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Birth certificate for bridges - Zero measurement as a basis for assessing the condition of the building in its life cycle
Full text linkDas Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein umfassendes Konzept für ein „Geburtszertifikat“ von Brückenbauwerken allgemein zu entwickeln und dann an einer konkreten realen Brücke prototypisch umzusetzen. Das Geburtszertifikat soll dabei als Grundlage für die Zustandsüberwachung und Erhaltungsplanung über den gesamten Lebenszyklus der Brücke dienen. Im Mittelpunkt steht dabei die sogenannte Nullmessung, die eine detaillierte, systematische Erfassung und Dokumentation des Ausgangszustandes des Bauwerks nach der Fertigstellung und vor der Verkehrsfreigabe mit vielfältigen Prüf- und Messmethoden beinhaltet. Die Nullmessung dient somit der Charakterisierung eines Initialzustands (Referenzzustand nach der Fertigstellung). Der ermittelte Referenzzustand ist die Grundlage für Vergleichsbetrachtungen im Rahmen der Erfassung und Bewertung des Bauwerkszustandes im Zuge der Erhaltung und des Bauwerksmanagements. Er bildet erstmalig die Basis, um im Laufe des Lebenszyklus auftretende Veränderungen und Schäden frühzeitig durch den Bezug zum Referenzzustand zu detektieren und in ihrer Entwicklung zu dokumentieren und zu bewerten. Durch die Einführung dieses Konzeptes kann das Geburtszertifikat den Ausgangspunkt für die Umsetzung prädiktiver Erhaltungsmethoden darstellen.
Dabei umfasst das Geburtszertifikat eine möglichst breite und aussagekräftige Erfassung und Dokumentation physikalischer Parameter, chemischer Aspekte und geometrischer Eigenschaften des Bauwerks. Zu den physikalischen Parametern zählen beispielsweise Materialdehnungen, Verschiebungen, Eigenfrequenzen und -formen, die wichtige Hinweise auf das Tragverhalten der Brücke geben. Diese Daten werden durch sensorbasierte Systeme, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, faseroptische Sensoren, und Beschleunigungsaufnehmer einmalig oder kontinuierlich über einen Zeitraum von einem Jahr vor oder kurz nach der Inbetriebnahme des Bauwerks erfasst und durch geeignete Prozessierung der Messdaten ermittelt. Chemische Aspekte, wie die Bestimmung des Chloridgehalts, der Carbonatisierungstiefe und des Feuchtigkeitsgehalts des Betons, liefern wichtige Informationen über die Dauerhaftigkeit des Bauwerks. Diese chemischen Aspekte sind entscheidend, um eine mögliche Korrosion der Bewehrung frühzeitig zu erkennen, bevor gravierende strukturelle Schäden auftreten.
Das Geburtszertifikat soll nicht nur chemische Aspekte und physikalische Parameter wie die statischen oder dynamischen Parameter, sondern auch mit bildbasierten oder anderen ZfP-Verfahren erfassbare Eigenschaften beinhalten. Die geometrische Beschreibung der Brücke ist daher ein weiterer zentraler Bestandteil des Geburtszertifikats. Dabei sind die Form und die Oberflächenstruktur des Tragwerks vor Verkehrsfreigabe der Brücke aufzunehmen. Diese geometrischen Aspekte des Referenzzustands sollen durch ein georeferenziertes hochgenaues 3D-Bauwerksmodell definiert werden, das beispielsweise photogrammetrisch auf Basis systematisch generierter Bilddaten oder mithilfe von Scanningverfahren generiert wurde und anschließend in ein vorhandenes As-Built-Modell integriert wird. Die geometrische Aufnahme in Form einer „Nullmessung“ ist insbesondere für zukünftige Verformungsermittlungen sowie schadensfokussierte Zustandsbewertungen auf Basis vielfältiger sensor- und bildbasierter Monitoringverfahren ein wichtiger Ausgangspunkt. Am 3D-Bauwerksmodell können die vielfältig erfassten Eigenschaften und Zustandsparameter zusätzlich eindeutig und nachvollziehbar verortet werden.
Das Geburtszertifikat wird in einer standardisierten, leicht zugänglichen Form als kompakte und übersichtliche Zusammenfassung der wichtigsten Informationen in Form eines PDF-Dokumentes erstellt. Zur Gewährleistung einer langfristigen und flexiblen Nutzung und digitalen Verarbeitung der gewonnenen Daten enthält das PDF-Dokument Verweise auf alle Datensätze und Modelle, die zusätzlich bereitgestellt werden. Diese Verlinkungen beinhalten detaillierte Mess- und Bilddaten, abgeleitete oder aggregierte Parameter, Modelle und andere relevante Informationen, die zur Beurteilung des Zustandes notwendig sind. Diese Informationen werden in entsprechenden Datenbanken und strukturierten Dateisystemen gespeichert.
Abschließend wird das erarbeitete Konzept des Geburtszertifikates prototypisch an einem Bauwerk umgesetzt. Dabei wird auf die verschiedenen, zuvor erarbeiteten Eigenschaften und Aspekte eingegangen und dargestellt wie einzelne Parameter und das georeferenzierte 3D-Bauwerksmodell ermittelt werden können. Zudem wird auch die Ableitung von Daten für die Zustandsbewertung sowie das Datenmanagement thematisiert.
Das Geburtszertifikat unterstützt die Einbindung in moderne digitale Infrastruktursysteme, wie das Lebenszyklusmanagement von Brücken, und bildet die Grundlage für die Integration in Überwachungssysteme wie Digitale Zwillinge. Die Einführung eines solchen digitalen Zertifikates für Brücken ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigeren und effizienteren Nutzung von Infrastrukturressourcen.The objective of this research project was to develop a comprehensive concept for a “birth certificate” for bridge structures and to implement it prototypically on a real bridge. This birth certificate is intended to serve as a basis for condition monitoring and maintenance planning throughout the entire life cycle of the bridge. Central to this is the so-called zero measurement, which involves a detailed, systematic recording and documentation of the initial condition of the structure after completion and before traffic opening, using a variety of testing and measurement methods. Thus, the “zero measurement” serves to characterize an initial condition. The determined reference condition forms the basis for comparative analyses in the context of capturing and evaluating the structure’s condition as part of maintenance and management. For the first time, it provides a basis for early detection of changes and damages that occur during the life cycle by comparing them to the initial condition, and documentation and assessment of their development. By introducing this concept, the birth certificate can constitute the starting point for the implementation of predictive maintenance methods.
The birth certificate aims to capture and document a wide range of significant physical parameters, chemical aspects, and geometric properties of the structure. Physical parameters include, for example, strains, displacements, natural frequencies and modes, which provide important insights into the load-bearing behavior of the bridge. This data is captured by sensor-based systems such as strain gauges, fiber optic sensors, and accelerometers, either once or continuously over a period of one year before or shortly after the bridge is put into operation and determined through appropriate data processing. Chemical aspects, such as chloride content, carbonation depth, and moisture content of the concrete, provide important information about the durability of the structure. These chemical aspects are crucial for detecting potential corrosion of reinforcement at an early stage before serious structural damage occurs.
The birth certificate should not only include chemical aspects and physical parameters like static or dynamic properties, but also properties that can be captured using image-based or other non-destructive testing methods. Therefore, the geometric representation of the bridge is another key component of the birth certificate. This involves recording the shape and surface of the load-bearing structure before the bridge is opened to traffic. These geometric aspects of the reference condition should be defined through a georeferenced, highly accurate 3D model of the structure, which is generated e. g. photogrammetrically based on systematically generated image data or using scanning techniques and is then integrated into an existing as-built model. The geometric recording in the form of a "zero measurement" is particularly important as a starting point for future deformation monitoring and damage-focused condition evaluations based on a wide range of sensor- and image-based monitoring methods. The various recorded properties and condition parameters can also be clearly and traceably located in the 3D model of the structure.
The birth certificate is created in a standardized, easily accessible form as a compact and clear summary of the most important information in the form of a PDF document. To ensure long-term and flexible usage and digital processing of the acquired data, the PDF document contains references to all datasets and models that are additionally provided. These references include detailed measurement and image data, derived or aggregated parameters, models, and other relevant information necessary for condition assessment. The data is stored in appropriate databases and structured file systems.
