Regionalisierte Erfassung von Straßenwetter-Daten

Glättemeldeanlagen tragen auf Autobahnen wesentlich zur Gewährleistung eines effektiven Winterdiensteinsatzes bei. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ließ untersuchen, ob eine vereinfachte Erfassung von Witterungs- und Fahrbahnzuständen auch den Einsatz in Straßennetzen außerhalb der Autobahnen ermöglichen kann.

Referenzmessung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte auf Sensorhöhe (links), Ausrichtung der berührungslosen Schneehöhenmessung (rechts), (Bilder: Institut für Immobilienökonomie, Infrastrukturplanung und Projektmanagement)

Aufgabenstellung

Zur Erfassung von winterlichen Fahrbahn- und Witterungszuständen werden vor allem an Bundesautobahnen Glättemeldeanlagen eingesetzt. Eine Verdichtung des Messstellennetzes im nachgeordneten Netz ist jedoch aus finanziellen und organisatorischen Gründen nicht realisierbar. Die BASt erforschte daher die vereinfachte Erfassung von winterlichen Fahrbahn- und Witterungszuständen. Durchgeführt wurde die Untersuchung vom Institut für Immobilienökonomie, Infrastrukturplanung und Projektmanagement der Hochschule Biberach und dem Institut für Angewandte Forschung der Hochschule Karlsruhe. Durch eine netzweite Beurteilung des Streckenzustandes sollen Winterdiensteinsätze anforderungsgerechter und wirtschaftlicher durchgeführt werden können.

Untersuchungsmethode

Im Rahmen einer Lebenszyklus-Kostenanalyse wurden die erfassten Kosten von 217 Glättemeldeanlagen in vier ausgewählten Straßenbauverwaltungen ausgewertet. Zur Ermittlung der maßgeblichen Parameter für einen Einsatz protokollierten zwei Straßen- und eine Autobahnmeisterei die Einsatzentscheidungen während des Winters 2011/12. Für den gleichen Zeitraum wurde ein Abgleich der vorherrschenden Witterung mit langjährigen Klimadaten auf ihre Repräsentativität hin vorgenommen. Zur Bewertung möglicher Formen der autarken Energieversorgung wurden an drei Glättemeldeanlagen unterschiedlicher Ausstattung über einen 30-tägigen Messzeitraum der durchschnittliche Stromverbrauch sowie Verbrauchsschwankungen erfasst. Zur möglichen Abdeckung des ermittelten Energieverbrauchs durch die Ressourcen Photovoltaik, Windkraft und Brennstoffzelle fand eine Dimensionierung der erforderlichen Komponenten statt. Neben einer Kostenschätzung flossen auch betriebliche Aspekte in die vergleichende Bewertung der verschiedenen Systeme ein. Die Genauigkeit der erfassten Daten von Glättemeldeanlagen erfolgte durch Vergleichsmessungen verschiedener atmosphärischer und fahrbahnbezogener Parameter. Dabei wurden auch vereinfachte Messverfahren erprobt. Wesentliche Ansätze einer systematischen Qualitätssicherung in den unterschiedlichen Phasen der Beschaffung bis zum Betrieb ergaben sich durch eine Befragung von vier Straßenbauverwaltungen.

Ergebnisse

Die Untersuchung der Lebenszyklus-Kostenanalyse zeigte, dass sich die Investition für die Messstelle maßgeblich auf die Gesamtkosten einer Glättemeldeanlage auswirkt. Diese liegen durchschnittlich bei 38.300 Euro. Für die installierte Messtechnik fallen durchschnittlich 17.500 Euro an, wovon 60 Prozent auf die Fahrbahnsensorik zurückgehen. Die Daten der Glättemeldeanlagen werden bei über 60 Prozent aller Einsatzentscheidungen herangezogen und sind damit die wichtigste Informationsquelle. Die ausschlaggebenden Parameter sind Luft- und Oberflächentemperatur der Fahrbahn. Weitere Parameter wie die Taupunkttemperatur werden für eine Einschätzung der Situation beobachtet, fließen aber nicht unmittelbar in die Entscheidungsfindung ein. Der in drei bestehenden Anlagen gemessene Energieverbrauch variiert in Abhängigkeit von eingesetzter Sensorik, den Messzyklen sowie den Datenübertragungseinheiten. Die durchgeführten Untersuchungen zur Konzeptionierung einer autarken Stromversorgung wiesen ähnlich hohe Investitionskosten bei Sonnen- oder Windenergie auf, vergleichsweise höhere Betriebskosten sprechen gegen die Rentabilität von Brennstoffzellen. Die durchgeführten Vergleichsmessungen an vorhandenen Glättemeldeanlagen zeigten, dass alle untersuchten Parameter die in der DIN 15518-3 geforderten Fehlergrenzen überschreiten. Die Messergebnisse der meteorologischen Parameter sowie von Fahrbahntemperatur und -zustand erreichten dennoch zu großen Teilen akzeptable Ergebnisse. Sowohl für einen Abnahmeprozess als auch für regelmäßige Kontrollmessungen erscheint es denkbar, zum Teil auch kostengünstigere Messtechnik einzusetzen.

Folgerungen

Die Bewertung der erfassten Winterdiensteinsatzentscheidungen zeigt ein erhebliches Verbesserungspotenzial auf. Die speziell für den Winterdienst zur Verfügung stehenden Daten der Glättemeldeanlagen werden teilweise nur unzureichend für gezielte Einsatzentscheidungen genutzt. Eine verbesserte Schulung des Personals wird als sinnvoll angesehen. Die geringe Genauigkeit der Sensoren erfordert die regelmäßige Wartung und Überprüfung vorhandener Glättemeldeanlagen. Eine umfangreiche und damit teure Ausstattung einzelner Anlagen ist nicht für alle Entscheidungsfälle erforderlich. Die Einbindung größerer Straßennetze wird als Option für eine Senkung der Systemkosten erachtet.