieser Beitrag leitet drei Strategien für den deutschen Raum her, die für die Nachhaltigkeitsbewertung von Brückenbauwerken angewendet werden können. Die Auswertungen der in Deutschland vorhandenen empirischen Datenbasis bildet hierfür die Grundlage. Zwei Strategien werden abschließend an einer Referenzbrücke als Autobahnüberführung in Integralbauweise zur Anwendung gebracht und mit Hilfe einer Ökobilanzierung, als Teil einer Nachhaltigkeitsanalyse, aus ökologischer Sicht bewertet.
Durch die in den letzten Jahren enorm gestiegenen Verkehrsbelastungen und damit einhergehenden gestiegenen lokalen Beanspruchungen im Deckblech kommt es bei bestehenden Stahlbrücken mit orthotropen Fahrbahnplatten vermehrt zu Ermüdungsschäden im Bereich der geschweißten Anschlüsse der Längsrippen an das Deckblech (Kategorie-1-Schäden). Der vorliegende Beitrag gibt einen Übernblick über existierende Verstärkungsmaßnahmen, die bereits in Pilotprojekten erprobt wurden sowie aktuelle Forschungsarbeiten zur Verstärkung von orthotropen Fahrbahnplatten mit Kategorie-1-Schaeden.
Der Bericht liefert einen Überblick über die Gefährdung von stählernen Fahrbahnplatten hinsichtlich Ermüdungsschäden, ordnet diese Gefährdungen in Gefährdungskategorien ein und gibt Strategien und Verfahren zu einer nachhaltigen Instandsetzung vor allem von Deckblechschäden und Schäden an der Verbindung zwischen Längsrippe und Deckblech an. Im Einzelnen geht der Bericht auf die Entwicklung stählerner Fahrbahnplatten bis zur heutigen Standardlösung ein, auf deren Weg sich einige Konstruktionen als besonders schadensanfällig erwiesen haben. Eine Aufgabe ist es daher, bestehende Brücken und die heutige Standardlösung zukunftssicher zu machen. Für die Zukunftssicherung ist besonders die Dauerhaftigkeit des Deckblechs und seiner Verbindungen zu Rippen und Querträgern wichtig. Zur Verringerung der Ermüdungsbelastung des Deckblechs gibt es Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung und zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags zur Verbesserung der Verbundwirkung mit dem Deckblech. Die vorgestellten und untersuchten Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung sind: - Aufbringen einer Elastomersandwichstruktur mit einem neuen zusätzlichen Stahldeckblech (Sandwich Plate System (SPS) , Pilotprojekt in NRW), - Stahlfaserbewehrter hochfester Beton mit Stahlbewehrungseinlagen (Pilotprojekte in den Niederlanden), - Aufkleben von Zusatzblechen (Versuchsstadium). Zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags ist es nötig, eine Optimierung zwischen zwei sich widersprechenden Zielsetzungen zu erreichen: 1. Dauerhaftigkeit des Belages durch ausreichende Elastizität des Belags und Reduktion der Verbundwirkung, 2. Dauerhaftigkeit des Stahlblechs und der Verbindungsnaht mit der Längsrippe durch höhere Steifigkeit des Belags und Verbesserung der Verbundwirkung. Dazu sind Versuche mit Belägen mit modifiziertem Bitumen (PmB25A) und mit hohlraumreichem Asphalttraggerüst mit nachträglichem Verguss (HANV) durchgeführt worden, die Tendenzen zu Verbesserungen erkennen lassen. Für eine weitere Optimierung der beiden Varianten sind gezielte Kleinteilversuche zur Bestimmung von temperatur- und frequenzabhängigen Stoffeigenschaften, die sich für Grenzzustandsberechnungen eignen, erforderlich. Die Berechnungsmodelle müssten an bauteilähnlichen Prüfkörpern überprüft werden. Der Bericht gibt Empfehlungen wie eine Verbesserung der Verbundeigenschaften zwischen Stahldeckblech Asphaltbelag erreicht werden kann.
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.
