620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Zur Steuerung ihrer Forschungsaktivitäten hat die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) die "Mittelfristige Forschungsplanung" festgeschrieben. Ab 2011 ist diese - orientiert an 19 Forschungslinien und 5 Querschnittthemen - Grundlage für die Forschungsthemen und -vorhaben der BASt für einen Zeitraum von fünf Jahren. Die Mittelfristige Forschungsplanung für die Jahre 2011 bis 2015 wurde von der BASt in Abstimmung mit ihrem Wissenschaftlichen Beirat erstellt. Die Themengebiete berücksichtigen die großen globalen und gesellschaftlichen Herausforderungen und deren mögliche Auswirkungen auf das Straßenwesen.
Aktuelle Erkenntnisse zur Feinstaub- und NOx-Problematik - Auswirkungen auf die Planungspraxis
(2011)
Durch die Limitierung verschiedener Luftschadstoffe zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Vegetation rückte in den letzten Jahren die Luftqualität an Straßen vielerorts in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. Da Luftverunreinigungen kein nationales Problem darstellen und nicht an Landesgrenzen halt machen, wurden von der EU Luftqualitätsrichtlinien erlassen. Diese enthalten Grenz- und Zielwerte für verschiedene Luftschadstoffe. Nachdem in den vergangenen Jahren insbesondere die Einhaltung der Grenzwerte für Feinstaubpartikel PM10 Probleme bereitete und als verkehrspolitisch weitreichende Maßnahme Umweltzonen eingeführt wurden, werden zukünftig die Stickoxide in Ballungsräumen und in Straßennähe das größere Problem darstellen. Die Umsetzung der neuen Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG in nationales Recht erfolgte im Jahr 2010 durch die Einführung der 39. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV), die die 22. BImSchV sowie die 33. BImSchV ablöst. Die geltenden Grenz-, Alarm- und Zielwerte, insbesondere PM10-Tages- und NO2-Jahresgrenzwert wurden bei der Überarbeitung bestätigt. Gegenüber den weiteren Regelungen haben sich Neurungen ergeben. Darüber hinaus wurde ebenfalls im Jahr 2010 das neue "Handbuch für Emissionsfaktoren" HBEFa 3.1 veröffentlicht. Dieses dient neben anderen auch dem "Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen" (MLuS) als Datengrundlage für die Emissionsberechnungen. Eine Überarbeitung des MLuS ist daher notwendig geworden und wird derzeit in einem Projekt der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführt. Neben den neuen Emissionsfaktoren werden noch weitere Aktualisierungen vorgenommen.
Das Bundesfernstraßennetz besitzt aufgrund der zentralen Lage Deutschlands eine sehr hohe Bedeutung für die gesamte Verkehrsabwicklung in Europa. Mehr als die Hälfte der Jahresfahrleistung der Kraftfahrzeuge wird in Deutschland über das Bundesfernstraßennetz abgewickelt, fast ein Drittel allein über das Bundesautobahnnetz. Um die Leistungsfähigkeit der Straßeninfrastruktur unter Einsatz der vorhandenen Finanzmittel langfristig sicherstellen zu können, bedarf es geeigneter Instrumente, die den aktuellen Straßenzustand realistisch abbilden und dessen Entwicklung verlässlich prognostizieren. Der Straßenzustand muss unter Berücksichtigung vorherrschender Randbedingungen sowie zur Verfügung stehender Handlungsoptionen mit ihren Auswirkungen auf Nutzen und Kosten bewertet werden können. Eine wichtige Grundlage dafür sind die „Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen“, Ausgabe 2001 (RPE-Stra 01). Die elementare Voraussetzung aller Prognose-, Analyse- und Bewertungsverfahren stellt eine umfassende Datenbasis dar, welche die grundlegenden Informationen über die Straßeninfrastruktur präzise und aktuell vorhält. Es gibt in Deutschland bereits seit vielen Jahren Datenbanksysteme und IT-Instrumente, um vielfältige Aufgaben im Bereich der Straßeninfrastruktur zu bearbeiten und zu steuern. Daten der Infrastruktur werden regelmäßig erhoben und in verschiedenen Datenbanksystemen hinterlegt und verwaltet. Für eine Vielzahl infrastrukturpolitischer Fragestellungen müssen diese Daten jedoch unter hohem Arbeits- und Zeitaufwand explizit zusammengestellt und analysiert werden. Hier gilt es, entsprechende Schnittstellen und Tools zu schaffen, um diese Daten ohne diesen großen Aufwand verknüpfen und für ein Erhaltungsmanagement nutzen zu können.
