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Intelligente Bauwerke: Verfahren zur Auswertung, Verifizierung und Aufbereitung von Messdaten
(2021)
Das Forschungsvorhaben FE 15.0636/2016/GRB schließt an das Forschungsvorhaben FE 15.0548/ 2011/GRB an und hatte die Weiterentwicklung und Erprobung der im Rahmen dieses Projektes erarbeiteten modellbasierten und statistischen Analyseverfahren, bei denen auch moderne Methoden aus der künstlichen Intelligenzforschung eingesetzt werden, zum Ziel. Der Fokus lag dabei vor allem auf Verfahren zur Sensordatenplausibilisierung und Er-kennung von Anomalien sowie auf Verfahren zur Extraktion relevanter Informationen aus umfangreichem Datenmaterial. Für die Sensordatenplausibilisierung wurde ein besonders robustes Filterverfahren eingesetzt, das tolerant gegenüber Ausreißern in den Messwerten ist. Für dieses Verfahren wurde gezeigt, dass die benötigten Modellparameter bei einfachen Signalverläufen einzelner physikalischer Größen anhand von repräsentativen Beispieldatensätzen gelernt werden können. Für komplexere Signale mehrerer zusammenhängender physikalischer Größen wurde gezeigt, wie eine Lösung durch explizite Modellierung erreicht werden kann. Außerdem wurde ein Verfahren zur Untersuchung von Zusammenhängen in Sensormessdaten entwickelt. Die Evaluation der Verfahren geschah anhand von Daten, die an dem Brückenbauwerk BW 402e, welches zu Forschungszwecken mit teils redundanten Sensornetzen ausgestattet wurde, erhoben wurden. Schließlich wurden Softwarearchitekturen erarbeitet, die die Realisierung von Brückenmonitoringsystemen im großen Maßstab ermöglichen sollen.
Eine wesentliche Gebrauchseigenschaft von Fahrbahndecken ist die Sicherstellung eines kurzen Bremswegs durch seine Griffigkeitseigenschaften. Aufgrund der Beanspruchung aus dem Verkehr nimmt die Griffigkeit im Laufe der Lebensdauer ab. Zur frühzeitigen Abschätzung des Griffigkeitsverhaltens einer Fahrbahnoberfläche wurde für Asphaltdeckschichten die Prüfanlage Wehner/Schulze (PWS) entwickelt und erprobt. Bisherige Untersuchungen ergaben Schwierigkeiten bei der Übertragbarkeit des Verfahrens auf Waschbetonoberflächen als derzeitige Regelbauweise im Betonstraßenbau.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollte daher in einem ersten Schritt die Prüfanlage Wehner/Schulze selbst sowie der zugehörige Prüfablauf derart angepasst werden, dass das Prüfverfahren auch für Waschbetonoberflächen anwendbar ist. Hierzu galt es, sowohl die Einheit zur polierenden Beanspruchung der Proben, als auch die Einheit zur Bestimmung des Reibbeiwerts als Maß für die Griffigkeit der Oberfläche zu optimieren. Zur Anpassung der Polierbeanspruchung wurden Untersuchungen mit unterschiedlichen Polierrollenhärten und Poliermittelkonzentrationen sowie unter Verwendung alternativer Poliermittel durchgeführt. Die Messeinheit wurde durch den Einsatz unterschiedlicher Messgummihärten und Messgummiflächen angepasst.
Anschließend wurde mit der für Waschbetonoberflächen modifizierten PWS eine Parameterstudie zum Einfluss von betontechnologischen und ausführungstechnischen Kenngrößen auf das Griffigkeitsverhalten von Waschbetonen durchgeführt. Es wurde der Einfluss der Sieblinie, des Polierwerts, der Bruchflächigkeit, der Kornform sowie des Größtkorns der im Beton eingesetzten groben Gesteinskörnung sowie der Einfluss der Texturtiefe der Oberflächentexturierung analysiert. Weiterhin wurde die Möglichkeit des Einsatzes der modifizierten PWS zur Prüfung der Griffigkeitsentwicklung alternativer Betonoberflächen (Grindingoberflächen sowie offenporiger Betonoberflächen) getestet.
Um eine Abschätzung über eine mögliche Korrelation zwischen der angepassten Prüfanlage Wehner/Schulze und einer Praxisbeanspruchung auf Bundesautobahnen (BAB) zu eruieren, wurden Bohrkerne aus mehreren BAB sowohl aus dem Standstreifen, als möglichst unbelastete Probe als auch aus der Rollspur des ersten Fahrstreifens entnommen und geprüft.