Finally, the developed concept of the birth certificate is prototypically implemented on a bridge structure. The various properties and aspects previously developed are addressed, and it is demonstrated how individual parameters and the georeferenced 3D model of the structure can be determined. In addition, the derivation of data for condition assessment as well as data management is discussed.
The birth certificate supports integration into modern digital infrastructure systems, such as life cycle management of bridges, and forms the basis for integration into digital monitoring systems like digital twins. The introduction of such a digital certificate for bridges is an important step towards a more sustainable and efficient utilisation of infrastructure resources
Determination of scattering ranges for comparative and repetitive values supplied by surface characteristic measurements
Full text linkIm Rahmen der ZEB auf Bundesfernstraßen werden zur Ermittlung der Substanzmerkmale (Oberfläche) die digitalen Oberflächenbilder derzeit an Bildschirmarbeitsplätzen visuell beurteilt und manuell ausgewertet. Den Auswertungen liegen die in den ZTV ZEB-StB enthaltenen Auswerteregeln zugrunde. Technische Prüfvorschriften zur Regelung technischer Spezifikationen bezüglich der Messsysteme und der Auswerteplätze stehen inzwischen ebenfalls zur Verfügung. Ziel des Forschungsprojektes war, durch die Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreubereichen die Einflüsse auf das Auswerteergebnis zu untersuchen und die vorhandenen Toleranzvorgaben für die vorgeschriebenen Prüfungen zu bestätigen oder bei Bedarf neue Grenzwerte dafür zu vorzuschlagen. Das Projekt bestand in einer umfänglichen Analyse der derzeitigen Vorgehensweise bei der Erfassung und Bewertung der Substanzmerkmale (Oberfläche) im Teilprojekt 3 der ZEB sowie einer tiefgreifenden statistischen Analyse hinsichtlich der Wiederhol- und Vergleichbarkeit unter verschiedenen Rahmenbedingungen. Zunächst wurden Messfahrten auf einem nach bestimmten Kriterien ausgewählten Streckenkollektiv und nach bestimmten (Mess-)Szenarien durchgeführt. Das Bildmaterial wurde nach dem geltenden Regelwerk in verschiedenen (Auswerte-)Szenarien ausgewertet. Zusätzlich zur manuellen Inspektion der Oberflächenbilder wurden die Daten auf Strecken in Asphaltbauweise (BAB) mit Hilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Abschließend erfolgten die statistischen Auswertungen hinsichtlich Wiederhol- und Vergleichbarkeit und es ergingen Vorschläge für die Neufestlegung der entsprechenden Grenzwerte. Die Literaturrecherche zum Stand der Technik bei der Zustandsdatenerfassung auf nationaler und internationaler Ebene ergab keine grundlegend neuen Erkenntnisse. Hervorzuheben ist, dass eine Zertifizierung der Messsysteme durch eine offizielle Stelle und explizit definierte Anforderungen an die Qualität der Erfassungstechnologie und der Erfassungsergebnisse international nicht erfolgt. Die im Teilprojekt 3 gewonnenen Ergebnisse werden von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst, im Wesentlichen aber durch den Faktor Mensch (Wissenstand, Erfahrung, Tagesleistungskurve u.a.). Auch zwischen Auswertern mit großem Erfahrungshintergrund (Referenzauswerter, Qualitätssicherer) weichen die Ergebnisse in Einzelfällen deutlich voneinander ab, was große Auswirkungen auf die Wiederholbarkeit haben kann. Die weiteren Einflüsse, wie das eingesetzte Messsystem, verschiedene Umgebungsbedingungen (Witterung) und die Qualität der Oberflächenbilder, ordnen sich diesem Haupteinfluss unter. Dies konnte auf Basis eines statistischen Modells mathematisch nachgewiesen werden. Für die statistischen Berechnungen wurden für jede Zustandsgröße Referenzwerte generiert, d.h. möglichst nahe an der Wahrheit liegende Werte für jeden einzelnen Auswerteabschnitt. Die Erwartung aufgrund der langjährigen Erfahrungen war, dass die durchgeführten Auswertungen nur geringe Streuungen aufweisen, was sich nur teilweise bestätigt hat. Zur Ableitung der zu erwartenden Toleranzen bei den Zustandswerten und zur Festlegung von Grenzwerten wurden anhand der ZEB-Auswerteergebnisse Prüfungen auf 2-km-Teilabschnitten simuliert und deren Ergebnisse klassifiziert und bewertet. Daraus wurden für Strecken in Asphalt- und Betonbauweise praxisnahe Toleranzen abgeleitet und modifizierte Grenzwerte vorgeschlagen. Diese liegen höher als die bisher nach ZTV ZEB-StB geltenden Werte. Seitens des Forschungsnehmers wurde die Empfehlung unterbreitet, abhängig von der Prüfungsart (Zulassungsprüfung, Kontrollprüfung) die bisherigen Grenzwerte nach oben anzupassen. Aufgrund der im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse über die Einflussfaktoren im Teilprojekt 3 sollte auch der Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Schadenserkennung auf Oberflächen- und Frontbildern auf Basis von Deep-Learning durch weitere intensive Forschung und Entwicklung vorangetrieben und zur Praxisreife gebracht werden.As subproject TP 3 of the ZEB on federal motorways and highways in Germany, the digital images of the road surface will be currently visually assessed and manually evaluated at computer workstations to determine the substance damages (surface). The evaluations are based on the rules contained in the rulebook ZTV ZEB-StB. Technical test specifications for the measuring systems and the evaluation workstations are now available. The aim of the research project was to investigate the influences on the evaluation results by determining scattering ranges for comparative and repetitive values and to confirm the acceptable tolerances for the proofs of approval and quality control tests required by the rulebook or, if necessary, to propose new limit values for them. The project consisted of a comprehensive analysis and evaluation of the current procedure for re-cording the substance characteristics (surface) in TP 3 of the ZEB as well as an in-depth statistical analysis with regard to comparability and repeatability under different framework conditions. First, measurements were carried out on different roads selected according to certain criteria and according to certain (measurement) scenarios. The image material was evaluated according to the applicable set of rules in various (evaluation) scenarios. In addition to the manual inspection of the surface images, the data on asphalt-built motorways were evaluated using artificial intelligence. Finally, statistical evaluations were carried out with regard to comparability and repeatability and proposals were made to redefine the relevant limit values. The literature research on the state of the art in condition data acquisition on a national and international level did not yield any fundamentally new findings. It has to be emphasized that a certification of the measuring systems by an official institution and explicitly defined requirements for the quality of the measurement technology and the acquisition results do not take place internationally. The results obtained in TP 3 are influenced by many different factors, but essentially by the human factor (level of knowledge, own experiences, daily performance curve, etc.). Also among evaluators with a great deal of experience (reference evaluators, quality assurance experts) the results in individual cases differ significantly. The evaluators' decisions when assessing a road surface damage are not-determined, which has a major impact on repeatability. The other influences such as the measuring system used, different environmental conditions (weather) and the quality of the surface images are subordinate to this main influence. This could be proven mathematically based on a statistical model. For the statistical calculations, reference values were generated for each condition parameter, i.e. values that were as close to the ground truth as possible for each individual evaluation section. The expectation based on many years of experience was that the evaluations carried out would show only small variations from each other; however, this has been watched in some cases only. In order to derive the expected tolerances for the condition values and to determine limit values, simulations of quality tests on many 2 km long sections were made based on the ZEB evaluation results and their results were classified and evaluated. From this, tolerances that are more practical were derived for both for asphalt and concrete roads and modified limit values were proposed. These are higher than the values previously applicable according to ZTV ZEB-StB. The researcher made a recommendation to adjust the previous limit values upwards depending on the type of proof (proof of approval, quality control test). Based on the knowledge gained in the research project about the influencing factors in TP 3, the use of artificial intelligence for damage detection on surface and front images based on deep learning should also be advanced through further intensive research and development and brought to practical applicability
