Griffigkeitsmessung.pdf - EVU e.V.

Griffigkeitsmessungen mit
dem RoadSTAR
Dipl.-Ing. Dr. nat. techn. Peter Maurer
Leiter des Geschäftsfeldes Verkehrswege
Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H.
A-1030 Wien, Objekt 221,Faradaygasse 3
e-mail: peter.maurer@arsenal.ac.at

Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeines............................................................................................... 1
2 Messung der Griffigkeit ............................................................................. 2
2.1 Allgemeines ........................................................................................................................................... 2
2.2 Messeinrichtung..................................................................................................................................... 2
2.3 Annässung der Fahrbahn ...................................................................................................................... 4
2.4 Mechanische Grenzwerte...................................................................................................................... 5
2.5 Messprinzip............................................................................................................................................ 5
2.6 Standardisierte Messbedingungen ........................................................................................................ 6
2.7 Messreifen ............................................................................................................................................. 7
2.8 Datenerfassung ..................................................................................................................................... 7
2.9 Fahrbahntemperatur:............................................................................................................................. 7
2.10 Satellitennavigationssystem .................................................................................................................. 8
2.11 Inertial-Kreiselsystem (IMU) .................................................................................................................. 8
3 Trassierungsparameter ............................................................................. 8
3.1.1 Längsneigung und Höhenprofil...................................................................................................... 8
3.1.2 Querneigung .................................................................................................................................. 9
3.1.3 Kurvenradius.................................................................................................................................. 9
3.1.4 Streckenverlauf (Erfassung der Fahrlinie) ..................................................................................... 9
4 arSis – arsenal research Straßeninformationssystem............................. 10
5 Qualitätssicherung................................................................................... 13
6 Messgenauigkeit des Messsystems RoadSTAR..................................... 13
6.1 Abgeleitete Genauigkeit der Messeinheiten des RoadSTAR.............................................................. 14
7 Literaturverzeichnis ................................................................................. 14

1 Allgemeines
Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Das Messgerät RoadSTAR wurde vom "Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren
Stuttgart" in enger Zusammenarbeit mit Mitarbeitern von arsenal research entwickelt. Mit
dem RoadSTAR können im fließenden Verkehr bei Messgeschwindigkeiten zwischen 40 km/h und
120 km/h (Standardgeschwindigkeit 60km/h) die wichtigsten Oberflächeneigenschaften sowie
Trassierungsparameter erfasst werden. Die Messfahrt wird zusätzlich digital auf (DV-)Video
Bändern aufgezeichnet. Alle Messwerte sind mit differentiell korrigierten GPS-Koordinaten
versehen.
Der RoadSTAR ist auf einem 2-Achs-LKW der Marke ÖAF aufgebaut. Die Leistung des LKWs
wurde so gewählt, dass dieser mit vollem Wassertank eine Straße mit einem Griffigkeitsbeiwert
von µ = 1,0 und einer Steigung von 8 % noch mit einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h messen
kann.
Über der Hinterachse sitzt ein Wassertank mit einem Fassungsvermögen von 6000 Litern. Am
Fahrzeug sind Messeinrichtungen für Griffigkeit, Querebenheit, Längsebenheit, Textur und
Temperatur, ein GPS-System, ein digitales Videosystem sowie ein Inertial-Kreiselsystem zur
Bestimmung der räumlichen Lage des Fahrzeuges montiert. Zur Bedienung des Fahrzeuges bei
der Messung sind ein Fahrer sowie ein Bediener für den PC erforderlich.
