Gesetzliche Regelungen zur Zustandserfassung und Bewertung von Straßen

Für die Zus­tand­ser­fas­sung und Bew­er­tung von Straßen gibt es geset­zliche Regelun­gen. Inter­na­tion­al wird der von der Welt­bank 1986 einge­führt “Inter­na­tion­al Rough­ness Index” (IRI) ver­wen­det. In Deutsch­land kom­men zumin­d­est auf allen Bun­des­fern­straßen verpflich­t­end die “Zusät­zlichen Tech­nis­chen Ver­trags­be­din­gun­gen und Richtlin­ien zur Zus­tand­ser­fas­sung und -bew­er­tung von Straßen in der Fas­sung von 2006” (ZTV ZEB-StB 2006) zur Anwen­dung. Diese Bedin­gun­gen und Richtlin­ien kom­men zunehmend auch auf Lan­des- und kom­mu­naler Ebene zum Ein­satz. Den­noch dominieren auf den unteren Ver­wal­tungsebe­nen ganz klar kostengün­stigere nicht stan­dar­d­isierte Ver­fahren wie die Sicht­fahrten der Straßen­meis­tereien.

Die vier von Cyface ver­wen­de­ten Zus­tand­sklassen ori­en­tieren sich am IRI. Da Cyface aber in Deutsch­land aktiv ist, beschäfti­gen wir uns schon seit einiger Zeit mit der Abbil­dung unser­er Mess­werte auf die ZTV ZEB-StB 2006. Die fol­gen­den Aus­führun­gen basieren auf den Ergeb­nis­sen der Bel­e­gar­beit von Dirk Legler aus dem Jahr 2016.

International Roughness Index

Der IRI wurde geschaf­fen, um die Ver­gle­ich­barkeit von Straßen­be­w­er­tun­gen für Pro­jek­te der Welt­bank herzustellen. Er wird ins­beson­dere in Entwick­lungslän­dern einge­set­zt und misst den Auss­chlag eines Viertelfahrzeug­mod­ells entwed­er in m/km oder in mm/m. Bei einem Viertelfahrzeug­mod­ell wird ein Rad als gefed­ertes und mit ein­er weit­eren Fed­er und einem Dämpfer ver­bun­denes Sys­tem zweier Massekör­p­er (Rad und Fahrzeugkarosserie) abge­bildet. Abbil­dung 1 ver­an­schaulicht das Prinzip. Der IRI ergibt sich dann als Auss­chlag dieses Sys­tems über eine Strecke von einem Meter oder einem Kilo­me­ter. Zur endgülti­gen Bew­er­tung wird dieser Wert in 4 Kat­e­gorien eingeteilt. An diesen 4 Kat­e­gorien ori­en­tieren sich die vier bei Cyface ver­wen­de­ten Farb­w­erte.

Viertelfahrzeugmodell
Abbil­dung 1: Viertelfahrzeug­mod­ell

Geräte die den IRI erfassen wer­den in die fol­gen­den 4 Klassen unter­schieden.

  • Klasse 1, Präzi­sion­spro­file: Die genauste Klasse ‘Pre­ci­sion Pro­files‘ erfordert die Mes­sung des Läng­spro­fils ent­lang ein­er fest­gelegten Rad­spur von meist 320 m Länge mit Markierun­gen alle 20 m. Die Messpunk­te dür­fen nicht weit­er als 250 mm auseinan­der liegen und die Genauigkeit der Höhen­mes­sung für glat­te Fahrbah­nen muss 0,5 mm betra­gen. Unebene Ober­flächen dür­fen eine höhere Unge­nauigkeit haben. Auf Grund des hohen Aufwands wer­den Ver­fahren der Klasse 1 haupt­säch­lich zur Kalib­rierung für Ver­fahren ander­er Klassen genutzt.
  • Klasse 2, Andere pro­filometrische Meth­o­d­en: Die Klasse ‘Oth­er pro­filo­met­ric meth­ods‘ bein­hal­tet alle Ver­fahren, bei denen das Fahrbah­n­pro­fil direkt gemessen wird, die aber trotz Kalib­rierung nicht die Genauigkeit von Klasse 1 erre­ichen.
  • Klasse 3, IRI-Abschätzung aus Kor­re­la­tion­s­gle­ichun­gen: Die dritte Klasse ‘IRI esti­mates from cor­re­la­tion equa­tions‘ bein­hal­tet alle Messver­fahren, bei denen Werte erfasst wer­den, die mit dem IRI kor­re­lieren. Hierzu muss eine Kalib­rierung stat­tfind­en und es müssen Kor­re­la­tion­sex­per­i­mente mit Mes­sun­gen nach Klasse 1 oder Klasse 2 durchge­führt wer­den. Bei Messver­fahren, die die Straßen­qual­ität nur indi­rekt messen, muss das Sys­tem regelmäßig neu kalib­ri­ert wer­den, da sich die Eigen­schaften des Mess­fahrzeugs oft ändern kön­nen. Nur voll­ständig durch Kor­re­la­tion kalib­ri­erte Messver­fahren kön­nen in Klasse 3 eingestuft wer­den.
  • Klasse 4, Sub­jek­tive Bew­er­tun­gen und unkalib­ri­erte Mes­sun­gen: Klasse 4, ‘Sub­jec­tive rat­ings and uncal­i­brat­ed mea­sures‘, bein­hal­tet alle Ver­fahren, bei denen keine ver­i­fizier­bare Verknüp­fung zum IRI her­stell­bar ist. Dies bein­hal­tet auch genaue Ver­fahren, die nicht per Kor­re­la­tion kalib­ri­ert wur­den. Beispiele für diese Klasse sind sub­jek­tive Mess­fahrten, bei denen die Straßen­qual­ität von Test­per­so­n­en bew­ertet wird, oder Bege­hun­gen und Sich­tun­gen von Straßen. Da der IRI in Deutsch­land nicht ver­wen­det wird, fall­en alle deutschen Messver­fahren in diese Klasse.