Die Erhaltung des Brückenbestandes des Bundes hat hohe Priorität, um eine uneingeschränkte Mobilität im Bundesfernstraßennetz gewährleisten zu können. Die Planung des Einsatzes finanzieller Mittel erfordert unter anderem eine genaue Kenntnis des Zustandes der jeweiligen Brückenbauwerke. Die Bauwerksprüfung erfolgt derzeit "handnah" in festen Intervallen mit einem nach DIN 1076:1999-11 festgelegten Prüfungsumfang. Man spricht von einem zustands- bzw. schadensbasierten Erhaltungsmanagement. Das derzeitige Verfahren beschreibt den IST-Zustand ohne detaillierte Rückschlüsse auf die Entstehung von Schäden zu liefern. Strukturelle Abhängigkeiten bzw. gegenseitige Beeinflussung von Schädigungsmechanismen werden bisher nicht berücksichtigt. Das Ziel des Themenschwerpunktes "intelligente Bauwerke" ist daher, ein verbessertes Konzept für herausragende, bedeutende Brücken zu entwickeln. Von der reinen Datensammlung soll ein Übergang zu einem Brückenmodell erfolgen, welches Informationen direkt weiterverarbeiten kann. Im Rahmen dieses Projekts wird ein Systemmodell entwickelt, welches sowohl strukturelle Abhängigkeiten als auch Interaktionen zwischen Schädigungen berücksichtigt. Das Modell fungiert nicht als "Black-Box", sondern erlaubt es, Rückschlüsse auf die Schadensursachen zu ziehen sowie Informationen über die Relevanz der Schäden bzw. deren Wirkungen auf die einzelnen Bauteile und das Gesamtsystem zu erhalten. Ein neuer Modellierungsansatz für die Bauwerksprüfung und Zustandsbewertung für Brückenbauwerke wurde entwickelt, der so genannte Einflussbaum. Der Einflussbaum ermöglicht eine detaillierte Abbildung von Schädigungsmechanismen durch die Einführung flexibler Logischer Verknüpfungen. Im Gegensatz zu reinen Boole'schen Verknüpfungen herkömmlicher Modellierungsmethoden kann dieses Element auf verschiedene Arten die komplexen Zusammenhänge des Einflusses von Schäden abbilden. Die Verknüpfungen können frei definierte Gleichungen bzw. Vorschriften beinhalten. Auf diese Weise können sowohl einfache grenzwertbasierte als auch vollprobabilistische (zuverlässigkeitsbasierte) Zustandsbewertungen abgebildet werden. Der konzipierte Einflussbaum besteht aus drei Modellebenen: der Strukturebene, der Ebene der Schadensbilder und der Parameterebene. Im Zuge des Ausarbeitens eines Einflussbaumes wird das Bauwerk in einzelne Bauteile strukturiert zerlegt und die entstehenden Elemente hierarchisch angeordnet. Die einzelnen Elemente geben auf einer zugeordneten Skale ihren Zustand aus. Eine Nachverfolgbarkeit verschiedener Einflüsse ist somit gegeben. Für die Beschreibung aller Ebenen des Einflussbaums kommt die grafische Notationssprache Systems Modeling Language (SysML) zum Einsatz. SysML ermöglicht die Modularisierung benutzerdefinierter Strukturteile des Einflussbaums. Die Module können in das Gesamtmodell unkompliziert eingefügt werden. Der Modellierungsprozess wird dadurch stark beschleunigt. Das Hauptergebnis des Projekts FE 15.038 ist ein neues, modellbasiertes Bauwerkszustandsermittlungssystem (Einflussbaum), welches die Berechnung des Zustands nicht nur für das Gesamttragwerk, sondern auch für dessen einzelne Komponenten ermöglicht. Mithilfe des Einflussbaums können zum einen bestehende Schädigungen modelliert und zum anderen Schädigungsabläufe simuliert werden. Der Einflussbaum kann somit im Rahmen der Zustandsbewertung von Bauwerken eingesetzt werden und darüber hinaus als Prognosetool zur Ermittlung des künftigen Bauwerkszustands herangezogen werden. In der Planungsphase ermöglicht das Systemmodell mit einer Parameterstudie kritische Bauteilkomponenten, sog. HotSpots, zu lokalisieren. Die gewonnen Erkenntnisse können als Entscheidungshilfe für die Platzierung von Sensorik dienen. Im Vergleich der neuen systemmodell-basierten Methode und einer herkömmlichen Bauwerksbewertung liegt der Hauptunterschied darin, dass eine Systemanalyse mit einem Einflussbaum den zugrundeliegenden Schädigungsmechanismus aufzeigt. Es werden detailliert die Eingangsparameter für Schädigungen, die jeweiligen vorherrschenden Schädigungsprozesse und die betroffenen strukturellen Komponenten ermittelt. Dies trägt zu einem tieferen Verständnis der Zustandsentwicklung von Bauwerken bei und ermöglicht einerseits eine realitätsnahe Zustandsbeurteilung und andererseits auch eine Berücksichtigung des Erkenntnisgewinns in der Planung von Neubauten hinsichtlich potentieller Schwachstellen bzw. eines effektiven Einsatzes von Monitoringkonzepten.
