620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Zur Sicherung der Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland soll im Bereich der kollektiven Verkehrsbeeinflussung in Zukunft das Werkzeug des prozessorientierten Qualitätsmanagements genutzt werden. Diese Forschungsarbeit hatte die Erarbeitung eines vollständigen Prozess- und Qualitätsmodells und praxistauglicher Handlungsempfehlungen für die verschiedenen Lebenszyklusphasen von Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) zum Ziel. Zu diesem Zweck wurden diverse Grundlagen zur Gestaltung eines auf SBA bezogenen Qualitätsmanagementsystems herangezogen. Das erarbeitete Prozessmodell umfasst 34 bewertungsrelevante Prozesse in den Lebenszyklusphasen Planung, Bau und Betrieb, einschließlich des unterstützenden Prozesses Wartung und Instandsetzung. Zur Identifikation von Lücken in der Qualitätssicherung der Prozesse wurde eine Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) durchgeführt. Anhand von Expertenwissen wurden Fehler und Fehlerursachen analysiert und die kritischsten Qualitätsprobleme zusammengestellt. Anhand der Ergebnisse des Prozessmodells wurde zur quantitativen Beschreibung der Auswirkungen möglicher Fehler ein Qualitätsmodell entwickelt. Auf Grundlage eines Bayes'schen Netzes wurden die Auswirkungen von Fehlern auf nachfolgende Prozesse im gesamten SBA-Lebenszyklus systematisch abgebildet. Das probabilistische Qualitätsmodell kann dabei außerdem als Diagnose-Werkzeug zur Untersuchung der Fehlerursachen von beobachteten Störungen einer SBA genutzt werden. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden anhand der Ergebnisse des Prozessmodells praxisorientierte, ressourcenschonende Handlungsempfehlungen abgeleitet und in einem Dokument für Planer und Betreiber von Streckenbeeinflussungsanlagen zusammengestellt. Zudem wurde eine Methode zur Abschätzung des Nutzens der Maßnahmen beschrieben, um die erforderlichen Investitionen zur Qualitätssicherung zu begründen. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich im Zusammenhang mit der Adaption des Qualitätsmodells auf eine konkrete SBA insbesondere mit der Optimierung des Modells in Form von Anpassungen der Modelltopologie beschäftigen. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob die in dieser Forschungsarbeit erarbeiteten Ergebnisse auf andere Typen von Verkehrsbeeinflussungsanlagen übertragbar sind.
Das Forschungsprojekt soll zeigen, welches Optimierungspotenzial hinsichtlich des Verkehrsablaufs durch den Einsatz von SBAs abgerufen werden kann, wenn die bislang durchgeführte Steuerung des Verkehrsablaufs in eine Regelung überführt wird.
Einleitend wurde der Stand der Technik bzgl. der Themenbereiche Verkehrsablauf, -detektion, -modelle, -beeinflussung und Regelungstechnik ermittelt. Nachfolgend wurden Untersuchungen hinsichtlich des Optimums des Verkehrsablaufs insbesondere bei hoher Streckenauslastung durchgeführt, um daraus geeignete Regel- und Führungsgrößen für die Regelung des Verkehrsablaufs abzuleiten. Dabei wurde abweichend von der aktuellen Praxis von einer zeitlich-räumlich lückenlosen Kenntnis des Verkehrsgeschehens bei der Wahl der Regel- und Führungsgrößen ausgegangen.
Aufbauend auf diesen verkehrstechnischen Erkenntnissen wurde ein Gesamtregelkreis aufgestellt und durch die Umsetzung zweier Maßnahmen (Pulkauflösung, Stauvermeidung) beispielhaft erprobt. Der Regleraufbau mit den zugrundeliegenden Regel- und Stellgrößen hinsichtlich der Auswirkungen auf die Detektion der Regelgrößen und das Maßnahmenspektrum zur Umsetzung der Regelung wurden ausführlich diskutiert. Auch hier wurde zunächst bewusst von Idealszenarien ausgegangen, ungeachtet der aktuell praktisch umsetzbaren Möglichkeiten. Die daraus abgeleiteten Anforderungen wurden in Handlungsempfehlungen strukturiert, zeitlich geordnet und auf praktische Umsetzbarkeit überprüft. Abschließend wurde eine Roadmap zur schrittweisen Erprobung und Umsetzung des regelungstechnischen Konzepts in die Verkehrsbeeinflussung erarbeitet.
Das Forschungsprojekt hatte die Aufstellung eines Gesamtregelkreises für Streckenbeeinflussungsanlagen sowie die Erarbeitung von Handlungsempfehlungen für die Überführung der Projektergebnisse in die Praxis zum Ziel.
Die Einführung der Regelungstechnik in die Streckenbeeinflussung kann insbesondere im Bereich der präventiven Maßnahmen zur Pulkauflösung und Stauvermeidung im Grenzbereich von Nachfrage und Kapazität einen wertvollen Beitrag leisten. Auch mit der aktuell eingesetzten Detektions- und Anzeigetechnologie kann nach simulativen Ergebnissen ein Nutzen generiert werden.