Erstellung eines Verfahrens zur rechnerischen Dimensionierung und zur Prognose des Verhaltens von Pflasterbefestigungen
Full text linkIm Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Grundlagen für ein Dimensionierungsverfahren zur Prognose der Nutzungsdauer von ungebundenen Pflasterbefestigungen geschaffen. Hierfür wurden sowohl umfangreiche Laborversuche zur Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltes von ungebundenen granularen Baustoffgemischen als auch umfangreiche Sensitivitätsuntersuchungen unter Anwendung der Finiten Elemente Methode sowie großmaßstäbliche Versuche an Pflasterbefestigungen durchgeführt. Die zur Berechnung von dimensionierungsrelevanten Beanspruchungszuständen erforderlichen Modellparameter wurden anhand von Ergebnissen aus Triaxialversuchen zu ermittelt. In Ergänzung zu den Triaxialversuchen wurde untersucht, ob die Beschreibung des elastischen und des plastischen Materialverhaltens mit dem zyklischen Ödometer- und dem CBR-Versuche möglich ist. Zur Kalibrierung und Bewertung des Berechnungsverfahrens wurden großmaßstäbliche Versuche im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden durchgeführt. Dafür wurden zwei Versuchsflächen mit unterschiedlichen Betonpflastersteinen hergestellt Zur Bewertung des Einflusses der versuchstechnisch untersuchten Materialien auf das Gesamtverhalten unterschiedlicher Pflasterbefestigungen wurden mittels der Finiten Elemente Software COMSOL Multiphysics umfangreiche Berechnungen durchgeführt. Neben einem nichtlinear elastischen Stoffmodell wurde außerdem eine Verfahrensweise zur Berechnung bzw. Prognose plastischer Verformungen implementiert. Es ist festzuhalten, dass die Berechnung dimensionierungsrelevanter Größen für die rechnerische Prognose der Nutzungsdauer von Pflasterbefestigungen mittels der Finiten Elemente Methode und unter Anwendung dreidimensionaler Berechnungsmodelle mit implementierten nichtlinear elastischen Stoffmodellen als praxistauglich hinsichtlich des erforderlichen Berechnungsaufwandes zu werten ist.As part of the research project, the foundations were laid for a dimensioning method to predict the service life of unbound pavements. For this purpose, extensive laboratory tests were carried out to investigate the elastic and plastic deformation behavior of unbound granular building material mixtures as well as extensive sensitivity tests using the finite element method and full-scale tests on pavement reinforcement. The model parameters required for the calculation of dimensioning-relevant stress states were determined on the basis of results from triaxial tests. In addition to the triaxial tests, it was investigated whether the description of the elastic and plastic material behavior is possible with the cyclic edometer and CBR tests. To calibrate and evaluate the calculation method, large-scale tests were carried out in the Otto Mohr Laboratory at TU Dresden. Two test surfaces with different concrete paving stones were produced for this purpose. Extensive calculations were carried out using the finite element software COMSOL Multiphysics to evaluate the influence of the tested materials on the overall behavior of different pavers. In addition to a non-linear elastic material model, a method for calculating and predicting plastic deformations was also implemented. It should be noted that the calculation of dimensioning-relevant variables for the computational prediction of the service life of pavements using the finite element method and applying threedimensional calculation models with implemented non-near-elastic material models can be considered practicable with regard to the required calculation effort
Optimierung der Abstände von Anzeigequerschnitten und Messquerschnitten in Streckenbeeinflussungsanlagen
Full text linkStreckenbeeinflussungsanlagen (SBA) werden eingesetzt, um den Verkehrsfluss zu verbessern und die Verkehrssicherheit zu erhöhen. Wesentliche Bestandteile von SBA sind Messquerschnitte (MQ) zur Datenerfassung und Anzeigequerschnitte (AQ) zur Informationsübermittlung an die Verkehrsteilnehmenden. Die Abstände zwischen MQ bzw. AQ sollen so gewählt werden, dass die Grundsätze der Wirtschaftlichkeit eingehalten und die angestrebten verkehrlichen Nutzen erreicht werden. Sowohl für MQ als auch für AQ gibt es Regelabstände, die für die Planung als Orientierung dienen. Die Anordnung der MQ und AQ hängt jedoch auch von den örtlichen Gegebenheiten wie z. B. der Lage von Einfahrten und der Übersichtlichkeit der Trassenführung ab. Daher sind in Deutschland im Vergleich zwischen den SBA teils stark variierende Querschnittsabstände für die Sensorik und Aktorik umgesetzt worden. Eine empirische Überprüfung der Regelabstände wurde bisher nicht durchgeführt.
In der vorliegenden Untersuchung wurde die Wirksamkeit von Harmonisierungs- und Stauwarnungsschaltungen in Abhängigkeit von den MQ- und AQ-Abständen analysiert. Es wurde unter-sucht, inwiefern Abstände von AQ zueinander, Abstände von MQ zueinander sowie die Zuordnung von MQ (als Situationsauslösung) zu einem AQ (als Maßnahmenumsetzung in Form eines Schaltbilds) Auswirkungen auf die Wirksamkeit haben. Im Mittelpunkt stand die Frage, inwieweit kürzere AQ-Abstände die Befolgung von Geschwindigkeitsbeschränkungen erhöhen. Mit dem Untersuchungskonzept ist es grundsätzlich möglich, ggf. vorhandene Wirkungsunterschiede, die sich aus unterschiedlichen AQ- bzw. MQ-Abständen von SBA ergeben, zu analysieren. Eine absolute Nutzenbetrachtung ist nur über Vorher-Nachher-Vergleiche für neu realisierte Anlagen möglich.
Empirische Analysen von lokalen Verkehrsdaten der SBA, Einzelfahrzeugdaten aus Floating Car Data (FCD) und Trajektorien aus Luftbildanalysen zur systematischen Bewertung der Wirkung von AQ-Abständen auf die Verkehrsqualität haben für unterschiedliche AQ-Abstände grundsätzlich eine gute Befolgung der angezeigten Geschwindigkeitsbeschränkungen ab 100 km/h aufwärts gezeigt. Die Anzeigen restriktiverer Geschwindigkeitsbeschränkungen wurden weniger gut befolgt. Restriktive Geschwindigkeitsbeschränkungen in SBA werden im Rahmen von Stauwarnungen (Stautrichterung) oder zur Harmonisierung – als präventive Maßnahme zur Vermeidung oder Verzögerung von kritischen Verkehrszuständen – verwendet. Restriktive Geschwindigkeitsbeschränkungen während Stauwarnungen wurden besonders häufig deutlich überschritten. Insgesamt konnten keine Wirkungsunterschiede hinsichtlich der Befolgung von SBA-Schaltungen bei unterschiedlichen AQ-Abständen nachgewiesen werden. Daher liefern die empirischen Analysen keine Indizien für einen zusätzlichen Nutzen kürzerer AQ-Abstände für den Verkehrsablauf. Aus den Ergebnissen der empirischen Analyse lassen sich daher keine von den bereits geltenden Vorgaben der RWVA (1997) abweichenden Empfehlungen für einen verkehrstechnisch sinnvollen AQ-Abstand ableiten.
Mittels einer Simulation stellte sich die Lage des MQ stromabwärts des zugehörigen AQ als verkehrstechnisch günstiger heraus als eine Lage des MQ auf gleicher Höhe oder stromaufwärts des AQ. Eine schnellere Datenübertragung und -verarbeitung sowie die räumliche Verdichtung von Messquerschnitten innerhalb der SBA kann die zeitliche und räumliche Präzision der Schaltung verbessern. Bei einer Stauwarnung könnten so mehr Fahrzeuge rechtzeitig mit der Warnung erreicht werden und bei Harmonisierungsschaltungen sind die Schaltbilder aktueller, wodurch ggf. die Befolgung der Verkehrsteilnehmenden verbessert wird. Es wird empfohlen, beim Neuentwurf oder Ausbau bestehender SBA den Fokus auf die Verdichtung von MQ zu legen. Bei größeren AQ-Abständen wird in den RWVZ (FGSV, 1997) bereits geraten, eine Verdichtung der MQ zu prüfen.
Da eine Sicherheitswirkung von Gefahrenwarnungen durch erhöhte Aufmerksamkeit oder Bremsbereitschaft der Verkehrsteilnehmenden auch bei geringer Befolgung der Geschwindigkeitsbeschränkungen zu vermuten ist, werden weitergehende Untersuchungen zur Verkehrssicherheitswirkung von SBA empfohlen.Line control systems (LCS) are used to improve traffic flow and to increase road safety. The main components of LCS are measurement cross-sections (MCS) for data collection and display cross-sections (DCS) for giving information to the road users. The distances between MCS and DCS should be selected in such a way that the principles of economic efficiency are complied with and the desired traffic benefits are achieved. For both MCS and DCS, standard distances are defined, which serve as a guide for planning. The arrangement of the MCS and DCS also depends on the local conditions, such as the location of entrances and the clarity of the road. For this reason, the distances between cross-sections for sensors and actuators that were implemented in Germany vary significantly between the LCS. An empirical review of the standard distances has not yet been carried out.