Mit dem RoadSTAR können folgende Messgrößen ermittelt werden:
Griffigkeitsparameter
• Reibungsbeiwert µ
Gemessen wird wahlweise mit drei alternativen Messmodi:
- blockiertes Messrad
- Messrad mit 18% Schlupf
- ABS-Messung
• Fahrbahntemperatur
Textur
• MPD (Mean Profile Depth)
• ETD (Estimated Texture Depth)
Querebenheit
• Querprofil • Spurrinnenvolumen
• Spurrinnentiefen links, rechts • Theoretische Wasserfilmdicke
• Profiltiefen links, rechts • Wasserfilmbreite
• Spurrinnenbreiten • Wasserfilmvolumen
Längsebenheit
• Längsprofil • RN (Ride Number)
• IRI (International Roughness Index) • Wellenlängenspektren
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 1

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
Anlageverhältnisse
• Kurvenradien bzw. Krümmung • Höhenprofilverlauf
• Querneigung • Längenschnitt
• Längsneigung • GPS-Koordinaten
Die Messung erfolgt computerunterstützt, wobei unterschiedliche Messprogramme vordefiniert und
vom Bediener abgerufen werden können. Über die aktuellen Messdaten und Betriebszustände
wird der Bediener laufend durch ein grafisches Benutzer-Interface informiert.
Während der Fahrt sind zusätzliche Eingaben, welche die Messstrecke betreffen, möglich. So
können Belagswechsel, Brückenbereiche, Stationierung und dergleichen vermerkt und mitausgewertet
werden.
2 Messung der Griffigkeit
2.1 Allgemeines
Die Griffigkeit einer Fahrbahndecke ist für die Kraftübertragung der Längskräfte (Antriebs- und
Bremskräfte) und der Seitenkräfte (Zentrifugalkräfte bei der Kurvenfahrt) vom Reifen auf die
Fahrbahn maßgebend. Für die Messung der Griffigkeit wurden verschiedene Verfahren entwickelt,
um einen Kennwert unter praxisgerechten Bedingungen zu erhalten.
Die kennzeichnende Größe für die Fahrbahngriffigkeit ist der Reibungsbeiwert µ, der bei angenässter
Belagsoberfläche in der rechten Radspur gemessen wird.
2.2 Messeinrichtung
Die Griffigkeitsmessungen werden mit dem "modifizierten Stuttgarter Reibungsmesser“ (STURM)
durchgeführt. Diese Messeinrichtung am Straßenzustandserfassungsgerät RoadSTAR weist im
Vergleich zum "Original Stuttgarter Reibungsmesser (SRM)“ vollkommen neu konstruierte und
verbesserte Aggregate auf. Durch die Neukonstruktion der Belastungseinheit – ein
Druckluftbelastungszylinder hält den Reifenanpressdruck des Messrades konstant – und durch die
zusätzliche Erfassung der aktuellen Radlasten konnte auch eine deutliche Erhöhung der
Messgenauigkeit der Reibungsbeiwerte erreicht werden.
Mit der Griffigkeitsmesseinheit am RoadSTAR können auch unterschiedliche Bremszustände
simuliert und untersucht werden. Das Programmsystem unterstützt Block-, ABS- und
Schlupfmessungen. Während Schlupfmessungen einen kontinuierlichen Messablauf über die
gesamte Messstrecke erlauben, können bei Block- und ABS-Messungen Bremssequenzen
festgelegt werden. Diese Bremssequenzen bestehen aus Bremsstrecken und Freilaufstrecken, die
in einem bestimmten Bereich gewählt werden können.
Bei allen Messungen kann der Anwender eine optionale Vorbewässerung wählen und eine
definierte Wasserfilmdicke vorgeben. Die Einstellung des erforderlichen Wasserzuflusses erfolgt in
Abhängigkeit von der vorgegebenen Messgeschwindigkeit.
Bei den Griffigkeitsmessungen sind Wasserfilmdicken zwischen 0,5 mm und 2 mm und
Messgeschwindigkeiten zwischen 40 km/h und 120 km/h vorwählbar.
Das Messrad am Heck des Fahrzeuges ist so montiert, dass es in Kurven ohne Seitenkräfte
mitläuft. Durch die druckluftgesteuerte Belastungseinheit und durch die zusätzliche Erfassung der
aktuellen (statischen und dynamischen) Radlasten kann eine gleichmäßige und genaue Einhaltung
der Radlast erzielt werden, wodurch eine deutliche Erhöhung der Messgenauigkeit erreicht wird.
