Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
146
Die Kenntnis des Straßenzustandes und des Wetters ist eine Voraussetzung für die Steuerung des Winterdienstes. Je genauer der Zeitpunkt eines Glättebeginns vorhergesagt werden kann, desto zielgerichteter kann ein Winterdiensteinsatz begonnen werden. Ziel ist es, eine Glätte mit möglichst geringen Mitteln zu vermeiden und schnell zu beseitigen. Glättemeldeanlagen stellen ein wesentliches Hilfsmittel für diese Informationen dar. Mit ihren Sensoren in und an der Fahrbahn liefern sie Messwerte für die Vorhersage einer winterlichen Glätte. Vergleiche zwischen Anlagen von unterschiedlichen Herstellern unter gleichen Bedingungen erbrachten teilweise erhebliche Unterschiede bei den Messwerten der Sensoren. Hieraus resultierten unterschiedliche zeitliche Vorhersagen für einen möglichen Glättebeginn, die nicht alle für einen zielgerichteten Winterdienst nutzbar waren. Eine Bewertung der Sensorqualität war in vielen Fällen aufgrund fehlender Prüfverfahren nicht möglich. Die Bundesanstalt für Straßenwesen hat daraufhin eine Reihe von Prüfverfahren entwickelt. Dabei wurden nach Möglichkeit Verfahren gewählt, die den Praxisbedingungen weitgehend entsprechen. Anhand neuer Erkenntnisse bei diesen Entwicklungsarbeiten konnten auch Anforderungen an die Sensorik genauer spezifiziert werden. Für die folgenden Messgrößen sind die beschriebenen Verfahren entstanden. Fahrbahnoberflächentemperatur: Für diesen wichtigen Parameter bei der Glättevorhersage wurde ein Referenzmessverfahren erarbeitet, mit dem zu prüfende Sensoren unter meteorologischen Praxiseinflüssen geprüft werden können. Direkt an der Fahrbahnoberfläche eingebaute Sensoren dienen als Referenz zu in der Fahrbahn parallel eingebaute Sensoren von Glättemeldeanlagen für die Fahrbahnoberflächentemperatur. Niederschlagsintensität: Die Prüfung erfolgt hier ebenfalls durch ein Referenzmessverfahren, das bei den unterschiedlichsten Arten von Niederschlag eingesetzt werden kann. Mit Hilfe einer normierten Schale wird ein Niederschlag in einer vorgegebenen Zeit neben einen zu prüfenden Sensor aufgefangen und gewogen. Anschließend wird aus der aufgefangenen Menge die Intensität errechnet und mit den Angaben des Sensors verglichen. Wasserfilmdicke: Für die Prüfung dieser Sensoren wurde eine Vorrichtung entwickelt, die in Lage ist, definierte dünne Wasserfilme auf die Fahrbahnoberfläche oder zu prüfende Sensoren aufzutragen. Gefriertemperatur: Für die Prüfung von Sensoren für die Gefriertemperatur kommt das gleiche Verfahren wie für die Wasserfilmdicke zum Einsatz. Statt Wasser lassen sich dafür Taustofflösungen auf die Fahrbahnoberfläche beziehungsweise Sensoren aufsprühen. Die Prüfverfahren wurden verfahrenstechnisch erprobt und mögliche Messfehler abgeleitet. Für alle Verfahren wurden Beschreibungen erstellt, die für nationale Regelwerke oder für die europäische Normung von Prüfverfahren für Glättemeldeanlagen genutzt werden können. Eine Nutzung für die Prüfung von Sensoren für die Umfelddatenerfassung in Verkehrsbeeinflussungsanlagen ist ebenfalls grundsätzlich möglich.