In the present study, the effectiveness of control measures for traffic flow harmonization and congestion warning was analyzed as a function of the distances between MCS and DCS. It was investigated to what extent distances between DCS, distances between MCS and the assignment of a MCS (as situation trigger) to an DCS (as control measure implementation by sign settings) have an impact on effectiveness. The focus was the extent to which shorter DCS distances increase the compliance of speed limits. With the study concept, it is basically possible to analyze any existing differences in effect resulting from different DCS or MCS distances of LCS. An absolute benefit analysis is only applicable via before-and-after comparisons for newly implemented LCS.
Empirical analyses of local traffic data from the LCS, Floating Car Data (FCD) and trajectories from aerial image analyses for the systematic evaluation of the effect of AQ distances on traffic quality have generally shown good compliance with the indicated speed limits from 100 km/h upwards for different DCS distances with average exceedances of less than 10 km/h. The displays of more restrictive speed limits were less well complied with. Restrictive speed limits in LCS are also used in the context of traffic flow harmonization as preventive measures to avoid or delay critical traffic conditions. Low speed limits during congestion warnings were exceeded most significantly. Overall, no differences in the effect of following LCS switchings at different DCS distances could be verified. Therefore, the empirical analyses do not provide any indications of an additional benefit of short DCS distances for traffic flow. The results of the empirical analysis therefore do not lead to any recommendations for a reasonable DCS distance from a traffic engineering point of view that deviate from the existing specifications of the German guideline RWVA (FGSV, 1997).
By means of simulation, a location of the MCS downstream of the associated DCS was found to be more favorable than a location of the MCS at the same location or upstream of the DCS. Faster data transmission and processing as well as the spatial densification of MCS within the LCS can improve the temporal and spatial accuracy of the control. In the case of a congestion warning, more vehicles could be reached in short time with the warning and, in the case of traffic flow harmonization, the switching patterns are more up-to-date, which may improve the compliance of road users.
It is recommended to focus on reducing the distances between DCS when designing new or expanding existing LCS. For larger DCS distances, the German guideline RWVZ (FGSV, 1997) already advises checking the compaction of MCS.
Since a safety effect of hazard warnings can be assumed due to increased attention or willingness of the road users to slow down even if the speed limits are not complied with, further studies on the road safety effect of LCS are recommended
Gestaltung innerörtlicher Verkehrswegenetze
Full text linkDas übergeordnete Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung einer konsistenten, übertragbaren Methode zur Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswegenetze für den Kfz-Verkehr, den Radverkehr und den Fußverkehr, die die Anforderungen der Netzgestaltung und der Straßenraumgestaltung integriert. Die Entwicklung von Liniennetzen für den öffentlichen Verkehr ist nicht Gegenstand des Projekts. Die Methode soll aber die Belange des straßengebundenen ÖV berücksichtigen, die sich aus vorhandenen oder geplanten Liniennetzen ergeben. Die Methode soll die RIN-Methode zur funktionalen Gliederung (RIN 2008) weiterentwickeln und an zwölf Untersuchungskommunen getestet werden.
Um das Projektziel zu erreichen, wird zunächst der nationale und internationale Stand der Verkehrswegenetzgestaltung in Forschung und Praxis in einer Literaturanalyse dargestellt und darauf aufbauend Anforderungen an innergemeindliche Verkehrswegenetze systematisiert. Darauf folgt eine analytische und empirische Untersuchung in der die Ausgangssituation 12 unterschiedlich großer Untersuchungskommunen in Deutschland betrachtet wird. Mit Hilfe öffentlich zugänglicher Daten wird eine Datenbasis für die Erstellung digitaler Netzmodelle für die Untersuchungskommunen geschaffen. Die Modelle werden durch kommunenspezifische Daten ergänzt. In einer Analyse der Eigenschaften der Netze werden diese auf Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Besonderheiten untersucht. Um Aussagen zu den Möglichkeiten und Grenzen der bisherigen RIN-Methode zu erhalten, wird die RIN-Methode für innergemeindliche Verkehrswegenetze angewendet und die Ergebnisse mit Planenden aus den Untersuchungskommunen diskutiert. Die Vorgehensweise entspricht dabei einer einheitlichen Operationalisierung der Methode ohne kommunenspezifische Anpassungen. Dadurch soll der Aspekt der Übertragbarkeit berücksichtigt werden. Die Analyse der RIN-Anwendung ist dann Grundlage für die Entwicklung einer geeigneten Methode zur Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswegenetze.
Die Methode sieht zunächst die Entwicklung sektoraler Netze für jede Verkehrsart (Kfz, Rad, ÖV, Fuß) vor. Für den Kfz- und Radverkehr liefert die Methode eine Weiterentwicklung und Konkretisierung der bisherigen RIN-Methode. Wesentliche Änderungen ergeben sich bei der
• Abgrenzung und dem Detailgrad des Untersuchungsraums,
• Ermittlung einer geeigneten Anzahl, räumlichen Verteilung und verkehrlichen Bedeutung von Schwerpunkten als innergemeindliche Quellen und Ziele relevanter Verbindungen,
• Auswahl geeigneter Zugangspunkte zum Verkehrswegenetz.
Zur Konkretisierung dieser Änderungen werden verschiedene Ansätze getestet, um dann möglichst allgemeingültige Regeln daraus ableiten zu können. Die Netze für den Kfz- und Radverkehr werden schließlich über die Auswahl relevanter innergemeindlicher und zwischengemeindlicher Verbindungen unter Berücksichtigung der vorhandenen und geplanten Verkehrswegeinfrastruktur abgeleitet.
Für den Fußverkehr wird ein gänzlich neuer und von den RIN abweichender Ansatz vorgeschlagen, der standortbasiert die Bedeutung des Fußverkehrs aus den unmittelbaren Umfeldnutzungen ableitet. Verbindungen spielen bei diesem Ansatz lediglich eine nachgeordnete Rolle.
Im Anschluss an die Ermittlung der sektoralen Netze erfolgt eine verkehrsartenübergreifende Betrachtung. Dazu werden die sektoralen Netze für den Kfz-, Rad- und Fußverkehr, sowie die vorgegebenen Liniennetze des öffentlichen Verkehrs überlagert. Ergebnis der Überlagerung sind Anforderungen an die Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswege. Durch die Analyse der Überlagerungen können potenzielle Konflikte auf Strecken und an Knotenpunkten identifiziert werden, an denen die Einhaltung der Anforderungen geprüft werden muss. Für Straßenabschnitte, bei denen ein Konflikt identifiziert wurde, müssen dann geeignete Maßnahmen untersucht werden. Hier sollte sich die Vorgehensweise am Konzept der Entwurfssituationen (RASt 2006) orientieren, das eine Verknüpfung der Netzgestaltung nach den RIN (2008) mit der Straßenraumgestaltung ermöglicht. Dies bedarf einer Weiterentwicklung der Entwurfssituationen.The overall objective of the project is to develop a consistent, general method for the design of urban road networks for car traffic, bicycle traffic and pedestrian traffic, which integrates the requirements of network design and road space design. The development of line networks for public transport is not the subject of the project. However, the method is supposed to consider the needs of road-based public transport resulting from an existing or planned line network. The method shall enhance the RIN method for functional network structuring (RIN 2008) and is to be tested in twelve municipalities.
To achieve the project objective, the national and international state of transport network design in research and practice is presented in a literature analysis and, based on this, requirements for inner-municipal transport networks are systematised. This is followed by an analytical and empirical examination of the situation in 12 municipalities of different sizes in Germany. Using publicly available data, a database is created for the development of digital network models for the investigated municipalities. The models are supplemented by municipality-specific data. The characteristics of the networks are analysed for similarities, differences and special features. To obtain information on the capabilities and limitations of the existing RIN method, the RIN method is applied to intra-municipal transport networks and the results are discussed with planners from the investigated municipalities. The procedure applies a general operationalisation of the method without any municipality-specific adaptations. In this way, the aspect of transferability is considered. The analysis of the RIN application then forms the basis for the development of a suitable method for designing inner-municipal transport networks.