Der Aufbau der Messeinrichtung ist in Abbildung 2.2-1 bis Abbildung 2.2-4 (foto)grafisch
dargestellt.
2 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

Abbildung 2.2-1: RoadSTAR mit Messeinrichtungselementen
für die Ermittlung der
Griffigkeit
Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Abbildung 2.2-2: Griffigkeitsmesseinrichtung "Stuttgarter
Reibungsmesser" (STURM)
Messrad inkl. Bremsmomenterfassung Getriebe zur Erzeugung von 18 % Schlupf
Belastungszylinder Wassertank
Bewässerungseinheit Geräteaufbewahrung
Vorbewässerung Fahrerkabine, digitale Messwerterfassung
Abbildung 2.2-3: Griffigkeitsmesseinrichtung
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 3

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
Belastungszylinder ABS
PIARC-Reifen
2.3 Annässung der Fahrbahn
Bremsscheibe
Elektro-
Drehmomentachse Kupplung
zur LKW-Hinterachse
Getriebe
Abbildung 2.2-4: Systemskizze zur Griffigkeitsmessung
Da vor allem bei Nässe bezüglich des Kraftschlusses große Unterschiede zwischen einzelnen
Fahrbahnbelägen auftreten und im Allgemeinen nur bei nasser Fahrbahn ein kritisch niedriger
Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn auftritt, wird die Fahrbahn während der Messung im
Bereich der Messradspur angenässt. Das hierzu notwendige Wasser wird in einem Vorratstank
mitgeführt und vor dem Messrad auf die Fahrbahn gebracht. Zur Erzeugung einer rechnerisch
konstanten Wasserfilmdicke muss hierbei die Wassermenge fahrgeschwindigkeitsabhängig dosiert
werden. Zur Benetzung der Fahrbahn ist in der Rollspur des Messrades unmittelbar vor diesem
eine Ausflussvorrichtung montiert, die zur Aufbringung eines definierten Wasserfilms auf die
Fahrbahnoberfläche dient.
Zur Benetzung der Fahrbahn ist vor der Bewässerungseinheit eine Hochdruckvorbewässerungseinrichtung
installiert. Bei einer vorgewählten Wasserfilmdicke von 0,5 mm sind Messstreckenlängen
bis zu 60 km mit einer Tankfüllung (6000 Liter) möglich.
Abbildung 2.3-1: Griffigkeitsmess- und Bewässerungseinrichtung
Belastungszylinder
PIARC Messreifen
Bewässerungseinrichtung
Hochdruckvorbewässerungseinrichtung
4 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

2.4 Mechanische Grenzwerte
Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Aufgrund der Konstruktion der Griffigkeitsmesseinrichtung und der Wankbewegungen des
RoadSTAR bei größeren Geschwindigkeiten ergeben sich mechanische Grenzwerte für die
Griffigkeitsmessung bei geringen Kurvenradien. Diese Grenzradien sind geschwindigkeitsabhängig.
In der nachfolgenden Grafik ist der Zusammenhang zwischen der Messgeschwindigkeit
und den minimalen Kurvenradien dargestellt.
Bis zu einer Messgeschwindigkeit von etwa 60 km/h bildet die geometrische Eigenschaft der
Griffigkeitsmesseinrichtung den limitierenden Faktor für die minimal messbaren Kurvenradien, da
das Messrad nicht mehr frei laufen kann, sondern nachgeschliffen wird. Bei einer
Messgeschwindigkeit von über 60 km/h sind die Wankbewegungen limitierend. Bei einer Standardmessgeschwindigkeit
von 60 km/h können daher keine Griffigkeitswerte in Kurven mit Radien unter
85 m ermittelt werden; die Messgeschwindigkeit ist bei Radien < 85 m zu reduzieren.