322
Die Festlegung der Salzdosierung (Streudichte) wird in der aktuellen Winterdienstpraxis zumeist vom Einsatzpersonal auf den Fahrzeugen vorgenommen. Das von der Bundesanstalt für Straßenwesen (Bergisch Gladbach, Deutschland) in Auftrag gegebene Pilotprojekt „Automatisch gesteuerte Streustoffausbringung durch Nutzung neuer mobiler Sensoren“ hatte die Minimierung von „subjektiven Faktoren“ bei der Taustoffanwendung zum Ziel. Der Forschungsauftrag knüpfte an das Vorprojekt „Optimierung der Streustoffausbringung – Modell der objektiv notwendigen Streudichten im Straßenwinterdienst“ an und nutzt zusätzlich die Möglichkeiten eines neu entwickelten berührungslosen Sensors. Mit diesem Sensor besteht die Möglichkeit, die Wasserfilmdicke auf der Fahrbahn und den aktuellen Fahrbahnzustand in die Berechnung der optimalen Streudichte einzubeziehen. Die Testinstallationen wurden in den Autobahnmeistereien Greding und Münchberg erprobt. Die Einführung von Assistenzsystemen zur parametergesteuerten Ermittlung der optimalen Streu-dichte sollte als wichtiger Schritt angesehen werden, um den Straßenwinterdienst zukünftig noch wirtschaftlicher, sicherer und mit geringsten Umweltbelastungen durchführen zu können. Die mit den derzeitig verfügbaren technischen Mitteln durchgeführten Feldversuche haben erste Erkenntnisse und Lösungen aufgezeigt. Es wurde aber auch deutlich, dass kurzfristige Lösungen nicht zu erwarten sind. Praxistaugliche Lösungen erfordern Sensoren, die präzise Messwerte liefern und eine noch komplexere Erfassung der Bedingungen auf der Straßenoberfläche. Das kann wahrscheinlich nur mit einer größeren Zahl von Sensoren an einem Fahrzeug kombiniert mit Verfahren der Bilderkennung erfolgen. Damit könnte alles Wesentliche erfasst und ausgewertet werden, was die Fahrer der Winterdienstfahrzeuge heute im Sichtfeld haben, kombiniert mit der Möglichkeit, die numerischen Daten automatisiert zu verarbeiten.
180
Genaue Kenntnisse über die Verteilung von Streustoffen auf der Fahrbahn und deren Wirkungszeiten sind Voraussetzungen für einen sparsamen Streustoffeinsatz. Die Kenntnis des zeitlichen Verlaufes der Wirkung von Tausalzen auf der Fahrbahn schafft die Möglichkeit, Wiederholungsstreuungen erst dann durchzuführen, wenn das aus Sicht der Verkehrssicherheit notwendig ist. Dabei ist besonders wichtig, die Zusammenhänge mit der Zahl der Fahrzeugüberfahrten und Niederschlagsereignisse zu erkennen. In einigen Ländern wurden dazu in der Vergangenheit Untersuchungen durchgeführt. Problematisch war dabei immer, dass die Salzmengenmessungen nur während Sperrungen der Fahrbahn durchgeführt werden konnten. Der Aufwand der manuellen Messungen beschränkte die Zahl der Messtage erheblich. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die auf der Fahrbahn wirksamen Salzmengen über zwei Winterperioden auf dem kompletten Querschnitt einer zweistreifigen Autobahn zu erfassen. Dazu wurden Fahrbahnsensoren eingesetzt, die durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wasserfilmdicke die Salzmenge auf der Fahrbahn ermitteln können. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Labortests an zwei Sensorfabrikaten durchgeführt, um deren Messgenauigkeit festzustellen. Nach Auswahl des Fabrikates wurden insgesamt 12 Sensoren bei Kilometer 29,8 der Autobahn A 4 Richtung Görlitz eingebaut. Das Messfeld wurde von Dezember 2006 bis April 2008 betrieben und lieferte während der Winterperioden etwa 8 Millionen Daten über den Fahrbahnzustand. Parallel dazu wurden die Aufzeichnungen von cirka 210 Streuungen ausgewertet, die im Rahmen des planmäßigen Streudienstes im Bereich des Messfeldes durchgeführt wurden. Diese Daten wurden außerdem mit den Wetterdaten und den Daten einer naheliegenden Verkehrszählstation kombiniert. Ergänzend zu den Messungen mit den Fahrbahnsensoren wurden einzelne Analysen mit dem Streustoff-Aufnahmegerät der Firma ESG durchgeführt. Dabei werden auf der Fahrbahn vorhandene Restsalzmengen komplett aufgenommen und analysiert. Aus den Analysen konnten folgende Erkenntnisse abgeleitet werden: - Der Streustoff wird aus den Rollspuren sehr schnell verdrängt. Eine geringe, verbleibende Salzmenge ist jedoch zumeist ausreichend, um gefährliche Glätte zu verhindern. - Bei präventiver Feuchtsalzstreuung auf trockene oder leicht feuchte Fahrbahn kommt nur ein geringer Teil des ausgestreuten Salzes zur Wirkung, soweit nicht innerhalb kurzer Zeit Niederschlag fällt. - Präventive Streuungen müssen sehr zeitgenau, möglichst nicht mehr als 60 Minuten vor einem erwarteten Glätteereignis durchgeführt werden. - Bei Feuchtsalzstreuung auf feuchte Fahrbahn gehen in Abhängigkeit von der Streudichte und weiterer Faktoren nur cirka 25 bis 50 % des ausgebrachten Salzes in Lösung. Der restliche Teil des Salzes wird in Randbereiche verfrachtet, ohne zur Glättebekämpfung beizutragen. - Die durch Niederschläge reaktivierten Restsalzmengen liegen 24 Stunden nach der Streuung bei 0,5 bis 1,5 g/m2. - Salzanteile aus einer reinen Solestreuung werden deutlich langsamer von der Fahrbahn verdrängt. - Mit Solestreuung könnten bei erwarteter Reifglätte und überfrierender Nässe erhebliche Salzeinsparungen erzielt werden. - Fahrbahnsensoren haben bei der Feststellung der Restsalzmengen und der Gefriertemperatur bei dem derzeitigen technischen Entwicklungsstand unter Praxisbedingungen erhebliche Unsicherheitsfaktoren. - Unter dem Aspekt, dass Fahrbahnsensoren an den jeweils kritischen Stellen angeordnet werden sollten, sprechen die Erkenntnisse der Untersuchung dafür, die Fahrbahnfeuchte und die Gefriertemperatur in der Rollspur festzustellen. Zusätzlich ist noch eine Messung der Fahrbahntemperatur außerhalb der Rollspuren zu empfehlen. Es muss jedoch noch untersucht werden, welcher Fahrstreifen bei 3-streifigen Fahrbahnen mit Sensoren bestückt werden sollte.