The method starts by developing sectoral networks for each means of transport (car, bicycle, public transport, walking). For car and bicycle traffic, the method provides a further development and concretisation of the existing RIN method. There are substantial changes in
• the definition and level of detail of the study area,
• determining a suitable number, spatial distribution and traffic significance of focal points as intra-municipal origins and destinations of relevant connections,
• the selection of suitable access points to the transport network.
To specify these modifications, various approaches are tested to derive rules that are as generally applicable as possible. Finally, the networks for car and bicycle traffic are developed by selecting relevant intra-municipal and inter-municipal connections, considering the existing and planned transport infrastructure.
For pedestrian traffic, a new approach is proposed that differs from the RIN in that it derives the importance of pedestrian traffic from the immediate surrounding. Connections only play a minor role in this approach.
Following the determination of the sectoral networks, a cross-sectoral analysis is carried out. For this purpose, the sectoral networks for car, bicycle and pedestrian traffic as well as the pre-determined line networks for public transport are superimposed. The results of the superimposition are requirements for the design of inner-community transport ways. By analysing the overlapping, potential conflicts can be identified on roads and at junctions where the compliance with the requirements must be checked. Suitable measures must then be analysed for road sections where a conflict has been identified. The procedure for this should be based on the concept of design situations (RASt 2006), which facilitates an interlinking of the network design according to the RIN (2008) with the road space design. This requires further development of the design situations
Ermittlung von Grundlagen und Bewertungsmethoden einer Ökobilanz des Straßenwinterdienstes
Full text linkWesentliche Aufgabe des Winterdienstes ist die Gewährleistung von Sicherheit und Verkehrsfluss für Personen- und Güterverkehr in Perioden mit winterlichen Witterungsbedingungen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde eine einfache Methode für die Ökobilanzierung des Straßenwinterdienstes entwickelt und in Form eines intuitiv bedienbaren Excel-Tools für interessierte Kreise anwendbar gemacht. Der im Projekt betrachtete Straßenwinterdienst umfasste dabei den Winterdienst auf Außerortsstraßen, insbesondere Autobahnen und Bundesstraßen.
Im ersten Schritt des Projekts wurden Ökobilanzstudien zum Winterdienst ausgewertet und daraus die methodischen Grundlagen des ÖkoWin-Tools abgeleitet. Ergänzend zur Literaturauswertung wurden Interviews mit Praxisakteuren geführt. Eine Auswertung aktueller Literatur zu ökotoxischen Wirkungen aus der Ausbringung von Streumitteln vervollständigt das Bild der Umweltauswirkungen. Die Entwicklung des ÖkoWin-Tools erfolgte im zweiten Schritt. Zentrale Zielgruppe des Tools sind Akteure, die für den Winterdienst verantwortlich sind, wie z. B. Autobahn- und Straßenmeistereien sowie Bauhöfe und Akteure, die Entscheidungen zur Beschaffung von Streumitteln und Winterdiensttechnik treffen. Sie können mit dem ÖkoWin-Tool die potenziellen Umweltauswirkungen ihrer Winterdienstaktivitäten bestimmen, sie können ermitteln, welche Prozesse die höchsten Beiträge zu den Umweltauswirkungen verursachen und welche Potenziale in Optimierungsmaßnahmen stecken. Das ÖkoWin-Tool ermöglicht die Erstellung individueller Ökobilanzen in sechs Schritten. Die Ökobilanzierung erfolgt in Bezug auf eine entsprechend der Fragestellung festzulegende funktionelle Einheit, das ist eine Bezugsgröße mit räumlicher und zeitlicher Komponente, beispielsweise die Winterdienstaktivitäten für die gesamte betreute Streufläche über eine bestimmte Winterperiode. Anwender und Anwenderinnen müssen die Primärdaten zu den Kernprozessen ihrer Winterdienstaktivitäten in das Tool eingeben (z. B. Verbrauch an Streumitteln und Kraftstoffen). Im ÖkoWin-Tool sind die Emissionsfaktoren zu den Vor- und Nachketten (z. B. die Herstellung von Streumitteln und Kraftstoffen, Emissionen der Ausbringung) für die Berechnung der potenziellen Umweltauswirkungen hinterlegt.
Insgesamt eignet sich die Methode der Ökobilanz sehr gut, um Optimierungspotenziale für die Durchführung des Winterdienstes innerhalb einer Meisterei oder eines Bauhofes zu identifizieren. Dagegen ist ein direkter Vergleich des Winterdienstes unterschiedlicher Meistereien bzw. generell von unterschiedlichen Organisationen, die den Winterdienst durchführen, auf Basis einer Ökobilanz nur sehr eingeschränkt oder gar nicht möglich. Ebenso gibt es verschiedene Auswirkungen des Winterdienstes, die mit der Methode der Ökobilanz aufgrund offener methodischer Fragen und fehlender Daten zumindest derzeit nicht abgebildet werden können. Darunter fallen potenzielle ökotoxische Wirkungen insbesondere aus der Ausbringung der Streumittel. Ebenso können potenzielle negative Wirkungen auf Bauwerke und Fahrzeuge, die Reparaturen und Ersatzmaßnahmen notwendig machen und darüber Umweltauswirkungen verursachen, nicht berücksichtigt werden. Auch die Effekte des Winterdienstes auf den Verkehrsfluss können mit der Methode Ökobilanz derzeit nicht abgebildet werden.The main task of winter road maintenance is to ensure the safety and flow of passenger and goods traffic during periods of wintry weather conditions. In the present research project, a simple method for the life cycle assessment of winter road maintenance was developed and made applicable for interested parties in the form of an intuitively usable Excel tool. The winter road maintenance service considered in the project comprised winter road maintenance on roads outside built-up areas, in particular freeways and federal trunk roads.
In the first step of the project, life cycle assessment studies on winter road maintenance were evaluated and the methodological basis of the ÖkoWin tool was derived from them. In addition to the literature review, interviews with practitioners were conducted. An evaluation of current literature on ecotoxic effects from the application of gritting materials completes the picture of environmental impacts. The development of the ÖkoWin tool took place in the second step. The central target group of the tool are actors responsible for winter road maintenance, such as highway and road maintenance depots as well as building yards and actors who make decisions on the procurement of gritting materials and winter road maintenance equipment. They can use the ÖkoWin tool to determine the potential environmental impacts of their winter maintenance activities, identify which processes cause the highest contributions to environmental impacts, and identify the potential for optimization measures. The ÖkoWin tool enables the creation of individual life cycle assessments in six steps. The life cycle assessment is carried out in relation to a functional unit to be defined according to the question, i.e. a reference value with spatial and temporal components, e.g. the winter road maintenance activities for the entire managed gritting area over a specific winter period. Users must enter primary data on the core processes of their winter maintenance activities into the tool (e.g. consumption of gritting materials and fuels). The ÖkoWin tool stores the emission factors for the upstream and downstream chains (e.g. the production of gritting materials and fuels, emissions from spreading) for calculating the potential environmental impact.
Overall, the LCA method is very well suited to identify optimization potential for the implementation of winter maintenance within a master workshop or a building yard. In contrast, a direct comparison of the winter maintenance of different master workshops or, in general, of different organizations that carry out winter maintenance, on the basis of an LCA is only possible to a very limited extent or not at all. Similarly, there are various impacts of winter road maintenance that cannot be mapped using the LCA method due to open methodological questions and a lack of data, at least at present. These include potential ecotoxic effects, particularly from the application of gritting materials. Likewise, potential negative effects on structures and vehicles, which necessitate repairs and replacement measures and cause environmental impacts as a result, cannot be taken into account. The effects of winter road maintenance on traffic flow can also not be mapped with the LCA method at present
Prüfverfahren für Sensoren zur Messung von Fahrbahnzuständen – Grundlagenuntersuchungen zur Kalibrierung der berührungslosen Messung von Fahrbahnoberflächentemperaturen
Full text linkEine effiziente Winterdienststeuerung setzt voraus, dass die Oberflächentemperatur der Fahrbahn bekannt ist. Effizient bedeutet, dass die Fahrbahn rechtzeitig, bevor es glatt wird, und sparsam (nur so viel Salz wie tatsächlich notwendig) gestreut wird. Die Fahrbahnoberflächentemperatur wird dabei gegenwärtig hauptsächlich mit fahrbahnintegrierten Temperatursensoren gemessen. Aufgrund des leichteren Zugangs zur Wartung, ohne den Verkehr zu beeinflussen, und der Möglichkeit zum mobilen Einsatz sollen berührungslos arbeitende Strahlungsthermometer eingesetzt werden. In stationären Straßenwetterstationen kommen beide Thermometer zum Einsatz. Dabei haben die Messungen gezeigt, dass zwischen den beiden Thermometerprinzipien Differenzen der gemessenen Temperaturen auftreten. Diese Differenzen sind nicht reproduzierbar und nicht systematisch, vor allem bei Änderung der Umgebungsbedingungen. Die Abweichungen zwischen den Messmethoden, aber auch gleichen Thermometerprinzipien (z.B. wegen verschiedener Hersteller) sind teilweise so groß, dass die Entscheidungen für den Einsatz des Winterdienstes unterschiedlich ausfallen würden.