Bei der Optimierung der Prüfanlage Wehner/Schulze konnte mit leicht realisierbaren Anpassungen vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. So erwiesen sich die Verwendung eines alternativen Poliermittels bei gleichzeitig höherer Härte der Polierrollen sowie der Einsatz einer doppelten Messgummifläche als zielführend. Die hiermit durchgeführte Parameterstudie ergab einen dominanten Einfluss der Texturtiefe auf den Reibbeiwert der PWS. Bezüglich einer möglichen Korrelation zwischen der Praxisbeanspruchung und der im Labor mit der modifizierten PWS nachgestellten Beanspruchung konnten erste Tendenzen erkannt werden.
Bei der Erstellung der RStO 2012 erfolgte keine Überprüfung bzw. Anpassung der ursprünglichen Fahrstreifenfaktoren f1. Die Vielzahl von Randbedingungen (z. B. Geschwindigkeitsbeschränkungen, Überholverbote und auch Verkehrssteuerungsmöglichkeiten erfordern die Überprüfung der ursprünglich angenommenen Aufteilung des Schwerverkehrs auf die Fahrstreifen. Um auch für den Fahrstreifenfaktor f1 zukünftig aktuelle und belastbare Eingangsparameter bei der Berechnung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B zugrunde legen zu können, wurde im Rahmen des gegenständlichen Forschungsprojektes ein Verfahren entwickelt, mit dem die Aufteilung des Schwerverkehrs bei mehrstreifigen Richtungsfahrbahnen ermittelt werden kann.
Die Ableitung der Fahrstreifenfaktoren erfolgte auf der Basis der Daten der automatischen Dauerzählstellen auf den mehrstreifigen Bundesfernstraßen. Hierzu wurden in einem ersten Schritt die Randbedingungen der Zählstellen aufgenommen und ein entsprechendes Zählstellenkollektiv ausgewählt.
Im Rahmen einer deskriptiven Statistik wurde zunächst der Einfluss der einzelnen Parameter untersucht. Hierbei zeigte sich, dass neben der Anzahl der Fahrstreifen nur wenige Randbedingungen einen nennenswerten Einfluss auf den Fahrstreifenfaktor haben. Größere Unterschiede konnten nur bei verschiedenen Steigungen auf 3-streifigen Abschnitten festgestellt werden. Die empfohlenen aktualisierten Faktoren wurden abschließend tabellarisch zusammengestellt. Es zeigt sich, dass im Vergleich zu den in der RStO 12 enthaltenen Faktoren insgesamt deutlich höhere Werte erreicht werden.
Für Abschnitte mit temporärer Seitenstreifenfreigabe wurde ein modelltheoretischer Ansatz entwickelt, mit dessen Hilfe in Abhängigkeit von der Tagesganglinie und den Schaltzuständen der TSF die jeweiligen Fahrstreifenfaktoren ermittelt werden können.
Insgesamt stehen somit für die standardisierte und rechnerische Dimensionierung und Bewertung der strukturellen Substanz wieder realistische Verkehrsverteilungen für mehrstreifige Bundesfernstraßen zur Verfügung.
Im Rahmen des Projektes wurde ein online-basierter Selbstbericht-Fragebogen (Selbsttest) für Autofahrer ab 65 Jahren entwickelt, der die Zielgruppe für alters- und krankheitsbedingte Leistungseinbußen und Verhaltensweisen sensibilisieren soll. Das Ziel dieses Instruments besteht einerseits darin, den älteren Autofahrer für bereits erkannte Probleme und Schwierigkeiten im Fahralltag anhand ihrer individuellen Leistungsberichte konkrete Ratschläge zu geben, mit denen sie ihre Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen können. Andererseits soll durch die Bearbeitung des Fragebogens und das Feedback die Selbstreflektion bezüglich der eigenen Fahrkompetenz erhöht und eine Sensibilisierung für das Thema Mobilität im Alter erreicht werden. Die Fragebogenkonstruktion erfolgte anhand der Erkenntnisse einer umfassenden Literaturrecherche zum Thema Fahrkompetenz im Alter sowie zu bereits bestehenden Selbsttest-Verfahren. Der Fragebogen thematisiert neben möglichen Defiziten in den Bereichen Visus, Kognition und Motorik auch die Handlungskompetenzerwartung und bereits angewandte Kompensationsmaßnahmen für bemerkte Einbußen. Die Nutzung des Fragebogens als quantitativ-diagnostisches Instrument zur Messung spezifischer Kompetenzen war in diesem Projekt nicht beabsichtigt und wird auch nicht empfohlen.