Der Bericht enthält die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie für das von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) vorgeschlagene System zur Informationsbereitstellung und ganzheitlichen Bewertung in Echtzeit für Brückenbauwerke, welches im Rahmen des Themenschwerpunkts "Intelligente Bauwerke" entwickelt werden soll. Das System soll auf Grundlage von während einer Bauwerksüberwachung erfassten Messgrößen Informationen wie z. B. Bauwerksschäden feststellen und diese bei der Bewertung des Bauwerks einbeziehen. Zu Beginn des Berichts werden die grundlegenden Komponenten von Überwachungssystemen erläutert: Diese bestehen aus (1) einer Komponente zur Datenakquisition, die die Sensoren sowie Techniken zur Übertragung, Erfassung und Speicherung der Messdaten umfasst, (2) einer Komponente zur Gewinnung von Informationen aus den Messdaten und (3) einer Komponente zur Bewertung des Bauwerkszustands. Einen weiteren Schwerpunkt des Berichtes bildet die Darstellung von Konzepten, die bei Überwachungsmaßnahmen in anderen Ingenieurdisziplinen zum Einsatz kommen. Diese werden hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf den Brückenbau beurteilt. Darüber hinaus werden Anforderungen an die einzelnen Komponenten eines Systems zur Informationsbereitstellung und Bewertung definiert, wobei die Datenakquisition, die Modellierung von Brückenbauwerken sowie die Integration des Systems in das Erhaltungsmanagement im Vordergrund stehen. Im Rahmen einer Anwendungsanalyse werden Konzepte zur Identifikation und Überwachung der im Brückenbau relevanten Schäden aufgezeigt. Darüber hinaus wird die Umsetzbarkeit des geplanten Systems zur Informationsbereitstellung und Bewertung unter Berücksichtigung derzeitig und zukünftig einsetzbarer Technologien beurteilt. Anhand von Beispielen werden einige Möglichkeiten der Bauwerksüberwachung veranschaulicht. Abschließend werden Vorschläge zur Fortführung des Themenschwerpunkts "Intelligente Bauwerke" unterbreitet.
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.