Zur Steigerung der Verkehrssicherheit und der Verkehrsqualitätstellen Streckenbeeinflussungsanlagen auf Bundesautobahnen ein wirksames Mittel dar. Einige neue Situationserkennungsverfahren und die daraus resultierenden Maßnahmen wurden in die Aktualisierung des Merkblattes für die Ausstattung von Verkehrsrechnerzentralen und Unterzentralen (MARZ) Ausgabe 2018 übernommen. Bis auf wenige Ausnahmen werden dabei allerdings rein verkehrliche oder rein witterungsbedingte Szenarien betrachtet. Zudem sind der witterungsbedingte Einfluss auf den Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit sowie die Wirkung von witterungsbedingten Maßnahmen durch Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) nur wenig erforscht. Ziel dieses Projektes war es die Wirkungen der Witterung auf den Verkehrsablauf und die Wirksamkeit von Verkehrsbeeinflussungsmaßnahmen bei widrigen Witterungsbedingungen zu untersuchen. Die Witterung hat einen bedeutenden Einfluss auf das Fahrverhalten der Verkehrsteilnehmer und damit auch auf den Verkehrsablauf. Da widrige Witterungsbedingungen in der Regel zeitlich beschränkt und vergleichsweise selten auftreten, gab es bislang wenig verfügbare statistisch abgesicherte Erkenntnisse zur Wirkung von Witterungsereignissen auf den Verkehrsablauf sowie zur Wirksamkeit von Streckenbeeinflussungsanlagen bei widrigen Witterungsbedingungen. Daher wurden für 22 Messquerschnitte (MQ) in Streckenbeeinflussungsanlagen und 11 unbeeinflusste MQ, verteilt auf fünf Bundesländer, für den Zeitraum von zwei Jahren (01.07.2019 bis 30.06.2021) Verkehrsdaten gesammelt und um Umfelddaten sowie Schaltdaten ergänzt. Zur Analyse wurden aus der Kombination der Messquerschnitte sowie der Umfelddatensensorik insgesamt 38 sog. Standorte gebildet (s. Anhang 8), für welche Verkehrs-, Umfeld- und ggf. Schaltdaten zugeordnet wurden. Zu den Standorten wurden Merkmale wie Streifigkeit, verkehrliche Funktion des Streckenabschnitts oder Fahrbahnoberflächenmaterial als sog. Metadaten zugeordnet und in einer Datenbank abgelegt. Aufbauend auf den Auswertungen der Thesen wurden beispielhaft für die Streckenbeeinflussungsmaßnahme „Harmonisierung des Verkehrsablaufs“ untersucht, wie die Erkenntnisse zur Optimierung dieser Maßnahme beitragen können. Dazu wurde ein Konzept entwickelt, welches in bestehende Streckenbeeinflussungsanlagen nach MARZ integriert werden kann. Das Konzept sieht vor, in Zeiten von Nässeereignissen oder geringer Sichtweite die Schwellenwerte für die Ein- und Ausschaltbedingungen für die „Harmonisierung des Verkehrsablaufs“anzupassen. Um den Pflegeaufwand der Parameter nicht durch zusätzliche Parametersätze deutlich zu erhöhen, bietet es sich an, Abschlagsfaktoren auf die bereits vorhandenen Parametersätze für ideale Witterungsbedingungen einzusetzen. Die aus den Ergebnissen der Thesenauswertung identifizierten Abschlagsfaktoren für Nässeereignisse oder Ereignisse mit geringer Sichtweite decken sich mit den aus der Literatur bekannten Größenordnungen. Die Untersuchung konzentrierte sich auf den Aufbau einer Auswertemethodik zur Analyse der witterungsbedingten Einflüsse auf den Verkehrsablauf sowie zur Untersuchung der Wirksamkeit von SBA-Maßnahmen bei widriger Witterung. Die vorliegende Datenbasis sowie das Auswertekonzept können aber zu weiterführenden Analysen und Forschungsarbeiten verwendet werden. Auch seltene Witterungsereignisse wie Schneefall oder vereiste Fahrbahnen können aufgrund der für zwei Jahre vorliegenden Daten untersucht werden, wenngleich es sinnvoll erscheint, die Datenbasis um weitere Winterperioden zu ergänzen. In einem nächsten Schritt erscheint es zielführend, die Erkenntnisse einerseits in die vorhandenen Wissensdokumente zur Umfelddatenerfassung im Kontext mit Streckenbeeinflussungsanlagen einfließen zu lassen. Andererseits sollte in der Praxis validiert werden, ob sich die Erkenntnisse sowie Optimierungsvorschläge so bestätigen und somit einen wesentlichen Baustein künftiger witterungsbedingter Schaltungen von SBA sein können. Die vorliegende Untersuchung leistet einen wichtigen Beitrag hinsichtlich der Analyse der Witterungseinflüsse auf den Verkehrsablauf. Zahlreiche vermutete und erwartete Zusammenhänge konnten mit dieser Studie statistisch abgesichert werden und stehen der Praxis zur Optimierung der Verkehrsbeeinflussung zur Verfügung. Die erarbeiteten Daten und Auswertebasis schafft die Grundlage für weitere Untersuchungen des Witterungseinflusses auf den Verkehrsablauf.