Der Fragebogen wurde in zwei empirischen Studien angewandt. Zunächst wurde eine Repräsentativbefragung mit insgesamt 608 Autofahrern durchgeführt, von denen insgesamt 406 Personen zur Zielgruppe (65 Jahre oder älter) gehörten. Die verbleibenden 202 Personen waren zwischen 35 und 55 Jahren alt und wurden in die Studie aufgenommen, um das Antwortverhalten älterer Autofahrer mit dem Jüngerer zu vergleichen. In der Repräsentativbefragung zeigte sich eine Tendenz zu durchgehend niedrigen Zustimmungsraten zu den Items des Fragebogens, die sich auf mögliche Defizite der Leistungsfähigkeit beziehen. Die meisten Befragten berichteten also nur selten und sehr vereinzelt Defizite. Dieses Antwortmuster war über alle Altersgruppen hinweg gleich. Es konnten ferner keine bedeutenderen Unterschiede zwischen den Altersgruppen identifiziert werden. Da sich dieselben Antwortmuster auch in der nachfolgenden Studie 2 replizieren ließen, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei den gefundenen Antwortmustern und auch dem ausgebliebenen Altersunterschied nicht um eine Stichprobenverzerrung handelt. Beides lässt sich vielmehr damit erklären, dass einerseits viele Aspekte der Fahrkompetenz naturgemäß nur schwer der Selbsteinschätzung durch die Fahrer zugänglich sind und andererseits beobachtbare und somit berichtbare Problemen im Fahralltag nur dann auftreten können, wenn ein Defizit vorliegt und dieses Defizit nicht durch entsprechende Kompensation ausgeglichen wird.
Das Ziel der zweiten Studie lag in einer Validierung der Selbstberichte aus dem Fragebogen anhand eines klinischen Assessments sowie einer einstündigen Fahrverhaltensbeobachtung, bei der die Fahrkompetenz von 40 teilnehmenden älteren Probanden per Schulnote und Zahl der Fehler durch zwei geschulte Fahrlehrer bewertet wurde. Es wurden die Zusammenhänge zwischen dem Selbsttest und den beiden Außenkriterien sowie der Zusammenhang des klinischen Assessments mit der Fahrverhaltensbeobachtung untersucht. Es zeigten sich nur sehr geringe und zum größten Teil nicht signifikante Zusammenhänge zwischen allen drei Erhebungen. Anhand der klinischen Ergebnisse und der Fahrverhaltensbeobachtung konnte geschlossen werden, dass die Stichprobe zwar insgesamt als durchschnittlich bis leicht überdurchschnittlich leistungsfähig klassifizierbar war und keine größere Zahl an extrem unfitten Fahrern beinhaltete, die Ergebnisse aber wiederum nicht allein auf eine zu varianzarme Stichprobe zurückgeführt werden können. Mögliche Gründe für die ausbleibenden Zusammenhänge werden u. a. in Form des grundlegenden Problems diskutiert, dass je nach Erhebungsform (Selbstbericht vs. Labormessung vs. Fremdbeobachtung in der Fahrverhaltensbeobachtung) unterschiedliche Defizite unterschiedlich auffällig und messbar sind. Eine wichtige Erkenntnis aus der zweiten Studie betrifft das Ergebnis, dass weder objektive Labormessungen der Leistungsfähigkeit noch die Selbsteinschätzung von Fahrern eine geeignete Prognose des realen Fahrverhaltens erlauben. Insbesondere der ausbleibende Zusammenhang von Selbsttest und Fahrverhaltensbeobachtung kann als deutliches Indiz gewertet werden, dass sich die Befragten oft nicht korrekt selbst einschätzen. Für eine Kompensation altersbedingter Einbußen ist allerdings eine realistische Selbsteinschätzung zwingend erforderlich. Dies untermauert die Relevanz des eigentlichen Hauptzieles des Fragebogens, der vor allem der Aufklärung und Sensibilisierung der Befragten dienen soll. Ein weiteres wichtiges Ergebnis fand sich indes in dem Umstand, dass in der Fahrverhaltensbeobachtung weniger als 50 % aller notwendigen Schulterblicke durchgeführt wurden und sich nur ein kleiner Teil dieser Auslassungen durch eine klinisch gemessene Einschränkung der Kopf- und Schulterbeweglichkeit erklären ließ. Aus qualitativen Randbemerkungen der Probanden gegenüber den Fahrlehrern ließ sich der Schluss ziehen, dass der Hauptgrund für die unterlassenen Schulterblicke oft vielmehr in mangelnder Motivation oder Einsicht in die Notwendigkeit des Schulterblicks begründet war.