258
Die Dichte des Netzes an Glättemeldeanlagen (GMA) an Bundesautobahnen ist wesentlich höher als im nachgeordneten Netz. Eine Verdichtung des Messstellennetzes analog zu Bundesautobahnen ist jedoch aus finanziellen und organisatorischen Gründen nicht realisierbar. Ziel der Forschungsvorhaben ist daher die vereinfachte Erfassung von winterlichen Fahrbahn- und Witterungszuständen, um eine wesentliche Verdichtung des Messstellennetzes unter wirtschaftlich akzeptablen Bedingungen zu ermöglichen. Hierdurch soll den Winterdienstverantwortlichen eine netzweite Beurteilung des Streckenzustandes ermöglicht werden, um die Winterdiensteinsätze anforderungsgerechter und wirtschaftlicher durchführen zu können. Im Rahmen einer Lebenszykluskostenanalyse wurden Investitions- und Betriebskostendaten von über 200 GMA ausgewertet. Die Analyse ergab durchschnittliche Investitionskosten von 38.300 € je Messstelle. Diese Kosten werden hauptsächlich durch die Art der Stromversorgung (netzgebunden/autark) sowie den Umfang und die Art der Sensorik beeinflusst. Die bei Energieverbrauchsmessungen an bestehenden GMA erfassten Daten zeigen, dass GMA teils stark unterschiedliche Leistungsverbräuche besitzen, eine energieoptimierte Ausstattung jedoch eine wirtschaftlich akzeptable autarke Energieversorgung ermöglicht. Im Winter 2011/2012 wurden in drei Meistereien Einsatzentscheidungen untersucht. GMA sind hierbei die wichtigste Informationsquelle; sie werden in über 60 % aller Entscheidungen herangezogen. Luft- und Fahrbahnoberflächentemperatur sind die wichtigsten Parameter. Große Bedeutung für die Nutzer hat vielfach auch ein Kamerabild. Wesentlich für einen wirtschaftlichen Betrieb von GMA und einen gleichbleibenden Nutzen für die Anwender ist eine hohe Zuverlässigkeit in die angezeigten Messdaten. Daher sollte die Qualitätssicherung bei Installation und laufendem Betrieb größere Bedeutung gewinnen, indem durch die Straßenbauverwaltungen neben der regelmäßigen Wartung und Kalibrierung standardisierte Abnahme- und regelmäßige Kontrollprüfungen auf Grundlage der geltenden technischen Normen vorgesehen werden.
66
In der Bundesrepublik Deutschland tragen die Straßen den weitaus größten Anteil am Personen- und Güterverkehr. Ein funktionsfähiges Straßennetz ist daher sowohl für den einzelnen Bürger als auch für die gesamte Volkswirtschaft von existentieller Bedeutung. Es muss nicht nur baulich, sondern auch betrieblich stets in einem dem Bedarf entsprechenden Zustand erhalten werden. Aus dem Bundesfernstraßengesetz, den Straßen- und Straßenreinigungsgesetzen der Länder sowie aus der Verkehrssicherungspflicht nach dem Bürgerlichen Gesetzbuch ergibt sich bei winterlicher Glätte auf Ausserortsstraßen eine Streupflicht für besonders gefährliche Stellen der Straßen beziehungsweise innerorts für Stellen, die sowohl gefährlich als auch verkehrswichtig sind. In der Diskussion um die Wahl des im Rahmen eines "umweltfreundlichen" Winterdienstes zweckmäßigen Streustoffes kommt vor allem in Kommunen abstumpfenden Streustoffen eine erheblich Bedeutung zu. Die Umwelt schädigende Auswirkungen abstumpfender Streustoffe sind noch kaum bekannt, in Fachkreisen bekannte Schadwirkungen nur zum geringen Teil einer breiteren Öffentlichkeit. Aus diesem Grund wurde vom Arbeitkreis 3.14.3 "Kommunaler Winterdienst" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), gleichzeitig Fachausschuss "Winterdienst" im Verband Kommunaler Abfallwirtschaft und Stadtreinigung e.V. (VKS), eine Untersuchung initiiert, in der das aktuell verfügbare Wissen über abstumpfende Stoffe und ihre Auswirkungen auf die Umwelt im Rahmen einer Literaturanalyse zusmmengetragen sowie allgemein gültige Aussagen und Empfehlungen für ihren Einsatz im Straßenwinterdienst abgeleitet werden sollten. Als Ergebnis der Literaturanalyse werden Vorschläge und Empfehlungen für den Einsatz oder auch "Nicht"-Einsatz abstumpfender Streustoffe abgeleitet, die aus der Gesamtbetrachtung der Auswirkungen auf die Umwelt resultieren. Sie beziehen sich zum einen auf die Auswahl eines geeigneten Streustoffes, zum anderen auf dessen mögliche/sinnvolle Anwendung, aber auch auf die Grenzen des Einsatzbereiches abstumpfender Streustoffe. Dabei wird unterschieden nach den Anwendungsmöglichkeiten auf Ausserortsstraßen und im kommunalen Bereich, hier zudem auf Fahrbahnen, Rad- und Gehwegen. Obwohl eine Reihe von Fragen unbeantwortet blieb und es einige Ansätze für weiterführende Untersuchungen gibt, sind die erarbeiteten Empfehlungen soweit abgesichert, dass ursprünglich vorgesehene weiterführende Arbeiten nicht erforderlich sind.
