Berechnung der optimalen Streudichte im Straßenwinterdienst

Die Ausbringung von Streumitteln im Straßenwinterdienst hängt maßgeblich von der Einschätzung der Situation durch das Einsatzpersonal ab. In einem Pilotprojekt ließ die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ein Modell der objektiv notwendigen Streudichten im Straßenwinterdienst entwickeln. Eine automatisierte Dosierung der Streugutmenge kann der aktuellen Lage angemessener sein und gleichzeitig Umwelt und Kapazitäten schonen.

Umsetzung einer automatischen Streudichteberechnung (Bild: KOMMZEPT Ingenieurbüro Hausmann)

Aufgabenstellung

In der aktuellen Winterdienstpraxis legt zumeist das Einsatzpersonal auf den Fahrzeugen die Streudichte fest. Die Auswertung von automatisierten Datenaufzeichnungen belegt, dass dabei persönliche Erfahrungen eine wesentliche Rolle spielen. Beim Vergleich des Dosierverhaltens von mehreren Mitarbeitern unter vergleichbaren Randbedingungen ergeben sich Abweichungen der durchschnittlich eingestellten Dosierwerte von bis zu 100 Prozent. Eine Anpassung der Streudichte an veränderte Rahmenbedingungen findet während der Streutouren kaum statt, da nicht alle relevanten Daten auf dem Fahrzeug zur Verfügung stehen. Zudem ist der Einfluss unterschiedlicher Faktoren so komplex, dass eine Entscheidungsfindung ohne automatisierte Verarbeitung der verfügbaren Daten nicht denkbar ist. Im Auftrag der BASt entwickelte das KOMMZEPT Ingenieurbüro Hausmann einen Algorithmus zur Ermittlung der objektiv erforderlichen Streudichte. Unter Berücksichtigung der prognostizierten Wetterentwicklung und des Fahrbahnzustandes soll so eine effektive Verhinderung von Fahrbahnglätte erzielt werden.

Untersuchungsmethode

Aufbauend auf dem Phasendiagramm für die Mischung von Natriumchlorid (NaCl) und Wasser wurde ein Berechnungsalgorithmus entwickelt, der Temperatur und Wasserfilmdicke auf der Fahrbahn in wählbaren Prognosezeiträumen berücksichtigt.

Praxistests erfolgten in enger Kooperation mit den Autobahnmeistereien Erkner (Brandenburg) sowie Werl (Nordrhein-Westfalen) in den Winterdienstperioden 2011/12 und 2012/13. Auf der Basis von während der Einsätze ständig aktualisierten und mit einem Bordrechner ausgewerteten Daten wurden auf vier Fahrzeugen Pilotversuche durchgeführt und ausgewertet. Die stündlich aktualisierten Prognosedaten wurden während der Einsatzfahrt des Winterdienstfahrzeuges übermittelt und hatten direkten Einfluss auf die Streudichteberechnung. Neben den Prognosedaten flossen die verwendete Streutechnologie mit wahlweise 30- oder 100-prozentigen Feuchtsalzlösungen und der Prognosezeitraum als technologische Randbedingungen ein. Als streckenbezogene Randbedingungen sollten die Art des Belages, Brückenlage der Fahrbahn sowie Restsalzmengen auf der Fahrbahn berücksichtigt werden.

Ergebnisse

Mit den Versuchen wurden umfangreiche Erfahrungen gesammelt, die als Grundlage für die weitere Entwicklung von Systemen zur Bestimmung der optimalen Streudichte dienen können. Aus dem Vergleich der Streudichten ist zu erkennen, dass bei der Straßenzustandsprognose „trocken“ oder „feucht“ immer eine wesentlich geringere Streudichte errechnet wird, als vom Personal in der Praxis eingestellt wird. Bei Schneefall werden dagegen durch den Algorithmus eher höhere Streudichten errechnet als in der Praxis ausgebracht werden. Die Zuordnung von Wasserfilmdicken zu prognostizierten Straßenzuständen hat sich grundsätzlich als praktikabel erwiesen. Bei Schneeniederschlägen ist eine Prognose der Schneemengen pro Zeiteinheit nicht möglich. Ebenso ist eine Ermittlung der Restsalzmengen vom fahrenden Fahrzeug aus noch nicht realisierbar. Auf beide Situationen kann nur pauschal eingegangen werden. Voraussetzung für eine regelmäßige Aktualisierung der Streumengen ist eine stabile Übertragung der Prognosedaten. Zudem muss die einwandfreie Funktion des Infrarot-Pyrometers am Fahrzeug häufig überprüft werden, um die Verarbeitung einer fehlerhaften Fahrbahntemperatur zu vermeiden. Die Berechnung der optimalen Streudichte mit einem Algorithmus unter Berücksichtigung von Mess- und Prognosewerten erschließt vor allem bei präventiven Streueinsätzen ein bisher ungenutztes Einsparungspotenzial.

Folgerungen

Die festgestellten Differenzen bei der Dosierung von Streumitteln legen die Notwendigkeit intensiver Schulungen des Winterdienstpersonals nahe. Darüber hinaus sollte die Entwicklung von Assistenzsystemen zur automatisierten Ermittlung der optimalen Streudichte vorangetrieben werden. Die in der Untersuchung ermittelten Grundlagen stellen hierfür einen wichtigen Schritt dar. Die automatisierte Einbeziehung relevanter Parameter eröffnet langfristig die Möglichkeit, den Straßenwinterdienst durch eine Reduzierung der ausgebrachten Streumengen noch wirtschaftlicher, sicherer und mit geringsten Umweltbelastungen durchführen zu können.