Der vorliegende Bericht beschreibt Konzepte für eine intelligente Brücke auf der Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung unter Berücksichtigung von Bauwerksinformationen, welche aus Prüfungen, Inspektionen und Überwachung gewonnen werden. Das Brückensystem wird durch ein Modell beschrieben, welches den zentralen Teil des Konzeptes darstellt. Das Modell wird in Schädigungsmodelle und ein Tragwerkssystem-Modell unterteilt. Dieses Modell wird a-priori durch die Eingangsdaten (welche etwa die Geometrie, die Materialien und die Verwendung der Brücke beschreiben) charakterisiert. Aus diesen ergeben sich dann auch die Ausgangsmodelle. Um die signifikanten Streuungen und Unsicherheiten adäquat abzubilden sind diese Modelle probabilistisch. Das Modell liefert eine sich kontinuierlich ändernde probabilistische Zustandsbewertung. Die Zustandsbewertung gibt eine Aussage über den Zustand und die Zuverlässigkeit des Brückensystems und seiner Bauteile und dient als Grundlage für die Planung und die Optimierung von Maßnahmen. Die Verwendung von Resultaten aus Inspektionen, Prüfungen und Überwachungen erfolgt durch eine Aktualisierung der Modellparameter. Die Aktualisierung beruht auf der Methode der Bayes'schen Aktualisierung und wird auf der Grundlage der entwickelten Klassifizierung der Bauwerksinformationen mit entsprechenden Methoden durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt es, alle Informationen in konsistenter Weise in ein einziges Modell einfließen zu lassen. Dabei wird die Genauigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Daten und Beobachtungen explizit berücksichtigt. Durch die Aktualisierung der Modellparameter unter Berücksichtigung von Systemeffekten wird die Zustandsbewertung der Bauteile und des Brückensystems aktualisiert. Das ermöglicht die Planung und die Optimierung von Maßnahmen unter Berücksichtigung der Bauwerksinformationen. Auf diese Weise wird die intelligente Brücke mit Inspektionen und Überwachungen zu einem adaptiven System, welches sich Veränderungen anpassen kann.
Die schnell fortschreitende Entwicklung der Sensortechnologie und der Aktuatorik bietet Ansätze für neuartige Rückhaltesysteme und kann somit den Schutz des Insassen bei Unfällen erheblich verbessern. Kommende Generationen adaptiver Rückhaltesysteme werden eine dosierte Aktivierung der Schutzwirkung (z.B. mehrstufige Airbags oder Gurtstraffer) abhängig von der Unfallschwere und der Fahrzeugbesetzung erlauben. Um solche Systeme voll auszunutzen, werden Sensoren entwickelt, die die Schwere eines Unfalls in weitaus höherer Auflösung als bisher erkennen können und somit das Einleiten adaptiver Maßnahmen ermöglichen. Diese Systeme werden unter dem Begriff der intelligenten oder adaptiven Rückhaltesysteme zusammengefasst. Ziel des Projektes "Intelligente Rückhaltesysteme" ist es, die möglichen Verbesserungen der passiven Sicherheit durch die neuen Technologien zu analysieren und darzustellen. Außerdem sind die Auswirkungen auf die gesetzlichen Regelungen zu untersuchen, um so mögliche zusätzliche Schutzpotentiale schnell umzusetzen und eventuelle Risiken zu vermeiden. In einer umfangreichen Literaturrecherche wurde zum einen das Unfallgeschehen analysiert. Ergänzend wurden die Schwerpunkte des Pkw-Unfallgeschehens durch eine Auswertung von Unfalldaten der GIDAS untersucht und dargestellt. Zum anderen wurde der Stand der Technik heutiger und zukünftiger Rückhaltesysteme aufgearbeitet und systematisiert. Dabei wurden die bestehenden und zukünftigen Systeme in ihrer Funktionsweise analysiert und durch ein 3-Ebenen-Modell charakterisiert. Mit Hilfe des Abgleichs der Schwerpunkte des realen Unfallgeschehens mit den RHS und der bestehenden Gesetzgebung wurden Potenziale und Wirkbereiche möglicher Maßnahmen skizziert. Auf der Basis einer Expertenbefragung konnten der Entwicklungsstand der iRHS aufgezeigt und Vorschläge zur Erweiterung der bestehenden Sicherheitsgesetzgebung gemacht werden.