36
Im Rahmen des Projektes "Praxisgerechte Anforderungen an Glättemeldeanlagen" stellte die Beschreibung des Feuchtezustandes der Straßenoberfläche ein besonderes Problem dar. Aussagen wie "feucht" und "nass" sind wegen ihrer nicht definierten quantitativen Grenzen ungeeignete Beschreibungsformen. Deshalb sollten Feuchteschwellwerte gesucht werden, deren Überschreiten bei Minustemperaturen zu gefährlicher Eisglätte führen. Dazu wurden Proben von Straßendecken in einer Klimakammer unterschiedlich stark befeuchtet. Die Griffigkeit der mit einem Eisfilm überzogenen Proben wurden mit dem SRT-Gerät (Portable Skid Resistance Tester) ermittelt. Die Abhängigkeit der Griffigkeit von der aufgebrachten Wassermenge war exponentiell. Nach einem relativ schnellen Abfall der Griffigkeit stellte sich bei etwa 25 SRT-Einheiten ein Grenzwert ein, der auch bei weiter steigenden Wasserfilmdicken nicht mehr unterschritten wurde. Als Grenzwert für gefährliche Glätte wurden 50 SRT-Einheiten festgelegt. Dieser Grenzwert wurde bei den untersuchten Proben bereits bei Wasserfilmdicken zwischen 0,03 bis 0,06 mm erreicht. Ob dieser Schwellwertbereich für alle Straßendeckenarten zutrifft, kann erst nach Durchführung weiterer Messreihen an Proben definierter Oberflächen bewertet werden. Die Verwendung von Schwellwerten bei der Festlegung von Forderungen an Glättemeldeanlagen ist sinnvoll. Dabei sind allerdings zusätzlich die vielfältigen Randbedingungen des realen Verkehrs gegenüber den unbeeinflussten Labormessungen zu berücksichtigen, die eventuell noch Verschiebungen dieser Schwellwerte bewirken können.
3
Die Taumittel-Sprühanlage (TMS) auf der A 45 (Sauerlandlinie) ist mit ca. 6 km die längste in Deutschland. Die Anlage liegt zwischen 285 m und 412 m über NN und damit in einem klimatisch kritischen Bereich, in dem sich im Winter oft die Fahrbahnzustände durch Übergänge von Regen in Schnee und/oder positiven in negative Temperaturen sehr schnell ändern. Dies führte zu zahlreichen glättebedingten Unfällen und anhaltenden Staus. Um diese zu verringern wurde im Winter 1984/85 die TMS in Betrieb genommen. Nach dem Einbau der TMS sind die Unfälle aufgrund winterlicher Straßenverhältnisse im Streckenbereich der Anlage insgesamt um mehr als die Hälfte zurückgegangen. Eine besonders starke Absenkung von 85 Prozent war bei den Unfällen mit Leichtverletzten zu beobachten. Gegenüber der Absenkung von 60 Prozent bei Unfällen mit leichtem Sachschaden sanken die Unfälle mit schwerem Sachschaden nur um 25 Prozent. Mit den Untersuchungen der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde der Nachweis der Wirtschaftlichkeit dieser Taumittel-Sprühanlage erbracht. Für die Planung weiterer Anlagen sowohl zur Entschärfung von Glatteisfallen als auch zur Unterstützung des konventionellen Winterdienstes auf besonders durch Winterglätte und starken Schneefall gefährdeten Streckenabschnitten werden individuelle Wirtschaftlichkeitsabschätzungen empfohlen.