Im Projekt sollte deshalb eine theoretisch-physikalische Betrachtung der Temperaturmessung der Fahrbahnoberfläche dabei helfen, die Abweichungen zu erklären und einzelne Einflussbeiträge zu quantifizieren. Für die systematischen Untersuchungen der verschiedenen Einflussgrößen wurde ein Prüfstand gebaut, in dem eine reproduzierbare Fahrbahnoberflächentemperatur als Referenztemperatur bereitgestellt werden kann. Im Prüfstand können einzelne Umgebungsbedingungen wie Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und kurzwellige Sonnenstrahlung reproduzierbar unabhängig voneinander eingestellt werden. Diese Umgebungsbedingungen wurden nach statistischen Berechnungen aus Messdaten einer Straßenwetterstation ausgewählt, da sie nachweislich einen direkten Einfluss auf die Abweichung der gemessenen Temperaturen haben.
Der Prüfstand enthält einen Bohrkern einer Fahrbahnprobe. Dessen Oberfläche wird mit Hilfe eines Flüssigkeitsbades im Temperaturbereich von -10 °C bis 10 °C temperiert; zum feinen Temperaturabgleich kommen zusätzliche Heizstäbe zum Einsatz. In die Fahrbahnprobe wurden drei Mantelwiderstandsthermometer mit einem kleinen Durchmesser (1 mm) axial an unterschiedlichen Höhen positioniert (radial bis zur Mitte der Fahrbahnprobe). Aus den gemessenen Temperaturen wird eine axiale Temperaturverteilung der Fahrbahnprobe berechnet und mathematisch auf die Temperatur der Fahrbahnoberfläche extrapoliert. Diese extrapolierte Temperatur dient als Referenztemperatur für die Temperaturmessung mit einem Strahlungsthermometer. Im Prüfstand können damit verschiedene Temperaturzyklen eingestellt werden, auf der Fahrbahnoberfläche kann eine Eisbildung erfolgen. Zusätzlich werden systematisch die Umgebungsbedingungen variiert. Die dabei auftretenden reproduzierbaren Abweichungen zwischen der Referenztemperatur und der mit dem Strahlungsthermometer gemessenen Temperatur werden mit den zugehörigen Messunsicherheiten ausgewertet und daraus auf die Straße übertragbare Erkenntnisse abgeleitet.
Nach der Berücksichtigung der Einflussfaktoren, welche die Strahlungstemperaturmessung verfälschen können, konnten die Abweichungen der Oberflächentemperaturmessung der Fahrbahnprobe mit dem Strahlungsthermometer zu der extrapolierten Referenztemperatur auf ca. 100 mK im untersuchten Temperaturbereich von -10 °C bis 10 °C reduziert werden. Es wurden ein Modell zur Beschreibung der Einflussgrößen auf die Fahrbahntemperaturmessung und eine Verfahrensanweisung zur Kalibrierung der eingesetzten Sensoren erstellt.Efficient winter maintenance control requires that the surface temperature of the roadway is known. Efficient means that the road is spread in good time, before it becomes icy, and sparingly (only as much salt as is actually necessary). Currently, the road surface temperature is mainly measured with temperature sensors integrated into the road surface. Due to easier access for maintenance without affecting traffic and the possibility of mobile use, they should be replaced by non-contact radiation thermometers. Both thermometers are used in stationary road weather stations.
In this context, the measurements have shown that there are differences in the measured temperatures between the two thermometer principles. These differences are not reproducible and not systematic, mainly when environmental conditions change. The discrepancy between the measurement methods, but also between the same thermometer principles (e.g., because of different manufacturers) are sometimes so large that the decisions for the use of the winter road maintenance would be different.
In this project, therefore, a theoretical-physical examination of the temperature measurement of the road surface was to help explain the discrepancies and quantify individual factors influencing them. For systematic investigations of the diverse influencing factors, a test bench was built in which a reproducible road surface temperature can be provided as a reference temperature. Specific ambient conditions independent of each other such as air temperature, wind speed and short-wave solar radiation can be reproducibly set in the test bench. These ambient conditions were selected according to statistical calculations of measurement data from a road weather station. The ambient conditions have a direct influence on the discrepancy of the measured temperatures.
The test bench contains a drill core of a road sample. The surface is tempered in the temperature range from - 10 °C to 10 °C with the aid of a liquid bath; additional heating rods are used for fine temperature adjustment. Three sheath resistance thermometers with a small diameter (1 mm) were positioned axially at different heights in the road sample (radially to the center of the road sample). An axial temperature distribution of the road sample is calculated from the measured temperatures and mathematically extrapolated to the temperature of the road surface. This extrapolated temperature will be used as a reference temperature for the temperature measurement with a radiation thermometer. In the test bench, different temperature cycles can be set, and ice formation can occur on the road surface. In addition, the environmental conditions can be varied systematically. The resulting reproducible discrepancies between the reference temperature and the temperature measured with the radiation thermometer are evaluated in terms of their measurement uncertainties. Transferable information for the road surface temperature will be derived from this.
After considering the influencing factors that can affect the radiation temperature measurement, the discrepancy of the surface temperature measurement of the pavement sample with the radiation thermometer to the extrapolated reference temperature could be reduced to about 100 mK in the investigated temperature range from -10 °C to 10 °C. A model for the description of the influencing variables on the road temperature measurement and a calibration guideline for the sensor used were created
Advertisement on vehicles
Full text linkDer Straßenraum ist für Werbetreibende seit jeher ein attraktiver Bereich, um Aufmerksamkeit auf die eigenen Produkte, Marken oder Dienstleistungen zu lenken. Durch verbesserte und billiger werdende Technik wie LED rücken zunehmend auch Fahrzeuge als mögliche Werbeträger in den Fokus und müssen im Hinblick auf ihre möglichen, negativen Einflüsse auf die Verkehrssicherheit und den Verkehrsfluss bewertet werden.
Zur (technischen) Regelung von entsprechenden Anbauten wurden im Zuge des vorliegenden Projektes u. A. Aspekte der Darstellung, Anbringung und möglichen Beeinträchtigung von Verkehrsteilnehmenden diskutiert und die Vorschriftenlage erläutert. Im Bereich der Sensorik und Lichttechnik liegen bereits durchaus brauchbare Lösungen vor, die in ihren Einflüssen aber noch nicht ausreichend abgeschätzt wurden. Merkmale wie die Leuchtdichte, die Farbigkeit und die Veränderlichkeit (d. h. die Darstellung bewegter Inhalte) werden bezüglich ihrer Relevanz für den Straßenverkehr thematisiert und mit Erkenntnissen aus der theoretischen Betrachtung und der Empirie untermauert.
In zwei getrennten Versuchsteilen wurden anschließend zum einen die Störwirkung durch Blendung (in einer nächtlichen Versuchsumgebung) und zum anderen die Ablenkungswirkung (bei Tagessichtbedingungen und jeweils auf Stadt- und Autobahnstrecken) untersucht. Neben Paarvergleichen und Einzelratings wurden umfangreiche Simulatorversuche durchgeführt, an denen jeweils 42 Versuchspersonen teilnahmen.