In den letzten Jahren wurden viele neue Regelungen im Bereich der Fahrzeug-Rückhaltesysteme in Deutschland überarbeitet oder komplett neu erstellt. Das Einsatzfreigabeverfahren für Fahrzeug-Rückhaltesysteme in Deutschland wurde überarbeitet und in die Technischen Kriterien für den Einsatz von Fahrzeug-Rückhaltesystemen überführt. Gleichzeitig hat die Anzahl an Schutzeinrichtungen, die am deutschen Markt angeboten werden, weiter deutlich zugenommen. Um verkehrssichere Fahrzeug-Rückhaltesysteme an die Straße zu bekommen, muss man sich bereits bei der Planung detailliert mit Schutzeinrichtungen, deren Übergangskonstruktionen und zugehörigen Anfangs- und Endkonstruktionen beschäftigen. Dies bedeutet auch, ein Streckband mit passenden Fahrzeug-Rückhaltesystemen beispielhaft durchzuplanen, um für die Ausschreibungen u. a. die Grundlagen zur Längenermittlung zu liefern. Um dies zu erleichtern, wurden Datenblätter für alle Fahrzeug-Rückhaltesysteme, die in der Technischen Übersichtsliste enthalten sind, erstellt. Aber auch für Fälle, in denen bislang keine regelwerkskonformen Lösungen zur Verfügung stehen, wurden Lösungen erarbeitet und wie beim Leitfaden zum Baum- und Objektschutz an Landstraßen mit Steckbriefen, die typische Lösungsmöglichkeiten aufzeigen, praxisnah aufbereitet. Im Folgenden werden diese Neuerungen, sich daraus ergebende Herausforderungen für die Anwender und mögliche Lösungswege dargestellt. Es wird aufgezeigt, dass Fahrzeug-Rückhaltesysteme keine Nebensache, sondern ein wichtiger Bestandteil des Gesamtbauwerks Sichere Straße sind.
Mobilität und Verkehr sind notwendige Grundlagen für das Funktionieren moderner Gesellschaften sowie wirtschaftlichen Wachstums und Stabilität. Eine zentrale Voraussetzung ist daher die Gewährleistung der Verfügbarkeit des Verkehrsnetzes. Eine wichtige Aufgabe übernehmen in diesem Zusammenhang Tunnelleitzentralen, die die Überwachung und Steuerung des Verkehrs ermöglichen, um im Ereignisfall Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit der Verkehrsteilnehmer einleiten und koordinieren zu können. Da diese Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten durch IT-Systeme gesteuert werden, wird der Schutz vor Cyber-Angriffen zu einer wachsenden Herausforderung. Das Forschungsprojekt Cyber-Safe verfolgte daher das Ziel, Leitzentralenbetreiber in die Lage zu versetzen, Gefährdungen durch Cyber-Angriffe besser als bisher zu erkennen und systematisch geeignete Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Besonderer Fokus lag bei den Untersuchungen auf Tunnelleitzentralen, da Tunnel neuralgische Punkte im Verkehrsnetz sind und Störungen bzw. der Ausfall weitreichende Folgen haben kann. Die im Beitrag vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekts „Cyber-Safe“ erzielt.
Bei Stützkonstruktionen aus Gabionen fehlt bisher ein realitätsnahes, rechnerisches Nachweisverfahren für den Nachweis des Versagens eines einzelnen Elementes (Bestandteil der sog. „inneren Standsicherheit“). Daher wurden in Anlehnung an die Empfehlungen aus dem Projekt FE 15.0559/2012/ MRB [2] drei Belastungsversuche an einzelnen Gabionen durchgeführt. Die Gabionen mit den Abmessungen von 1 x 1 x 1 [m] wurden unter Zuhilfenahme von Vliesbahnen mit einem enggestuften Fein- bis Mittelsand gefüllt, mit einer Stahlrahmenschalung u-förmig umstellt und schließlich stufenweise mit einer zentrischen Vertikalkraft belastet. Bei den Versuchen wurden die Kräfte in den Drahtkörben, die Erddruckspannungen in der Sandfüllung sowie die äußeren Verformungen der Gabionen und der Stahlrahmenschalung messtechnisch erfasst und ausgewertet. Durch das aktuelle AP-Projekt wurde ein geeignetes Konzept für die Durchführung und die Auswertung derartiger Belastungsversuche an einzelnen Gabionen (Tastversuche) entwickelt. Zusätzlich konnten für das Tragverhalten von Gabionen wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Die beispielhafte Anwendung von bekannten Näherungslösungen für den Nachweis des Versagens eines einzelnen Elementes hat ergeben, dass keine der Näherungen das festgestellte Tragverhalten von Gabionen bzw. die ermittelten Versuchsergebnisse in ihrer Größenordnung abzubilden vermag. Außerdem hat sich gezeigt, dass die für die Näherungslösungen angesetzten statischen Systeme teilweise diskussionswürdig sind. Die in diesem Zusammenhang mitgeteilten Ergebnisse sind allerdings als Zwischenstand zu verstehen, da sie bisher nur auf einer geringen Anzahl von Versuchen basieren und sich ferner gezeigt hat, dass die Sandfüllung inkl. Vliesauskleidung in Teilen zu einem anderen Tragverhalten geführt hat als von einer üblichen Füllung mit Gestein zu erwarten ist. Aus diesem Grund wird empfohlen, die Belastungsversuche an einzelnen Gabionen mit einer Füllung aus Gestein fortzusetzen. Das entwickelte Konzept für die Belastungsversuche kann hierfür grundsätzlich beibehalten werden. Im Detail wurden Empfehlungen für die Auswahl und den Einbau der Materialien sowie die Anpassungen der messtechnischen Ausstattung gegeben. Sofern sich durch die Auswertung dieser Versuche die bekannten Näherungslösungen, insbesondere der durch das Projekt FE 15.0559/2012/MRB favorisierte Vorschlag von WEBER (enthalten in [2]), eindeutig bewerten und ggf. weiterentwickeln lassen, können die geplanten Belastungsversuche an Stützkonstruktionen aus Gabionen (Großversuche) vorbereitet werden.