139
Zwischen 1982 und 2003 wurden in der BRD 16 Taumittelsprühanlagen in Betrieb genommen. Planung, Bau und Betrieb dieser Anlagen wurden seither von der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Untersuchungen begleitet. Zwölf Anlagen befinden sich auf Brücken, vier an Steigungs- bzw. Gefällestrecken. Vier Anlagen (sämtlich Brückenanlagen) befinden sich auf Bundesstraßen, zwölf auf Bundesautobahnen. An Steigungs- bzw. Gefällestrecken bilden sich bei plötzlichem starkem Schneefall in kurzer Zeit festgefahrene Schneedecken, die besonders von Lkw nicht mehr befahren werden können. Es bilden sich Staus. Auf Stahlbrücken bildet sich häufig schon zu einem früheren Zeitpunkt lokal begrenzte Glätte. Diese Glatteisfallen verursachen Unfälle. In beiden Fällen ist es wichtig, schnell zu handeln. Durch die TMS kann sofort Taustoff auf die Fahrbahn ausgebracht werden, der an Steigungen den Schnee räumfaehig hält und auf Brücken das Eis auftaut. Alle Anlagen können den konventionellen Winterdienst partiell sinnvoll ergänzen, ihn aber nicht ersetzen. Die Streckenabschnitte, in denen sich die Taumittelsprühanlagen befinden, zeigten vor deren Einbau Unfallauffälligkeiten. Die Zahl der Unfälle ist nach Installation einer Taumittelsprühanlage überall deutlich zurückgegangen. Auf der Basis der vorliegenden Kosten- und Nutzen-Daten konnte von insgesamt 16 Anlagen die Wirtschaftlichkeit von 13 Anlagen beurteilt werden. Davon wurden zwölf Taumittelsprühanlagen positiv eingeschätzt. Die Kostenseite umfasst die investiven Kosten und die Betriebskosten. Auf der Nutzenseite wurde sowohl betriebswirtschaftlicher als auch volkswirtschaftlicher Nutzen abgeschätzt. Dies sind auf der betriebswirtschaftlichen Seite vor allem eingesparte Sondereinsätze und Kontrollfahrten und auf der volkswirtschaftlichen Seite im Wesentlichen vermiedene Unfälle und Staus. Für die meisten Anlagen lagen mehr oder weniger vollständige Unfallzahlen vor, für die Staus gab es so gut wie keine dokumentierten Beobachtungen, so dass für die Schätzung von einer begründeten Annahme ausgegangen wurde. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren (Fw) bewegen sich ohne Berücksichtigung der Staukosten zwischen 0,19 und 2,63 wobei drei Werte deutlich <1 sind und zwei dicht unterhalb der Rentabilitätsschwelle liegen. Bei Einbeziehung der Staukosten liegt die Bandbreite zwischen 0,31 und 4,36 und nur noch ein Wert ist <1. Zwei Anlagen arbeiten kostendeckend. Diese Zahlen sind Schätzwerte. Die Anlagentechnik befindet sich auf dem neuesten Stand. Technische Neuerungen gibt es im Bereich der Sprühtechnik. Die neu entwickelten Micro-FAST Sprühstränge haben eine höhere Anzahl von Sprühdüsen und damit ein feineres und gleichmäßigeres Sprühbild bei einem gleichzeitig geringeren technischen Aufwand und können die Investitionskosten um rund ein Drittel senken. Im Bereich der Betriebskosten können Einsparungen bei der Wartung und den Reparaturkosten erwartet werden. Seit 2002 werden kurze Mini- oder mobile Sprühanlagen angeboten, die - wenn auch weniger aufwändig in ihrer Ausstattung - für den gleichen Einsatzzweck wie stationäre Anlagen gedacht sind. Erste positive Trends sind erkennbar.