In die Betrachtung der Störwirkung durch Blendung flossen Faktoren wie die Veränderlichkeit, die Leuchtdichtestruktur und die Farbigkeit ein und wurden entsprechend variiert. Aus der subjektiven Blendbewertung durch die Versuchspersonen ließen sich eine höhere Ablenkung durch veränderliche, inhomogene sowie farbige Darbietungen innerhalb der Störwirkung im Vergleich zu unbunten und homogenen Flächen zeigen. Einzelne Einflüsse auf das Fahrverhalten waren ebenfalls zu beobachten. Des Weiteren zeigte sich, dass eine Blendbewertung von fahrzeuggetragener Werbung prinzipiell mittels etablierter Maße plausibel möglich ist und zukünftig mindestens die Merkmale Flächenleuchtdichte, Flächengröße, die Umgebungshelligkeit und innere Darstellungsinhalte wie die Veränderlichkeit beinhalten sollte.
Die Ablenkungswirkung wurde in Bezug auf das Fahrverhalten, die Blickbewegungen und die selbstberichtete Beanspruchung während verschiedener Szenarien untersucht, in denen die Versuchspersonen Lkw mit Heckwerbung hinterherfuhren. Die Anzeigen wurde dabei bezogen auf die Veränderlichkeit (statisch vs. Wechseldarstellung vs. dynamisch) und die Relevanz (relevant vs. nicht relevant) variiert. Vor allem in der städtischen Umgebung ließ sich über mehrere Blickbewegungsmaße hinweg zeigen, dass von dynamischerer Werbung ein höheres Ablenkungsrisiko ausgeht. In einigen Szenarien wurde den Versuchspersonen die Möglichkeit zum Überholen gegeben, hier fuhren sie bei wechselnden Darstellungen näher an den Lkw heran und überholten bei relevanten knapper.
Durch die empirischen Untersuchungen konnten eine Reihe von Einflussfaktoren durch digitale Werbung an Fahrzeugen identifiziert werden, deren gleichzeitiges Auftreten in einem sogenannten Worst-Case-Szenario durchaus dazu führen kann, dass erhebliche Risiken für die beteiligten Verkehrsteilnehmenden bestehen. Um die reellen Konsequenzen, z. B. bezogen auf das Unfallrisiko durch digitale Werbesysteme an Fahrzeugen, abschätzen zu können, bedarf es weiterer Forschung und alternativer Forschungsansätze.Public roads have always been an attractive area for advertisers to draw attention to their products, brands or services. Due to improved and cheaper technology such as LEDs, vehicles are increasingly coming into focus as potential advertising media. This new advertising spaces must be evaluated with regard to their possible negative impact on traffic safety and traffic flow.
For the (technical) regulation of corresponding attachments, aspects such as the display, the installation and possible impairment of road users were discussed in the course of this project. Furthermore, the regulatory situation was explained. There are already viable solutions in the field of sensor and lighting technology, but their impact has not yet been sufficiently assessed. Characteristics such as luminance, color and variability (i. e. the amount of moving of the content displayed) are discussed in terms of their relevance for road traffic and substantiated with findings from theoretical and empirical studies.
In two separate experimental parts, the disruptive effect of glare (in a night-time test environment) and the distraction effect (in daytime visibility conditions and on city as well as highway routes) were then investigated. In addition to pair comparisons and individual ratings, extensive simulator tests were carried out. In each of the experimental parts 42 test subjects took part.
Factors such as variability, luminance structure and color were taken into account and varied accordingly when considering the disruptive effect of glare. The subjective glare assessment by the test subjects showed clear indications of greater distraction within the disruptive effect compared to achromatic and homogeneous surfaces. Occasional influences on driving behavior were also observed. Furthermore, it was shown that a glare assessment of vehicle-mounted advertising is in principle plausibly possible using established measures and should in future include at least the characteristics of surface luminance, surface size, ambient brightness and internal display content such as variability.
The distraction effect was examined in relation to driving behavior, eye movements and self-reported stress during various scenarios. The test subjects had to drive behind trucks with rear advertising, which was varied in terms of variability (static vs. alternating vs. dynamic) and relevance (relevant vs. non-relevant). Particularly in the urban environment, several measures of eye movement showed that dynamic advertising poses a higher risk of distraction. In some scenarios, the test subjects were given the opportunity to overtake; in this case, they drove closer to the truck with changing displays and overtook more closely with relevant displays.
The empirical studies identified a number of factors influenced by digital advertising on vehicles. The simultaneous occurrence of those could – in a worst-case scenario – lead to considerable risks for the road users involved. Therefore, further research and alternative research approaches are needed to assess the real-life consequences, e. g. the risk of accidents caused by digital advertising systems on vehicles
Monitoring of the rate of drivers using lights during daytime in Germany (Survey 2023/2024)
Full text linkDas Fahren mit Licht am Tag ist in allen europäischen Ländern heute bereits vom Gesetzgeber zugelassen oder verpflichtend. Das gemeinsame Ziel dieser Regelungen ist die Reduktion der Verkehrsunfälle allgemein, sowie eine Verringerung der Anzahl und Schwere der verunglückten Personen im Straßenverkehr. Aus diesem Grund wird auch in Deutschland das Fahren mit Licht am Tag seit dem 1. Oktober 2005 vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) empfohlen.
Zur Überprüfung des Erfolges dieser Empfehlung sowie zur Bewertung der Sicherheitsgewinne durch das Fahren mit Licht am Tag wurde im Jahr 2007 erstmals eine Erfassung der Lichteinschaltquoten am Tag durchgeführt. Seitdem werden diese Erhebungen in regelmäßigen Abständen wiederholt, um Veränderungen im Verhalten der Verkehrsteilnehmer in Bezug auf das Fahren mit Licht am Tag zu dokumentieren. Der vorliegende Bericht beschreibt die Vorgehensweise der aktuellen Erhebung und stellt die Ergebnisse als Fortschreibung der Lichteinschaltquoten für das Erhebungsjahr 2023/2024 dar. Der Vergleich der aktuellen Erhebung mit den Ergebnissen früherer Erhebungen zeigt, dass die standardisierten Lichteinschaltquoten am Tag für Lkw wie in den Vorjahren über alle Erhebungsintervalle und Ortslagen weiter gestiegen sind. Auch Pkw, für die sich an den Ortslagen Autobahn und Innerorts zum Erhebungszyklus 2021/2022 hin eine deutliche Abflachung des Trends der stetigen Zunahme zeigte, weisen aktuell wieder eine Zunahme der Lichteinschaltquoten auf. Im Querschnitt ergibt sich für Pkw aktuell eine Steigerung von 81,0 % auf 84,3 % und für Lkw eine Steigerung von 82,9 % auf 86,7 % im Vergleich zur letzten Erhebung.Today in European countries driving with lighting during daytime is already allowed or even mandatory for car drivers. The main aim of this regulation is to reduce the number of traffic accidents in general and to reduce the number of killed and injured road users. For this reason, the German Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development released a recommendation in October 2005 that asks drivers in Germany to use their vehicle lighting also during daytime.
To check the achievement of this recommendation and to evaluate the improvement of road safety, the rate of drivers using lighting during daytime was investigated in a first survey in 2007. Since then the survey has been repeated at regular intervals to document the development of the behaviour of car drivers according to driving with vehicle lighting during daytime. The present report describes the current survey and presents the results for the daytime light activation rates for 2023/2024. A comparison of the current survey with the results of previous surveys shows that, as in previous years, the standardised daytime light activation rates for trucks have continued to rise across all survey intervals and locations. Passenger cars, for which a clear flattening of the trend of steady increase was evident at the motorway and inter-city locations towards the 2021/2022 survey period, are currently also showing an increase in daytime light activation rates again. In the cross-section, there is currently an increase from 81.0 % to 84.3 % for cars and an increase from 82.9 % to 86.7 % for trucks compared to the last survey
Ageing resistance of asphalts using reclaimed asphalt pavement, in particular with the use of rejuvenators
Full text linkDie Wiederverwendung von Asphalt, durch die Zugabe von Asphaltgranulat bei der Herstellung von Asphaltmischgut, stellt die höchstwertige Verwendung von Ausbauasphalt dar. Das im Asphaltgranulat enthaltene Bitumen wird durch Alterungsvorgänge härter, macht sich als Erhöhung des Erweichungspunktes Ring und Kugel bemerkbar und gilt als ein Kriterium für die generelle Verwendung bzw. die Zugabemenge von Asphaltgranulat. Gegen diese Auswirkungen der Alterung werden frische Bindemittel oder Rejuvenatoren (Verjüngungsmittel) eingesetzt.
