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Modell zur Glättewarnung im Straßenwinterdienst
BASt-Bericht V 129
H. Baldelt, J. Breitstenstein, Bundesanstalt für Straßenwesen
37 Seiten
Erscheinungsjahr: 2005
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Mit einer rechtzeitigen Warnung vor einer winterbedingten Glättegefahr bekommt der Winterdienstverantwortliche ausreichend Zeit für die Einleitung von Maßnahmen zur Glättevermeidung oder schnellen Glättebeseitigung.
Wetterberichte des Straßenzustands- und Wetterinformationssystems SWIS warnen bereits zeitlich und räumlich detaillierter vor Glättebildungen als allgemeine Wetterberichte aus z. B. Funk und Fernsehen. Jedoch geben sie noch nicht die detaillierte Entwicklung des Fahrbahnzustandes und des Wetters für einen kurzen Straßenabschnitt an.
Glättemeldeanlagen können die tatsächlichen kleinräumigen Gegebenheiten durch Messung von verschiedenen Parametern der Fahrbahn und der Atmosphäre besser wiedergeben. Allerdings können auch hier in kürzerer Entfernung zum eigentlichen Messpunkt durch z. B. bauliche und topografische Einflüsse andere Bedingungen herrschen.
Aus den Messdaten lässt sich die Gefahr einer möglichen Glättebildung ableiten. Damit der Winterdienstverantwortliche nicht durch längere Betrachtungen der Daten und deren Verlauf selber eine Glättewarnung ableiten muss, soll ein geeignetes Modell eine entsprechend rechtzeitige Glättewarnung berechnen. Von den Herstellern angebotene Modelle warnen nach einer Untersuchung der BASt so kurzfristig vor einer Glättegefahr, dass der Winterdienst nicht mehr rechtzeitig reagieren kann. Zudem waren die Warnungen wegen fehlender Beschreibung der zugrunde liegenden Modellalgorithmen wenig anwendungsfreundlich.
Ein Modell kann nur vor einer möglichen Glätte warnen. Diese muss nicht eintreten, wenn die entsprechenden Bedingungen nicht eintreten (z. B. Niederschlag) oder im weiteren Verlauf wieder "ungefährlich" werden (z. B. Anstieg der Fahrbahnoberflächentemperatur). Die entscheidenden Faktoren für die tatsächliche weitere Entwicklung der Parameter, wie die Zufuhr anderer Luftmassen oder die weitere Wolkenbildung, können von der Glättemeldeanlage nicht erkannt werden.
Ein neu entwickeltes Modell wurde in der Autobahnmeisterei Rosenheim über eine Winterperiode erprobt. Anhand der Daten der in diesem Bereich vorhandenen neun Glättemeldeanlagen berechnete das Modell die jeweiligen Glättewarnungen.
Die Auswertung der mit dem Modell erzeugten Warnungen zeigt, dass eine rechtzeitige und sinngemäße Information des Winterdienstverantwortlichen durch Daten von Glättemeldeanlagen erreicht werden kann.
Die Modellmeldungen können jedoch nicht als automatische Signale für eine Auslösung eines Winterdiensteinsatzes genutzt werden. Dafür fehlt zum einen die Einbeziehung der Gefriertemperatur als ein wichtiger Parameter für Glättebildung. Die Überprüfung der im Projekt verwendeten GMA - Messdaten ergab wie schon bei früheren Untersuchungen zum Teil nicht plausible Messwerte der Fahrbahnfeuchte und Gefriertemperatur, die eine Einbeziehung der Gefriertemperatur in die Modellrechnung nicht sinnvoll erscheinen lassen. Hier sind weitere Kenntnisse über die Verteilung des Tausalzes und die Repräsentativität einer gemessenen Gefriertemperatur notwendig.
Zum anderem kann mit den an einem Punkt gemessenen Parametern nicht genau die weitere Entwicklung des Wetters abgeschätzt werden. Hierzu wäre es sinnvoll die GMA-Messdaten mit den Vorhersagen des allgemeinen Wetterdienstes kurzzeitiger und räumlich differenzierter zu verknüpfen. Verschiedene meteorologische Dienste arbeiten inzwischen an diesen Möglichkeiten.
Road ice warning model as part of winter maintenance service
By receiving timely warnings about road ice in cold weather, winter maintenance authorities have enough time to initiate measures for either avoiding or at least efficiently removing icy films.
Warnings about the time and location of ice formations as provided by the road condition and weather information system (SWIS) are already more elaborate than general weather reports issued by radio or TV, for instance. However, they do not yet provide details of developments in carriageway and weather conditions over local road sections.
Road ice warning systems can better indicate local conditions by measuring various parameters on the carriageway and in the atmosphere. Even in this case, however, structural or topographical factors can cause variances in parameters even at short distances to the actual measurement point.
The measurement data can be used to establish potentials for a formation of road ice. To spare winter maintenance authorities detailed assessments of data statuses and trends for formulating road ice warnings, timely calculations are to be performed by means of a suitable model. According to investigations conducted by the Federal Highway Research Institute, the road ice warnings issued by models offered presently by some manufacturers are so late that they preclude timely responses by winter maintenance departments. Furthermore, inadequate descriptions of the underlying model algorithms make these warnings hard to put into practice.
A model can issue warnings only about potential formations of road ice which can fail to occur if the expected conditions (for instance, precipitation) do not arise or which might turn harmless in the course of time (due to a rise in the temperature of the carriageway surface, for instance). A road ice warning system is not able to detect essential factors - such as air mass flow or cloud formation - influencing developments in current parameters.
A newly developed model was tested at the Rosenheim highway maintenance office over one winter period. This model performs calculations for road ice warnings on the basis of data received from nine locally installed ice detection systems.
Assessments of ice warnings issued by this model show that data from the ice detection systems can be used to provide timely and meaningful information to winter maintenance authorities.
However, the model-based warnings cannot be used as signals for automatically initiating winter maintenance missions. An essential ice formation parameter which still needs to be taken into consideration here is the freezing temperature. As in previous investigations, a survey of the GMA measurement data used in this project in some cases revealed implausible measurement values for carriageway moisture and freezing temperature which would not prove helpful in model calculations. Here, it is necessary to obtain additional findings on the distribution of thawing salts and validity of measured freezing temperatures.
Moreover, parameters measured at any particular point do not permit an accurate estimate of further developments in weather conditions. Of help here would be a more timely and spatially differentiated combination of GMA measurement data with general weather forecasts. Possibilities of doing this are presently being explored by a number of meteorological services.