Kurvenradius [m]
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
R_Geometrie R_Fahrdynamik R_Minimum
messbarer
Bereich
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
v [km/h]
R_Geometrie: minimaler Kurvenradius infolge der Konstruktion der Griffigkeitsmesseinrichtung
R_Fahrdynamik: minimaler Kurvenradius infolge der Wankbewegungen des RoadSTAR
Messung
nicht möglich
R_Minimum: maßgebende Linie zur Ermittlung des minimalen Kurvenradius in Abhängigkeit von der
Messgeschwindigkeit
Abbildung 2.4-1: Minimale Kurvenradien in Abhängigkeit von der Messgeschwindigkeit
2.5 Messprinzip
Die Messung der Griffigkeit erfolgt in der rechten Radspur, wobei ein international genormter
Mess-Reifen (PIARC-Reifen, vgl. Lit. [1] und [2]) mit einer definierten Gummimischung und
Profilgebung zum Einsatz kommt. Das Messgerät liefert Reibungsbeiwerte in einem Längsabstand
von 15 cm. Je nach Erfordernis ist eine Zusammenfassung der Messwerte zu größeren
Messlängen (≥ 5 m) möglich. Die Messung erfolgt computerunterstützt, wobei unterschiedliche
Messprogramme vordefiniert und vom Bediener jederzeit abgerufen werden können. Über die
aktuellen Messdaten und Betriebszustände wird der Bediener laufend über eine Bildschirmanzeige
informiert.
Die Reibungsbeiwerte werden mit dem RoadSTAR auf angenässter Fahrbahn bestimmt. Das
Messrad, das durch ein Getriebe mit 18 % Schlupf angetrieben wird, ist an einer Schwinge, die
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Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
Schwenk- und Federbewegungen zulässt, aufgehängt. Der Sturz des Messrades ist durch die
gewählte Aufhängung auf den Wert Null eingestellt. Die Radmittelebene steht senkrecht zur Fahrbahnebene.
Das Messrad schwenkt selbständig in die Stellung, in der es nahezu seitenkraftfrei
läuft. Dies bedeutet, dass auch bei einer Kurvenfahrt der Schräglaufwinkel annähernd Null ist. Zur
Erzeugung einer definierten Radlast wird das Rad mittels eines Pneumatikzylinders auf die
Fahrbahn gepresst bzw. entlastet. Während der Messung werden die aktuellen Radlasten sowie
das Bremsmoment am Messrad kontinuierlich erfasst und mit Hilfe des bekannten
Radhalbmessers des Messrades der Reibungsbeiwert µ bestimmt.
Die zwischen Reifen und Fahrbahn übertragene Bremskraft FB kann aus dem Bremsmoment
folgendermaßen berechnet werden:
FB .... Bremskraft [kN]
MB ... Bremsmoment [kNm]
FB = MB / r
r....... Abstand Messradmittelpunkt zur Fahrbahnoberfläche [m]
Durch Bildung des Quotienten aus der Bremskraft FB und der bekannten Radlast FN erhält man
den Reibungsbeiwert µ (siehe Abbildung 2.5-1).
FB
FN
r
µ = FB / FN
µ.........Reibungsbeiwert [-]
FB ......Bremskraft [kN]
Abbildung 2.5-1: Ermittlung des Reibungsbeiwertes µ
2.6 Standardisierte Messbedingungen
FN ......aktuelle Radlast [kN]
Für die Griffigkeitsmessungen sind Randbedingungen einzuhalten, um Einflüsse durch Temperatur-
und jahreszeitliche Schwankungen möglichst gering zu halten und damit die Vergleichbarkeit
von Messungen zu gewährleisten:
Lufttemperatur: > 3 °C
Fahrbahnoberflächentemperatur: +5 °C bis +50 °C (d.h. Messsaison ca. April bis November)
Fahrbahnzustand: nicht sichtbar verschmutzt
Ist es nicht möglich, diese Randbedingungen einzuhalten, sind die Messwerte besonders zu
kennzeichnen (Anmerkung im Messprotokoll).