Die Überarbeitung der RLS-90
(2011)
Die "Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen", die RLS-90, sind 20 Jahre alt geworden. Grund genug, an eine Überarbeitung der Richtlinien zu denken. Die der RLS-90 zugrunde liegenden Annahmen der Geräuschemission sind identisch mit denen der RLS-81 und stammen aus den 1970er Jahren. Sie sind also bereits über 30 Jahre alt. Entsprechend hoch sind die Emissionsannahmen der RLS-90 für Lkw insgesamt und für Pkw bei niedrigen Geschwindigkeiten. Nur für Pkw bei hohen Geschwindigkeiten zeigt sich eine höhere Geräuschemission. Neben der Tabelle 4 der RLS-90 wird ein Verweis auf eine Tabelle mit D(Index StrO)-Werten diskutiert, die nach Fahrzeugart und Geschwindigkeitsbereich differenziert aktuelle Korrekturwerte vorhält. Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist, die Überarbeitung des "Verfahrens zur Messung der Geräuschemission von Straßenoberflächen", GEStrO. Die Geräuschemission einer überarbeiteten RLS-90 soll als längenbezogener Schallleistungspegel formuliert und damit kompatibel zu den modernen Richtlinien Schall 03, Ausgabe 2006 und NMPB 2008 sein. Mit einigen kleinen Änderungen im Ausbreitungsteil könnte eine überarbeitete RLS-90 Ende 2011 fertig gestellt sein.
Fehlende Parkstände für Lkw auf Autobahnrastanlagen, insbesondere in den Nachtstunden, führen aufgrund von Fahrzeugen, die ordnungswidrig auf nicht dafür vorgesehenen Flächen der Rastanlage abgestellt werden, oder aufgrund von weiterfahrenden übermüdeten Fahrzeugführern zu erheblichen Verkehrssicherheitsproblemen. Neben dem langfristigen Ausbau der Rastanlagen sollen telematische Systeme eingesetzt werden, um eine bessere Verteilung der Nachfrage zu erreichen und den Parksuchverkehr zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden telematische Systeme eingesetzt, die den Belegungsgrad detektieren und die Verkehrsteilnehmer über dynamische Anzeigen informieren. Eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche einer Rastanlage kann durch geringe bauliche Veränderungen und dem Einsatz von intelligenten telematischen Systemen erzielt werden. Dazu werden vorhandene Parkstände zunächst so umgestaltet, dass mehrere Lkw kompakt hinter- und nebeneinander parken können. Für den störungsfreien Ablauf dieser Aufstellungsweise der Lkw ohne Fahrgassen wurde ein neues Steuerungsverfahren entwickelt. Mithilfe von dynamischen Anzeigen über den Parkstandsreihen informiert das System die ankommenden Fahrzeugführer über die späteste Abfahrzeit der Fahrzeuge, die in einer Reihe bereits parken. Die ankommenden Fahrzeugführer sollen mithilfe dieser Information in der Reihe parken, in der die eigene geplante Abfahrtszeit angezeigt wird. Damit gewährleistet das System, dass sich die Fahrzeuge gegenseitig bei der Abfahrt nicht behindern.
Die RPS 2009 - und nun?
(2019)
Aufgrund des europäischen Einflusses, aber auch wegen höherer verkehrlicher Anforderungen, hat seit einigen Jahren eine Neuorientierung im Bereich der Fahrzeug-Rückhaltesysteme eingesetzt. Den Anfang dazu machen die neu erstellten, im letzten Jahr veröffentlichten "Richtlinien für passiven Schutz an Straßen durch Fahrzeug-Rückhaltesysteme" (RPS 2009). Damit konnte ein über viele Jahre dauernder Prozess zum Abschluss gebracht werden. Die RPS 2009 sind systemneutral formuliert worden, um dem europäischen Gedanken Rechnung zu tragen. Den Verantwortlichen war stets bewusst, dass dies alleine für die Praxis nicht ausreichen wird. Ergänzt wurden die RPS 2009 deshalb durch die "Einsatzempfehlungen für Fahrzeug-Rückhaltesysteme", die auf der Homepage der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) veröffentlicht sind. Den Anwendern fehlt es aber in erster Linie an konkreten praxisgerechten Vorgaben. Auch hilft die mittlerweile bereits vorhandene Vielfalt an Systemen nicht wirklich weiter. Das ganze System - dazu gehören zum Beispiel Anfangs- und Endkonstruktionen, Verankerungen in unterschiedlichen Bodenarten, Absicherungen auf Brücken, Übergänge zwischen dem System auf der Brücke und auf der Strecke und so weiter - muss zusammenpassen und ineinandergreifen. Und das tut es bislang noch nicht. Außerdem muss der Anwender aber auch wissen, ob seine Schutzeinrichtungen zusammen mit Bordsteinen, Aufsatzgeländern et cetera eingesetzt werden können. Alle diese praxisbezogenen Fragen löst die RPS 2009 nicht konkret. Aus diesen Gedanken heraus hat die BASt ein Einsatzfreigabeverfahren für Fahrzeug-Rückhaltesysteme entwickelt. Darin sollen Systeme aufgeführt und zur Anwendung freigegeben werden, die die wesentlichen Anforderungen erfüllen und einen Modulcharakter aufweisen.