VERKEHRSKLIMA 2020
(2021)
Das Verkehrsklima eines Landes ist geprägt durch die Wahrnehmung und Bewertung der Interaktionen zwischen Verkehrsteilnehmern. Ziel dieser Studie ist es, das Verkehrsklima in Deutschland zu erfassen und aus den gewonnenen Ergebnissen Empfehlungen für eine zukünftige Anwendung der Verkehrsklima-Skala abzuleiten. Da für die Erfassung des Verkehrsklimas keine geeigneten objektiven Kriterien vorliegen, wird bei der Diagnose des Verkehrsklimas auf den subjektiven Angaben der Verkehrsteilnehmer zurückgegriffen. Im Rahmen eines Monitorings des Verkehrsklimas der Bundesanstalt für Straßenwesen liegen die Ergebnisse der ersten Messung (Basis-Messung) vor. Grundlegend für diese Studie war eine bevölkerungsrepräsentative Befragung (N = 2.446) der ab 16-Jährigen im Rahmen standardisierter Online- und Telefon-Interviews. Neben den Fragen zum Verkehrsklima wurden auch Fragen zu spezifischen aggressiven Verhaltensweisen und zur persönlichen Bedeutung des Autos gestellt.
Nach den Ergebnissen dieser Studie wird für ganz Deutschland das Verkehrsklima weder besonders positiv noch besonders negativ beurteilt. Unterschiede ergeben sich zwischen verschiedenen Verkehrsteilnehmergruppen und zwischen bestimmten Bundesländern und Regionen. Unterschiede ergeben sich auch, wenn eine getrennte Auswertung des Verkehrsklimas aus der Perspektive von Autofahrern und -fahrerinnen und Radfahrern und -fahrerinnen vorgenommen wird. Das Verhalten von Radfahrenden wird negativer beurteilt als das der Autofahrenden.
Einen statistisch bedeutsamen Einfluss auf das Verkehrsklima hat die Wahrnehmung von aggressivem Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer. Je stärker diese Wahrnehmung ausgeprägt ist, umso negativer wird das Verkehrsklima bewertet.
Mit der vorliegenden Studie liegt ein zuverlässiges, praktikables Instrument zu Erfassung des Verkehrsklimas vor, das auch für den Einsatz in zukünftigen Erhebungen geeignet ist. Es wird empfohlen, dieses Instrument auch in Studien zu berücksichtigen, deren Fokus auf Aspekte der Verkehrskultur und Verkehrssicherheitskultur ausgerichtet ist.
Insgesamt 13,2 % aller im Straßenverkehr verunglückten Seniorinnen und Senioren ab 65 Jahre sind als Fußgänger verunglückt (verletzt oder getötet). Werden ausschließlich die im Straßenverkehr Getöteten dieser Altersgruppe betrachtet, beträgt der Anteil der getöteten Fußgänger 24,7 %. Im Vergleich dazu lag der entsprechende Anteil getöteter Pkw-Insassen bei knapp 46 %. Durch die mit der demographischen Entwicklung einhergehende erhöhte Verkehrsteilnahme Älterer ist auch eine Zunahme der Anzahl von unfallbeteiligten Zufußgehenden zu erwarten. Darin begründet sich die Notwendigkeit, die sichere Mobilität als Fußgänger älterer Verkehrsteilnehmer und -teilnehmerinnen zu gewährleisten.
Diese Studie schließt an das BASt-Projekt „Seniorinnen und Senioren im Straßenverkehr – Bedarfsanalysen im Kontext von Lebenslagen, Lebensstilen und verkehrssicherheitsrelevanten Erwartungen” (SENIORLIFE-Studie; HOLTE, 2018) an, das im Wesentlichen auf Autofahrer und fahrerinnen ausgerichtet war. Ein zentrales Ziel dieser Vorgängerstudie war die Erstellung einer differenzierten Charakterisierung unterschiedlicher Lebensstilgruppen, die bei der Entwicklung und Umsetzung von Verkehrssicherheitsmaßnahmen für Seniorinnen und Senioren herangezogen werden kann. Die in der vorliegenden SENIORWALK-Studie neue Ausrichtung auf Fußgänger fußt zwar auf den theoretischen und konzeptionellen Grundlagen dieser SENIORLIFE-Studie, bedeutet jedoch eine neue Operationalisierung der theoretischen Konzepte, um ein auf Fußgänger maßgeschneidertes Erhebungsinstrument zu entwickeln.