Im Rahmen des 12-monatigen Forschungsprogramms "Intelligente Straßenverkehrsinfrastruktur durch 3D-Modelle und RFID-Tags", aufgesetzt von der Bundesanstalt für Straßenwesen, entwickelte die HOCHTIEF Solutions AG ein Konzept für ein Infrastruktur-Informationssystem. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, das bestehende System der öffentlichen Anstalt für den Betrieb und Erhalt von Brückenbauwerken, sowie die dazugehörigen Workflows mithilfe neuer Technologien zu optimieren. Das entwickelte Konzept für ein Infrastrukturinformationssystem ISIS, kurz für Intelligente StraßenverkehrsInfraStruktur, wurde als eine Schale um die bereits vorhandene Straßeninformationsbank-Bauwerke (SIB-BW) herum konzipiert. Alle Prozesse und Datenflüsse, die rund um diese Datenbank bestehen, bleiben damit unverändert. Zusätzliche Informationen und Dokumente, die an die vorhandenen Datensätze angefügt werden sollen, werden in dem neuen System abgelegt und mit dem Bestandsdatensatz verknüpft. Ziele: - Informationsbereitstellung optimieren, - 3D unterstützte Dokumentation des Bauwerksprüfprozesses, - Anlehnung an bestehende Prozesse, - Einbindung mobiler Endgeräte und Zustandssensoren. ISIS gründet sich auf folgende Komponenten: - Bauwerksmodelle: -- 2D-Platzhalter für Bestandsbauten, -- 3D-Modelle für Neubauten, - mobile Schadensaufnahme via mobiler Endgeräte, - Frühwarnsysteme auf Basis von RFID-Technologie (Feuchtigkeit und Korrosion), - 3D-Pins für die Markierung relevanter Punkte (RFID-Detektoren, Schäden, etc.), - Hardware mit hoher Verfügbarkeit und Akzeptanz (iPads). Um allen Beteiligten den Zugriff zu dem Informationssystem zu ermöglichen, wird das System zur Ausführung auf einer Online-Plattform konzipiert. Alle relevanten Informationen eines Straßenverkehrsinfrastrukturprojektes können in konsolidierter Form bereitgestellt werden. Die bisher dezentrale und inkompatible Datenhaltung in mehreren Teilsystemen wird unterbunden und eine einfache und durchgängige Nutzung des Datenbestandes in Planung, Bau und Betrieb wird ermöglicht. Um den Prozess der Bauwerksprüfung effizienter zu gestalten, sollen Informationen zum Bauwerkszustand mithilfe der 3D-Pin-Markierung und dem Einsatz von Radiofrequenz-Technologie (RFID) regelmäßig überprüft werden, um Bauwerksschäden frühzeitig erkennen zu können.
Interdisciplinary accident research and research projects of AARU Audi Accident Research Unit
(2017)
AARU (Audi Accident Research Unit) is an interdisciplinary research project of the University Hospital Regensburg in cooperation with AUDI AG. Specific objective is to comprehend the respective accident scenario and retrieve generally applicable findings as to technical, medical and psychological processes. In order to prevent traffic accidents and to alleviate vehicle accident consequences, postulates of general traffic safety, human-machine interaction, technical design and function of new vehicles and occupant as well as third party protection shall be inferred from these findings. Specifically, each accident with new Audi, Lamborghini and Ducati vehicles involved is analyzed interdisciplinary, discussed in a case meeting and anonymously documented with more than 2,000 parameters. The database is continually used for solving safety relevant issues. Parallel to accident analysis, research projects are performed in the fields medicine, psychology and engineering in order to gain comprehensive insight and identify potential additional areas of activity of accident research.
In-depth accident investigation offers many advantages for the analysis and comprehension of crash mechanisms. IFSTTAR makes such investigations since 1992 without interruption. The corresponding database contains more than 1200 accident case studies. Currently, in-depth accident investigation is one of the best ways to determine the speed or cars involved in accidents. This paper first presents the methods used for accident investigation and for accident kinematic reconstruction. Then, in order to illustrate the interest and possible applications of such accident data, it shows some results from a recent study based on the IFSTTAR in-depth accident study programme (IDAS) and dealing with the link between travelling speed and accident risk.