Die noch gültigen "Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen" (RSA) sind aus dem Jahr 1995. Auch wenn sich die RSA 95 bewährt haben und die Akzeptanz hoch ist, ist eine Überarbeitung notwendig geworden. Damit wurde bereits vor einigen Jahren innerhalb der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) begonnen. Neben einer grundlegenden Überarbeitung rückten allerdings zunächst Maßnahmen in den Vordergrund, die einen positiven Beitrag zur Staubekämpfung liefern können, da diese Thematik im besonderen Interesse des Bundesverkehrsministeriums und der Länder liegt. Eine Maßnahme, die hier positiv wirken kann, sind Nachtbaustellen, das heißt, die Baustellentätigkeit, insbesondere bei Arbeitsstellen kürzerer Dauer, soll vermehrt in die Nacht verlegt werden. Für Nachtbaustellen gab es bislang noch keine Regelungen. Hier sollen die neuen RSA einheitliche Regelungen schaffen. Ein weiteres Thema waren Lkw-Unfälle in Arbeitsstellen kürzerer Dauer. Hier kommt es immer wieder vor, dass Lkw aufgrund mangelnder Aufmerksamkeit der Fahrer mit der fahrbaren Absperrtafel kollidieren und dadurch sowohl die in der Arbeitsstelle Tätigen als auch sich selbst gefährden. Abhilfe können hierbei Warnschwellen schaffen, die als Vorwarneinrichtung eingesetzt werden. Außerdem sollte ein bereits seit längerem bekanntes Element endlich Eingang in die RSA finden, die Pfeilbaken. Ziel war es dann, diese Themenbereiche schnell in das Regelwerk zu integrieren, um verbindliche und einheitliche Regelungen zu haben.
Entwicklung eines scannenden Prüfgeräts zur Detektion von Delaminationen in Betonfahrbahndecken
(2019)
Ein bedeutender Teil (ca. 30 %) der Bundesautobahnen ist in Betonbauweise hergestellt. An solchen Fahrbahnen können spezielle Schadensbilder auftreten, die in Zusammenhang mit chemischen Reaktionen (insbesondere Schädigung aufgrund Alkali-Kieselsäure-Reaktion) oder mechanischer und thermischer Beanspruchung stehen (z. B. Hitzeschäden). Zur zerstörungsfreien Zustandserfassung im Hinblick auf substanzielle Schäden von Fahrbahndecken aus Beton steht derzeit noch kein wirtschaftlich sinnvoll einsetzbares Prüfsystem zur Verfügung, das als Entscheidungsgrundlage für Instandsetzungsmaßnahmen dienen könnte. Zwar gibt es Systeme mit denen z. B. die Tragfähigkeit oder der komplette Straßenaufbau (Georadar) repräsentativ und auch mit hohen Scangeschwindigkeiten abgebildet werden kann. Jedoch ist die Abbildung von auf der Oberfläche nicht sichtbaren horizontalen Rissen und Delaminationen im Inneren der Betondecke nur mit großem Aufwand messtechnisch durchführbar. Deshalb wurde im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ein scannendes Messverfahren entwickelt und in einem Prototypensystem implementiert. Das System erlaubt die Durchführung von Messungen auf Basis von elastischen Wellen- und Schwingungsphänomenen, die direkt mit strukturellen Eigenschaften wie z. B. dem Vorhandensein von Rissen korrelierbar sind. Das entwickelte Messsystem nutzt als Grundlage das sog. Impakt-Echo-Verfahren, bei dem durch einen mechanischen Impakt elastische Wellen im Betonkörper ausgelöst, mit geeigneter Sensorik empfangen und mit Methoden der Datenverarbeitung im Hinblick auf Informationen bezüglich Materialkennwerten und Schäden analysiert werden. Im Laufe der Entwicklungsarbeiten wurden messtechnische Komponenten wie Sensorik, Signalquellen und Messelektronik für die speziellen Erfordernisse scannender Messungen an Betonfahrbahndeckenim Bestand konzeptioniert, hergestellt und optimiert. Insbesondere wurde zur Realisierung der scannenden Funktionsweise eine luftschallbasierte Signalaufzeichnung implementiert. Darüber hinaus wurden auf Basis numerischer Simulationen und Realmessungen Methoden zur Datenverarbeitung und korrekten Interpretation der Messdaten erarbeitet. Testmessungen wurden sowohl an ausgebauten Fahrbahnplatten als auch an ausgewählten Fahrbahnen im Bestand durchgeführt. Mit dem System konnten an Fahrbahnen unterschiedlicher Bauart Messergebnisse erzielt werden, die Rückschlüsse auf das Vorhandensein horizontaler Risse ermöglichen. Bei Vorliegen mehrerer Rissebenen ergibt sich durch das Messprinzip die Einschränkung, dass nur die oberste Rissebene detektierbar ist. Die Messergebnisse konnten an ausgewählten Stellen durch Kernbohrungen verifiziert werden. Wo keine direkte Verifikation möglich war, ergab sich eine gute Übereinstimmung mit alternativen Messverfahren (Ultraschall) oder eine plausible Übereinstimmung mit dem allgemeinen Fahrbahnzustand, der z. B. durch Ausbesserungsstellen im umgebenden Bereich der Messlokationen ersichtlich war. Das Prototypensystem erlaubt erstmals eine scannende Erfassung struktureller Schädigung durch horizontale Risse und Delaminationen in Betonfahrbahndecken von einer beweglichen Plattform aus. Obwohl noch Optimierungsmöglichkeiten v. a. hinsichtlich der Scangeschwindigkeit bestehen, ergab sich durch die Bearbeitung des Forschungsvorhabens eine wesentliche Verbesserung bestehender Prüftechnik zur Abbildung kleinskaliger Schäden in Fahrbahndecken aus Beton.