Der Einsatz von Rejuvenatoren bei der Wiederverwendung von Asphalt wurde währende der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes mit den Hinweisen zur Anwendung von Rejuvenatoren bei der Wiederverwendung von Asphalt (H Re WA) in das straßenbautechnische Regelwerk aufgenommen. Das Forschungsprojekt FE 07.0250/2011/LRB hat dazu erste Ansätze und Rahmenbedingungen zum Einsatz von Rejuvenatoren an der Asphaltmischanlage geliefert. Außerdem hat es, in Bezug auf das Bindemittel, Unterschiede der rheologischen Eigenschaften und des Alterungsverhaltens von Gemischen aus rückgewonnenem Bindemittel aus Asphaltgranulat und unterschiedlichen Rejuvenatoren aufgezeigt. Auf Asphaltmischgutebene konnten vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Performance-Eigenschaften zwischen Asphalten mit Asphaltgranulat und lieferfrischem Bitumen sowie Asphalten mit Asphaltgranulat und Rejuvenatoren festgestellt werden.
Das Alterungsverhalten von Asphalten unter Verwendung von Asphaltgranulat und Rejuvenatoren sowie der zeitliche Verlauf der Wirksamkeit von Rejuvenatoren wurden noch nicht untersucht und sind Bestandteil dieses Forschungsprojektes.
Dazu sind drei verschiedene Asphaltsorten (Asphaltdeckschicht, -binderschicht und -tragschicht) mit unterschiedlichen Asphaltgranulaten und verschiedenen Asphaltgranulatanteilen hergestellt worden. Für die Herstellung der Asphaltmischgüter sind jeweils arten- und sortenreine Asphaltgranulate verwendet worden. Die in den Mischgütern enthaltenen Bindemittel der Asphaltgranulate wurden zum einen mit einem weichen Bindemittel 160/220 (Referenzvariante R0) und zum anderen mit bis zu drei unterschiedlichen Rejuvenatoren (R1 bis R3) während der Herstellung verjüngt. So sollte die Leistungsfähigkeit der herzustellenden Asphalte verbessert werden.
Zur Bestimmung der Bindemitteleigenschaften wurden die resultierenden Bindemittel aus den Asphaltvarianten rückgewonnen und mit konventionellen (EP RuK, Nadelpenetration, Brechpunkt nach Fraaß) sowie dem Bitumen-Typisierungs-Schnellverfahren im DSR untersucht.
Für die Asphaltvarianten wurde mittels Spaltzug-Schwellversuch die Steifigkeit (alle Schichten) und das Ermüdungsverhalten (nur Asphalttragschicht) bestimmt. Das Kälteverhalten der verschiedenen Asphalte wurde mit dem Abkühlversuch (TSRST) und dem Einaxialen Zugversuch (UTST) ermittelt. An den Varianten der Asphaltdeckschicht und –binderschicht wurde der Einaxiale Druckschwellversuch zur Bestimmung der Standfestigkeit durchgeführt.
Die Asphalte mit Rejuvenatoren und Asphaltgranulat wurden nach einer Alterung erneut auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft. Die Alterung erfolgte mit dem Wuppertaler Alterungsverfahren bei 135 °C in und ständiger Frischluftzufuhr in einem Wärmeschrank, wobei das Alterungsverfahren mit einfachen Labormitteln (Grundausstattung) durchgeführt wurde und somit in jeder Prüfstelle reproduzierbar ist.
Die Analyse der Ergebnisse der Performance-Prüfungen vor und nach der Alterung soll Aufschluss über die Alterungsbeständigkeit der eingesetzten Rejuvenatoren im Vergleich zur Referenzvariante geben. Für die Asphaltanalyse wurden die Alterungsindikatoren aus dem FGSV-Arbeitspapier Alterung von Asphalt im Laboratorium (AP AAL) eingesetzt.
Die Ergebnisse zeigen, dass es deutliche Unterschiede zwischen der Referenzvarianten und Rejuvenatorvarianten gibt. Bei der Referenzvariante sind im Allgemeinen die günstigeren Alterungsindikatoren festgestellt worden. Die ungealterten Rejuvenatorvarianten zeigten im Allgemeinen eine ähnliche oder gelegentlich bessere Performance als die Referenzvarianten, nach der Alterung weisen sie jedoch im Allgemeinen eine schlechtere Performance auf als die Referenzvarianten mit weichem Bindemittel als Verjüngungsmittel. Untereinander zeigen die Rejuvenatorvarianten ebenfalls signifikante Unterschiede. Aufgrund dieser Erkenntnisse ist es notwendig die Leistungsfähigkeit nicht nur anhand von ungealterten Asphalten zu prüfen, sondern auch an gealterten Asphaltvarianten.
Unter bestimmten Abwägungen lassen sich jedoch Asphalte mit Rejuvenatoren mit adäquaten Eigenschaften der Referenzvarianten herstellen.The reuse of asphalt through the addition of reclaimed asphalt pavement (RAP) in the production of asphalt mixtures represents the highest-quality use of reclaimed asphalt. The bitumen contained in the RAP becomes harder due to ageing processes, is noticeable as an increase in the softening point of the ring and ball and is considered a criterion for the general use or the amount of RAP to be added. Fresh binders or rejuvenators (rejuvenating agents) are used to counteract these effects of ageing.
However, the use of rejuvenators in the reuse of asphalt was included in the road construction regulations during the course of this research project in the form of the Guidelines for the Use of Rejuvenators in the Reuse of Asphalt (H Re WA) [1]. The research project FE 07.0250/2011/LRB [2] has provided initial approaches and framework conditions for the use of rejuvenators at the asphalt mixing plant. In addition, it has shown differences in the rheological properties and ageing behaviour of mixtures of recycled binder from RAP and different rejuvenators with regard to the binder. At the asphalt mix level, comparable results were found with regard to the performance properties between asphalts with RAP and freshly delivered bitumen as well as asphalts with RAP and rejuvenators.
The ageing behaviour of asphalts using RAP and rejuvenators as well as the time course of the effectiveness of rejuvenators have not yet been investigated and are part of this research project.
For this purpose, three different types of asphalt (asphalt wearing course, asphalt binder course and asphalt base course) are produced with different RAPs and different RAP proportions. The RAPs used for the production of the asphalt mixtures are of the same type and variety. The binders of the RAPs contained in the mixtures are rejuvenated on the one hand with a soft binder 160/220 (reference variant R0) and on the other hand with up to three different bio-based rejuvenators (R1 to R3) during production. This is intended to improve the performance of the asphalts to be produced.
To determine the binder properties, the resulting binders are recovered from the asphalt variants and investigated using conventional (softening point ring and ball, needle penetration, breaking point according to Fraaß) as well as the bitumen typing rapid method (BTSV) in the DSR.
For the asphalt variants, the stiffness (all layers) and the fatigue behaviour (asphalt base course only) were determined by means of indirect tensile tests. The low-temperature behaviour of the different asphalts was determined with the thermal stress restrained specimen test (TSRST) and the uniaxial tensile test (UTST). The uniaxial cyclic compression test was carried out on the asphalt surface course and binder course variants to determine the stability.
The performance of the asphalts with rejuvenators and RAP was tested again after ageing. The ageing was carried out using the Wuppertal ageing procedure (WAV) at 135 °C in a heating cabinet with a constant supply of fresh air. The ageing procedure was carried out using simple laboratory equipment (basic equipment) and is therefore reproducible in every test centre.
The analysis of the results of the performance tests before and after ageing should provide information on the ageing resistance of the rejuvenators used in comparison to the reference variant. The ageing indicators from the FGSV working paper Ageing of Asphalt in the Laboratory (AP AAL) were used for the asphalt analysis.
The results show that there are significant differences between the reference and rejuvenator variants. In general, the more favourable ageing indicators were found for the reference variant. The unaged rejuvenator variants generally performed similarly or occasionally better than the reference variants, but after ageing they generally performed worse than the reference variants with soft binder as a rejuvenator. Among themselves, the rejuvenator variants also show significant differences. Based on these findings, it is necessary to test the performance not only on unaged asphalts, but also on aged asphalt variants.
However, under certain considerations, asphalts with rejuvenators with adequate properties of the reference variants can be produced