In Deutschland existieren bereits seit Jahren viele leistungsfähige Telematiksysteme und Referenzarchitekturen für Teilbereiche, z. B. TLS (BASt, 2002) und MARZ (BASt, 1999) zum Aufbau von Verkehrsbeeinflussungsanlagen an Bundesfernstraßen. Die Entwicklungen solcher Systeme in Deutschland gehen bis in die 1990er Jahre und davor zurück. Zum Teil wurden diese Ansätze auch von anderen Ländern übernommen und sind dort erfolgreich implementiert. Bislang fehlt aber in Deutschland ein nationaler Orientierungsrahmen für den Aufbau und die Vernetzung von Telematiksystemen, sodass viele Implementierungen als unvernetzte Insellösungen betrieben werden und mögliche Synergien ungenutzt bleiben. Die Vorteile einer übergreifenden ITS-Architektur wurden bereits durch zahlreiche Arbeiten seit den frühen 1990er Jahren belegt und sind heute unstrittig. In anderen Ländern liegen solche nationalen Orientierungsrahmen bereits seit Jahren vor. Die USA hat als erstes Land im Jahr 1996 eine nationale ITS-Architektur (NITSA) veröffentlicht, die bis heute bereits zur sechsten Version fortgeschrieben wurde. Im Rahmen dieser Entwicklungen wurde ein ganzes Netz an Zuständigkeiten und Organisationseinheiten eingerichtet, um eine effiziente und nachhaltige Nutzung der NITSA zu gewährleisten. Auch rechtliche Maßnahmen wurden ergriffen, um eine Verbindlichkeit für die Anwendung der ITS-Architektur in Teilen zu erreichen und deren Verbreitung zu sichern. Viele andere Länder ausserhalb und innerhalb Europas besitzen ebenfalls seit Jahren eigene nationale ITS-Architekturen. Auf europäischer Ebene gibt es bereits seit den frühen 1990er Jahren Forschungsprojekte zu einer europaweit harmonisierten ITS-Architektur. Mit KAREN wurde im Jahr 2000 die erste Version einer europäischen ITS-Rahmenarchitektur veröffentlicht. In den FRAME-Projekten, bis hin zum aktuellen Projekt E-FRAME, wurde und wird diese ITS-Architektur fortgeschrieben. In der europäischen Verkehrspolitik spielt die Telematik eine wesentliche Rolle. Mit dem Aktionsplan zur Einführung von ITS in Europa (KOM(2008) 886) oder dem Richtlinienvorschlag zur Festlegung eines Rahmens für die Einführung von ITS im Straßenverkehr (KOM(2008) 887) sind gezielte Maßnahmen, auch im Hinblick auf eine europäische ITS-Architektur, in Vorbereitung. Deutschland nimmt im Angesicht dieser Entwicklungen eine Sonderrolle ein, weil hier noch kein Orientierungsrahmen zum Aufbau einer nationalen ITS-Architektur geschaffen wurde. Dass solch ein Orientierungsrahmen anzustreben ist, wird von allen beteiligten Interessengruppen aus dem Bereich ITS gleichermaßen vertreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde ein Workshop durchgeführt, der dies deutlich bestätigte. Das wesentliche Ziel dieses Forschungsprojekts bestand darin, aus den Entwicklungsprozessen und Erfahrungen in anderen Ländern und den bisherigen Erfahrungen im Inland Empfehlungen für den Aufbau einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland abzuleiten. Dazu wurden zunächst im Rahmen einer Strukturierung Begriffsbestimmungen vorgenommen und ein Beschreibungs- und Bewertungsschema für die Analyse von ITS-Architekturen entwickelt. Ein Workshop wurde durchgeführt, um einen Eindruck über die Standpunkte der beteiligten Interessengruppen zu gewinnen und festzustellen, wie der Prozess für die Entwicklung einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland begonnen werden könnte. Im Anschluss an diese Arbeiten wurden zum einen eine Auswahl von Beispielen für ITS-Architekturen in Deutschland und zum anderen nationale ITS-Architekturen weltweit analysiert. Aus den Analysen wurden Handlungsempfehlungen für die Entwicklung einer ITS-Architektur für Deutschland abgeleitet. Diese Empfehlungen beziehen sich zum einen auf den gesamten Prozess zur Erstellung und Fortschreibung einer nationalen ITS-Architektur und zum anderen auf die Inhalte der zu erarbeiteten Dokumente wie des nationalen ITS-Leitbilds und des nationalen ITS-Rahmenplans, der Rahmenarchitektur und der Referenzarchitekturen. Als Ergebnis dieses Forschungsprojekts wurden 40 Empfehlungen für den Aufbau einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland formuliert.