Erfasst werden persönliche verkehrssicherheits- und mobilitätsrelevante Bedürfnisse, Erwartungen sowie wahrgenommene Barrieren und Gefährdungen von Fußgängern und Fußgängerinnen. Die Studie hat zum Ziel, mit den gewonnenen Erkenntnissen und theoriegeleitet konkrete Empfehlungen zur Umsetzung von Maßnahmen sowohl für die Gesamtgruppe der älteren Zufußgehenden als auch für unterschiedliche Lebensstilgruppen abzuleiten.
Grundlegend für diese Studie ist eine bevölkerungsrepräsentative Befragung (N=2.099) der ab 55-Jährigen. Durch diese Festlegung können Vergleiche zwischen jüngeren und älteren Seniorinnen und Senioren durchgeführt werden. Neben der Darstellung umfangreicher deskriptiver Ergebnisse erfolgt eine Beschreibung von sechs identifizierten Lebensstilgruppen von Seniorinnen und Senioren im Hinblick auf ihre Gefährdung als im Straßenverkehr Zufußgehende sowie ihre Erwartungen und Probleme, die im Zusammenhang mit dieser Art der Verkehrsteilnahme berichtet werden. Die Lebensstilgruppen unterscheiden sich zwar signifikant in der Ausprägung verkehrssicherheits-relevanter Erwartungen und Verhaltensweisen, nicht jedoch in der Unfallbeteiligung als Zufußgehende.
Die Gültigkeit zweier theoretischer Modelle zur Erklärung (1) der Exposition des Zufußgehens und Unfallrisikos sowie (2) des Querens einer Straße als älterer Fußgänger bzw. ältere Fußgängerin konnte im Rahmen von Pfadanalysen bestätigt werden. Die Ergebnisse stützen somit die im vorliegenden SENIORWALK-Projekt gewählten theoretischen Grundlagen.
Es werden eine Reihe von Maßnahmen zum Erhalt oder zur Verbesserung der Verkehrssicherheit von älteren Fußgängern und Fußgängerinnen empfohlen, wie zum Beispiel die Unterstützung durch gezielte Sicherheitskommunikation (z. B. Beratung, Aufklärung, Kampagne) sowie Anpassungen der Infrastruktur (z. B. Barrierefreiheit) an die Bedürfnisse dieser Verkehrsteilnehmergruppe. Aber auch eine verbesserte Fahrzeugkonstruktion und -technologie kann dazu beitragen, Fußgängerunfälle zu vermeiden oder – im Falle einer Kollision – deren Folgen abzuschwächen.
Für die Dimensionierung der erforderlichen Streustofflagerkapazitäten für den Winterdienst liegen bereits differenzierte Vorgaben und Empfehlungen vor. Es fehlt jedoch eine systematische Bewertung der unterschiedlichen Konzepte zur Lagerung (Hallen- und/oder Silolagerung), insbesondere unter betrieblichen und wirtschaftlichen Aspekten, die den gesamten Lebenszyklus der Anlagen berücksichtigen. Im Rahmen des FE-Projekts wurden daher auf Grundlage einer umfassenden betrieblich-organisatorischen und baufachliche Analyse, von Erhebungen zur Salzbeladung sowie einer Lebenszykluskosten-Berechnung unterschiedliche Konzepte bewertet und für diese in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen Musterlösungen entwickelt.
Die Ergebnisse sind im Entwurf der Hinweise für die Lagerung und Beladung von Streustoffen für den Winterdienst (H LaStreu) dokumentiert. Teil der H LaStreu sind Musterlösungen für 8 standardisierte Lagerungsvarianten und 4 Konstruktionsvarianten. Weiterhin wurden den H LaStreu Musterbauwerksbücher angehängt, die Angaben zur laufenden Überwachung enthalten.
Die Streustofflagerung auf einem Meistereigehöft sollte in Streustoffhallen erfolgen, auf Stützpunkten sind bei Lagerkapazitäten bis ca. 500 t Siloanlagen zu empfehlen. In der Regel sollte an mindestens 2 Standplätzen Streustoff und Sole parallel geladen werden können. Bei Hallenlagerung ist aus betrieblichen und ergonomischen Gründen eine witterungsgeschützte Anordnung der Ladeplätze sinnvoll. Ebenso ist ein Höhenversatz zwischen Standfläche des Winterdienst-Lkw und Rangierbereich des Radladers von ca. 1,50 m zweckmäßig. Die Salzlöseanlage sollte in der Streustoffhalle stehen, wenn sie mit Radlader befüllt wird. Alternativ zu einem Hallentor kann auch eine an der Frontseite offene oder teilgeöffnete Halle mit Vordach und/oder ausreichenden Betriebsflächen vor der Lagerfläche vorgesehen werden.