Da alle Ver­fahren, die Bewe­gungssen­soren ver­wen­den, das Fahrbah­n­pro­fil nur indi­rekt messen, kön­nen sie nicht in Klasse 1 oder 2 fall­en. Klasse 3 ist also das best­mögliche Ziel aller dieser Ver­fahren.

IRI Dat­en aus den USA lassen sich über den IRI Explor­er abrufen.

ZTV ZEB-StB 2006

Die Dat­en nach ZTV ZEB-StB enthal­ten für jeden Teil­ab­schnitt eine Rei­he von Mess­werten. Diese teilen sich in Zus­tands­größen und Zus­tandswerte auf.

Zus­tands­größen sind direkt ermit­telte oder aus anderen Mes­sun­gen berech­nete Werte, die konkret mess­bare Zus­tandswerte bzw. Eigen­schaften der Straßenbeschaf­fen­heit beschreiben. Die Kurzbeze­ich­nung ist drei Zeichen lang.

Zus­tandswerte sind gemäß Schul­noten­sys­tem von 1,0 bis 5,0 eingeteilt. Diese wer­den zum Teil noch in Zus­tand­sklassen aufgeteilt, die jew­eils 0,5 bre­ite Wer­te­bere­iche zusam­men­fassen.

Viele der Zus­tands­größen der ZTV ZEB-StB 2006 lassen sich nicht automa­tisch aus den Sen­sor­w­erten eines Smart­phones berech­nen. Der wohl rel­e­van­teste Wert ist die all­ge­meine Uneben­heit in Längsrich­tung (AUN) und ihr Zus­tandswert (ZWAUN).

Allgemeine Unebenheit

Die AUN gibt die spek­trale Dichte der Uneben­heit­shöhen Φ_h_0) in cm³ in einem Wer­te­bere­ich von 0 bis 300 an. Sie basiert auf Befahrun­gen mit einem Mess­fahrzeug, welch­es das Läng­spro­fil der Straße durch Höhen­messpunk­te mit äquidis­tan­tem Messpunk­tab­stand von 10 cm aufze­ich­net. Die spek­trale Dichte der Uneben­hei­thöhen ist ein fre­quenzbasiertes Maß für die Uneben­heit der Fahrbahn unab­hängig von der Geschwindigkeit.

Zusammenfassung

Erste Unter­suchun­gen von Cyface und AUN-Dat­en, aus Erfas­sun­gen nach ZTV ZEB-StB 2006, ergaben lei­der noch keine aus­re­ichende Kor­re­la­tion, um bei­de Messver­fahren ineinan­der über­führen zu kön­nen. Allerd­ings waren die ver­wen­de­ten Daten­sätze auch sehr lück­en­haft. Grund­sät­zlich sollte es möglich sein, die Läng­suneben­heit ein­er Straße aus dem Erschüt­terung­spro­fil zu berech­nen und dadurch aus dem bei Cyface ver­wen­de­ten Ver­fahren einen Rückschluss auf die zu erwartenden Ergeb­nisse nach ZTV ZEB-StB 2006 zu berech­nen. Dies kann genutzt wer­den, um eine kon­tinuier­liche Erfas­sung der Straßen­zustände zu gewährleis­ten und die üblicher­weise fünf jährige Erfas­sungs­maß­nahme zu unter­stützen.

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