Die Forschung im Straßenentwurf konzentriert sich vorrangig auf die Definition und Weiterentwicklung der entwurfstechnischen Parameter im Detail oder in deren Zusammenspiel. Fahrpsychologische Aspekte sind ein Bestandteil dieser Untersuchungen. Die explizite Betrachtung der menschlichen Fähigkeiten und Grenzen, z. B. der Informationsaufnahme und Wahrnehmung, sowie deren Einfluss auf das Fahrverhalten erfolgt allerdings bisher nicht hinreichend. Solche Aspekte werden heute im Allgemeinen als Human Factors bezeichnet. Die vorliegende Arbeit soll es ermöglichen, wahrnehmungspsychologische Aspekte von Kraftfahrern zu untersuchen und Vorschläge zu erarbeiten, diese in allgemeingültiger Form verstärkt in das Regelwerk zur Gestaltung von Straßenverkehrsanlagen einfließen zu lassen. Dazu erfolgte eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Fachgebieten der Verkehrspsychologie und des Straßenentwurfs. Zunächst wurde eine umfangreiche Analyse der nationalen und internationalen Literatur zu im Straßenentwurf maßgebenden Human Factors durchgeführt. Darauf aufbauend wurden alle Entwurfsmerkmale recherchiert, die für die Berücksichtigung der Human Factors bei der Gestaltung von Landstraßen für die Fahraufgabe von Bedeutung sind. In der anschließenden Schnittstellenanalyse wurde überprüft, inwieweit die aus der Literaturanalyse als maßgebend identifizierten wahrnehmungspsychologischen Human Factors bereits in den aktuellen Regelwerken für den Entwurf von Landstraßen berücksichtigt werden oder zu ergänzen sind. Auf dieser Grundlage wurden Handlungsansätze formuliert, wie die für den Straßenentwurf relevanten Human Factors beim Entwurf und bei der Bewertung von Straßen des Bestandsnetzes berücksichtigt werden sollten. Die Erkenntnisse wurden exemplarisch auf Straßen des Bestandsnetzes angewendet. Im Ergebnis der vorliegenden Arbeit wurden Vorschläge für ein Wissensdokument erarbeitet, die neben den bisherigen Empfehlungen der Planungspraxis als ergänzendes Instrumentarium zur Verfügung gestellt werden können.
Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Überführung des mittels XMI definierten Datenaustauschstandards OKSTRA zur Beschreibung von Daten des Straßenwesens in eine Repräsentation auf Basis der Ontology Web Language (OWL) realisiert. Dadurch stehen nun Methoden und Techniken des Semantic Web auch für OKSTRA-Datensätze zur Verfügung. Insbesondere ist im Sinne des Linked Data Ansatzes die Verknüpfung mit Datensätzen anderer Schemata bzw. Domänen möglich. Dies kann u.a. durch Nutzung der Anfragesprache SPARQL zur integrativen Analyse der Daten der verschiedenen Ontologien erfolgen. Wie im Zuge von Fallstudien gezeigt werden konnte, können auf diese Weise beispielsweise Daten der niederländischen Straßen-Ontologie CB-NL/RWS mit OKSTRA-Daten zusammen abgefragt und analysiert werden. Dadurch lassen sich eine Reihe von grenzüberschreitenden Anwendungsszenarien realisieren, wie z.B. die Planung von Schwerlasttransporten. Andere Anwendungen von Linked Data im Straßenwesen liegen in der intergierten Analyse von 3D-Stadtmodellen im Format CityGML mit OKSTRA-Daten oder der Verknüpfung von Bestands- mit Entwurfsdaten des OKSTRA-Formats. Besonderes Potential ergibt sich durch die Nutzung räumlicher Operatoren, die durch die Anfragesprache GeoSPARQL zur Verfügung gestellt werden. Damit können Verbindungen zwischen Objekten verschiedener Datenmodelle anhand ihres geographischen Kontextes hergstellt werden. Für die Überführung von OKSTRA in okstraOWL standen eine Vielzahl unterschiedlicher Abbildungsoptionen zur Verfügung, deren jeweiligen Vor- und Nachteile im Bericht ausführlich dargelegt wurden. Bestimmte Eigenheiten des OKSTRA-Standards wie beispielsweise die sog. Fachbedeutungslisten erschweren zwar das Mapping, grundsätzlich ist aber eine Semantik-wahrende Überführung möglich. Der durchgängige Einsatz von Beschreibungsformaten (RDF) und Abfragesprachen (SPARQL) sowohl für Schema- als auch für Instanzdaten über alle Fachmodelle hinweg stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber anderen Ansätzen wie bspw. Programmierschnittstellen (APIs, Webservices etc.) dar. In anderen heterogenen Informationsverbünden müssen meist format-, syntax- und strukturspezifische Adapter, Konverter und Schnittstellen für die Ursprungssysteme erstellt werden, die sich nicht einheitlich verarbeiten lassen. Dagegen kann die Bereitstellung vorhandener Information in Form von RDF einheitlich erfolgen und mithilfe von Triplestores bzw. Graphdatenbanken mit universell standardisierten Abfrageschnittstellen (SPARQL) effizient verarbeitet werden, ohne sich mit den jeweiligen Systemdetails