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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