kleinteilig auseinander setzen zu müssen. Obgleich Linked Data Funktionalitäten mit der Definition von okstraOWL nun prinzipiell zur Verfügung stehen, hat sich im Zuge des Projekts (insbesondere bei der Arbeit mit realen Datensätzen) jedoch herausgestellt, dass die eigentliche Herausforderung bei der Verknüpfung verschiedener Ontologien in der unterschiedlichen semantischen Struktur und Granularität der verschiedenen Datenmodelle liegt. Auch Methoden des semiautomatischen Matchings anhand textueller Übereinstimmungen können hier nur bedingt unterstützend wirken. Stattdessen ist es erforderlich, dass der Nutzer der Abfragemechanismen Detailkenntnisse zur Semantik und Struktur der beteiligten Ontologien besitzt und anhand dessen und unter Berücksichtigung des zu erzielenden Abfrageergebnisses implizite bzw. manuelle Verknüpfungen herstellt. Die durchgehende, ggf. europaweite Nutzung von Straßeninformationsbanken erfordert daher trotz der Verfügbarkeit der Semantic Web und Linked Data Technologien eine prinzipielle Harmonisierung der Datenstrukturen insbesondere in Hinblick auf die die semantische Struktur und Granularität.
Das zentrale Ziel des Projekts ist es, das Verfahren zur Durchführung der Abgasuntersuchung (AU) zu analysieren und die Weiterentwicklung möglicher Konzepte für eine AU-NEU zu erarbeiten. Die Analyse wurde in zwei Workshops mit einem Expertenteam, bestehend aus verschiedenen Verbänden und Behördenvertretern durchgeführt. Ein Konzept für eine AU-NEU, welches die dort erarbeiteten Anregungen zusammenfasst, beinhaltet kurz-, mittel- und langfristige Änderungsvorschläge. Es soll als Grundlage für weiterführende Entwicklung dienen. Im Folgenden werden einige wesentliche Änderungsvorschläge kurz benannt. Als eine kurz- bis mittelfristige Änderung ist eine Anpassung der zeitlichen Häufigkeit der AU möglich. Das erarbeitete Konzept beinhaltet fahrleistungsabhängige Überprüfungen. Zusätzlich wird ggf. eine erweiterte Sichtprüfung der abgasrelevanten Bauteile angeregt. Die Änderung der Partikelmessung von Trübungs- auf Anzahlmessung ist als kurzfristige Änderung bereits ab dem Jahr 2021 für Dieselfahrzeuge angekündigt. Die Stickoxidmessung wird als wichtige weitere Messgröße zusätzlich beleuchtet. Die OBD Diagnostik wurde als ausbaufähige Komponente zur Verbesserung der AU erkannt. Die aktuelle Diagnostik sollte um Straßentests erweitert werden. Konzepte zu längerfristigen Änderungen in der AU-Neu beschreiben eine anlassbezogene AU. Hierzu werden Fahrzeughalter bei Auffälligkeiten der Abgasemissionen, welche durch fahrzeuginterne Remote OBD oder Remote On Board Monitoring ermittelt werden, aufgefordert eine AU durchzuführen. Die Auffälligkeiten können auch durch externe Remote Sensing Devices zur Emissionsmessung erfasst werden. Desweiteren können zusätzliche Diagnosejobs in Fahrzeuge implementiert werden, welche mittels OBD ausgewiesen werden. Das erarbeitete Konzept ist sowohl für Diesel- als auch Benzinfahrzeuge erarbeitet worden.
Die Straßenflächenentwässerung auf Autobahnen ist eine wichtige Voraussetzung für die Verkehrssicherheit. Andernfalls kann es zu Aquaplaning und zu daraus resultierenden Unfällen kommen. Besonders breite Fahrbahnen und hohe Geschwindigkeiten sind dafür auffällig. In den „Richtlinien für die Anlage von Autobahnen“ (RAA 2008) werden Hinweise gegeben, mit welchen Maßnahmen entwässerungsschwache Zonen vermieden werden können. Diese bestehen aus entwurfstechnischen, baulich-konstruktiven und verkehrsrechtlichen Lösungen. Zu diesen Maßnahmen gehören: - Erhöhung der Längsneigung, - Einbau offenporiger Deckschichten, - Konstruktive Maßnahmen (Querkastenrinnen), - Vermeidung von Verwindungsbereichen durch Anordnung einer negativen Querneigung, - Einbau einer Schrägverwindung oder - Beschränkung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit bei Nässe (sofern keine der vorgenannten Maßnahmen möglich ist). Um diese Maßnahmen richtig auszuwählen, benötigt die Praxis umfassende Informationen über deren Vor- und Nachteile. Im vorliegenden Forschungsvorhaben werden die verschiedenen Lösungen hinsichtlich Dauerhaftigkeit, Dimensionierung, Einbau und Kosten untersucht und bewertet. Darauf aufbauend werden Empfehlungen für die Wahl der jeweils geeigneten Lösung in Abhängigkeit von den jeweiligen örtlichen Randbedingungen (Anzahl der Fahrstreifen, Befestigungsart, Längsneigung) gegeben. Gleichzeitig wird geprüft, ob es sich unter Berücksichtigung der Bau- und Erhaltungskosten um wirtschaftliche Maßnahmen handelt. Dies erfolgt über das Nutzen-Kosten-Verhältnis. Im Ergebnis werden Empfehlungen zur Übernahme in die Entwurfsrichtlinien für Autobahnen gegeben.
Jährlich fallen bei Erdbauarbeiten mehrere Millionen Tonnen Bodenaushub an, die nicht wieder eingebaut werden. Die als bautechnisch schwierig eingestuften Böden, wie beispielsweise Böden mit hohem Feinkornanteil, werden oft als mineralische Restmassen deponiert. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ist der qualifizierte Wiedereinbau anzustreben. Um die Anforderungen an Hinterfüllbereiche von Bauwerken zu erfüllen, werden jedoch im Regelfall grob- und gemischtkörnige Böden mit ≤ 15 M.-% Feinkornanteil verwendet. Für die Untersuchung der Eignung bindemittelbehandelter, bindiger Böden für Hinterfüllbereiche wurden ein fein- und ein gemischtkörniger Boden mit einem Feinkornanteil > 15 M.-% der Bodengruppe TL bzw. ST* gemäß DIN 18196 gewählt. Die Böden wurden mit je zwei Bindemitteln und drei Bindemittelgehalten (3 %, 5 %, 7 %) untersucht. Die Untersuchungen an Boden TL erfolgten mit einem Weißkalkhydrat und einem Mischbindemittel 50/50 (50 % Kalk/50 % Zement). Boden ST* wurde mit den Mischbindemitteln 50/50 und 30/70 untersucht. Mit einem Laborprogramm aus insgesamt ca. 360 Laborversuchen aus einer Kombination von einaxialen Druckversuchen, CBR-Versuchen, Triaxialversuchen und Ödometerversuchen an den Ausgangsböden und den Boden-Bindemittel-Gemischen wurde deren Festigkeit und Verformungsverhalten bestimmt, um die Gleichwertigkeit mit herkömmlichen, grobkörnigen Böden nachzuweisen. Mit den Laborergebnissen und über Setzungsberechnungen konnte bei allen untersuchten Boden-Bindemittel-Gemischen die Gleichwertigkeit zu herkömmlichen Hinterfüllmaterialien nachgewiesen werden. Es wurden Handlungsempfehlungen für die Praxis erarbeitet. Diese beinhalteten die Ermittlung der Scherparameter auf Basis von einaxialen Druckversuchen über empirisch abgeleitete Grenzwerte und der Angabe von prinzipiell erreichbaren Scherparametern für eine Anwendung im Regelfall. Weiterhin wird eine Empfehlung für die Ableitung des Steifemoduls aus den Ergebnissen einaxialer Druckversuche gegeben.
Das Ziel der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) auf Bundesfernstraßen ist die Bereitstellung qualitätsgesicherter Daten für das Erhaltungsmanagement. Ein für die Beurteilung des Zustands wichtiges Merkmal sind Risse an der Fahrbahnoberfläche (Netzrisse, Risshäufungen, Einzelrisse bei Asphaltbauweise; Längs-, Querrisse bei Betonbauweise). Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Fahrbahnoberflächentemperatur und -feuchte die Sichtbarkeit von Rissen beeinflussen. Diese Einflussfaktoren waren in diesem Forschungsprojekt zu untersuchen und zu quantifizieren. Auf vier Versuchsstrecken wurden zu unterschiedlichen Jahres- und Tageszeiten mit einem schnellfahrenden Messsystem Oberflächenbilder zur Erfassung von Substanzmerkmalen der Fahrbahnoberfläche gemäß ZTV ZEB-StB aufgenommen, ausgewertet und analysiert. Die Auswertungen der erhobenen Messdaten haben einen Einfluss der Fahrbahnoberflächenfeuchte auf die Sichtbarkeit von Rissen gezeigt. Im Vergleich zu trockenen Fahrbahnen nimmt die Erkennbarkeit bei abtrocknender Fahrbahnoberfläche zu, wenn Restfeuchte in den Rissen verbleibt. Da die Restfeuchte auf der Fahrbahn praktisch kaum gesteuert beeinflusst und nur schwierig quantifiziert werden kann, sind Erfassungen auf Abschnitten mit Restfeuchte nicht zu empfehlen. Auch ist von Messungen bei Regen sowie bei geschlossenen und größeren Wasserfilmdecken abzusehen, da die Erkennbarkeit von Rissen hierdurch stark eingeschränkt wird. Der Einfluss der Temperatur auf die Erkennbarkeit von Rissen konnte im Rahmen des Forschungsprojektes nicht eindeutig nachgewiesen werden. Innerhalb der Wintermessungen wurden vermehrt Risse auf Fahrbahnen in Asphaltbauweise erkannt. Jedoch konnte nicht genau differenziert werden, ob dieser Einfluss allein auf die niedrigen Temperaturen zurückzuführen ist oder ob infolge der niedrigen Lufttemperaturen im Winter eine geringe Rest-feuchte in augenscheinlich trockenen Abschnitten zu einer Verbesserung der Risserkennung geführt hat. Ein signifikanter Einfluss mittlerer und hoher Fahrbahnoberflächentemperaturen auf die Erkennbarkeit von Rissen konnte auf Fahrbahnen in Asphaltbauweise nicht nachgewiesen werden. Bei der Versuchsstrecke in Betonbauweise wurde bei höheren Fahrbahnoberflächentemperaturen eine bessere und bei niedrigen eine verschlechterte Sichtbarkeit von Rissen festgestellt.
Im Laufe des Lebenszyklus von Lärmschutzwänden (Lsw) können diverse Schadensbilder auftreten. Diese reichen von Löchern und Schlitzen zwischen abschirmenden Wandelementen durch Unfallschäden oder Montagemängel bis hin zu Witterungs- und Verschmutzungserscheinungen von Absorptionsmaterialien. Die Auswirkung dieser Schäden auf die akustischen Eigenschaften des Schallschirms ist bisher nicht detailliert untersucht. Das Vorhaben soll diese Lücke schließen und stellt einen Katalog bereit, auf dessen Basis konkrete Angaben zum Einfluss spezifischer Schäden insbesondere auf die Reduzierung der Schalldämmung und damit die Abschirmwirkung des Schallschirms gemacht werden können. Auf Basis dieser Angaben lassen sich ggf. gezielte und kosteneffiziente Maßnahmen ergreifen, um den Schallschutz von Immissionsorten dauerhaft zu gewährleisten. Zur Erstellung des Schadenskatalogs wird das bestehende nationale Schallausbreitungsmodell der RLS 90 um eine Beschreibung der Schalltransmission durch die Lsw sowie die geometrische Berücksichtigung von runden und schlitzförmigen Leckagen erweitert. Simulationen zeigen, dass hinter der Leckage in der Lsw ein akustisch kritischer Bereich entsteht. Die Grenze dieses Bereichs kann innerhalb des Schadenskatalogs für eine Vielzahl geometrisch abstrahierter Schäden abgelesen und mit einem Bebauungsplan abgeglichen werden. Katalogparameter sind insbesondere die Wirkfläche (Produkt aus Transmissionsgrad und Fläche runder Leckagen) und die Wirkbreite (Produkt aus Transmissionsgrad und Breite schlitzförmiger Leckagen). Es wird gezeigt, dass der Transmissionsgrad von Leckagen zuverlässig durch Berechnung nach MECHEL sowie durch Messung an Lsw in situ bestimmt werden kann. Letztere dienen zudem der erfolgreichen Validierung der verwendeten Modelle zur Beschreibung des Transmissionsgrads von Leckagen sowie der Schallausbreitung an Lsw mit Berücksichtigung der Transmission.
Zur Ermittlung einer Mehr- oder Minderbeanspruchung des Straßenoberbaus durch Lang-Lkw wurde im Rahmen der zweiten Untersuchungsstufe zu dieser Problematik eine Stichprobe von 23.639 Fahrten von Lang-Lkw im Direktverkehr und 463 Fahrten im kombinierten Verkehr analysiert. Die durchschnittliche Fahrzeuggesamtmasse der Lang-Lkw betrug 33,2 t. Ca. 6,5 % der Lang-Lkw fuhren überladen, was im Vergleich zum konventionellen Schwerverkehr auf Bundesautobahnen mit ca. 20 % einen relativ niedrigen Anteil darstellt. Im Vergleich zur ersten Untersuchungsstufe wurde die Tendenz zur Reduzierung der Achsanzahl von Lang-Lkw festgestellt. Die Fahrt eines Lang-Lkw ersetzt ca. 1,5 Fahrten eines äquivalenten konventionellen Lkw. Hinsichtlich der Dimensionierungsparameter nach RStO 12 liefern Lang-Lkw marginal bessere Werte als äquivalente konventionelle Lkw, so dass bei Substitution eines Teils konventioneller Lkw durch Lang-Lkw in der Regel keine Änderung der Belastungsklasse eintreten würde. Das Dimensionierungsverfahren nach RDO Asphalt 09 ergibt bei teilweisem Einsatz von Lang-Lkw innerhalb des Gesamtkollektivs Schwerverkehr auf Bundesautobahnen eine marginale Verlängerung der Regelnutzungsdauer von 30 Jahren um ca. 2 % auf ca. 30,5 Jahre. Die Ergebnisse der Untersuchung bestätigen grundsätzlich die Resultate der ersten Untersuchung. Der Einsatz von Lang-Lkw bedingt unter Einhaltung der im Feldversuch definierten fahrzeugtechnischen Vorgaben und zulässigen Grenzwerte für Fahrzeuggesamtgewichte und Achslasten keine Mehrbeanspruchung des Oberbaus von Straßen. Die rechnerisch ermittelte Minderbeanspruchung des Oberbaus im Vergleich zu konventionellen Lkw hat nur marginale Bedeutung und würde sich somit in der Praxis kaum spürbar auf die Nutzungsdauer der Straßen auswirken. Bei weiterer Reduzierung der mittleren Achsanzahl von Lang-Lkw würde sich die Beanspruchung des Straßenoberbaus durch Lang-Lkw jedoch signifikant erhöhen.
Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke bzw. Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben. Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie z. B. Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind. Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.