6 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Die Griffigkeitsmessungen werden mit folgenden Standardmessbedingungen durchgeführt:
Messreifen: PIARC-Normmessreifen
Messverfahren: konstanter Schlupf, 18 %
statische Radlast: 3500 N
Messgeschwindigkeit: 60 km/h *)
theoretische Wasserfilmdicke: 0,5 mm
Mittelungslänge: 5,0 m
Auswertelänge: 50 m
Lage der Messspur: rechte Radspur
*) bei Messgeschwindigkeit unter der Standardmessgeschwindigkeit erfolgt eine Umrechnung auf 60 km/h
2.7 Messreifen
Als Messreifen wird ein standardisierter, schlauchloser PIARC-Messreifen mit 4 Längsrillen der
Dimension 165 R 15 verwendet. Die Mindestprofiltiefe beträgt 1,6 mm, der Reifendruck beträgt bei
20 °C 2,0 bar.
Zur Sicherung der Vergleichbarkeit der Messergebnisse ist eine einheitliche Behandlung der
Messreifen hinsichtlich Lagerung, Einfahren, minimaler Reifenprofiltiefe usw. erforderlich. Die
Reifen sind trocken, dunkel und bei einer Temperatur von etwa 3 °C zu lagern. Während längerer
Einsatzpausen (z.B. Winter) sind die Reifen vom Messfahrzeug abzumontieren und ebenfalls wie
oben beschrieben zu lagern.
Vor der ersten Messung ist ein neuer Reifen auf einer Länge von ca. 30 km auf einer Fahrbahn mit
einem mittleren Griffigkeitsniveau bei Sollradlast einzufahren (unter Bedingungen wie im
Messbetrieb). Der Messreifen muss am Beginn eines Messtages oder nach einer mehr als 30minütigen
Messpause ca. 500 m eingefahren werden.
2.8 Datenerfassung
Folgende Daten werden bei Griffigkeitsmessungen in jedem Messfile gespeichert:
• Messdatum • Stationierung
• Bezeichnung der Messstrecke • Reibungsbeiwert (standardmäßig 5 m-
Mittelwert)
• Fahrstreifenangabe • Messgeschwindigkeit
• Fahrtrichtungsangabe bezüglich steigender
(1) oder fallender (2) Kilometrierung
• dynamische Radlast
• Angabe des Messprogramms • statische Radlast
• Wahl der Mittelungslänge • Bremsmoment
• Angabe des Messreifens • Fahrbahntemperatur
• Name des Fahrers / Bedieners • Ereignismarker
2.9 Fahrbahntemperatur:
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Fahrbahntemperatur, sofern sie zwischen +5 °C und
+50 °C liegt, einen geringen Einfluss auf die Höhe der Reibungsbeiwerte hat. Um die
Messbedingungen einhalten zu können, wird die Temperatur der Straßenoberfläche in der
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 7

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
Messspur während der Messung mittels eines Infrarot-Thermometers der Type novasens 2050
kontinuierlich berührungslos erfasst.
2.10 Satellitennavigationssystem
Der RoadSTAR ist mit einem Satellitennavigationssystem (GPS) ausgestattet, das in das Inertial-
Kreiselsystem (siehe Kapitel 2.11) integriert ist. Als Empfänger wird ein 12 Kanal Rockwell-
Empfänger verwendet. Alle Messergebnisse werden mit differentiell korrigierten GPS-Koordinaten
versehen, sofern keine Satellitenabschattung gegeben ist.
Das Korrektursignal für die differentielle Auswertung der GPS-Daten wird durch das System
OmniSTAR erhalten. Das OmniSTAR System ist ein weltweites, in Echtzeit operierendes,
differentielles GPS Übertragungssystem, das Korrekturen für ein globales Referenzstationsnetz
aussendet. OmniSTAR verwendet ein Netzwerk von Referenzstationen (Basisstationen), um die
originalen GPS-Koordinaten zu verbessern. Diese Referenzdaten werden an das Network Control
Center übertragen, wo sie auf Übereinstimmung und Verlässlichkeit geprüft und an einen
geostationären Satelliten übertragen werden, der die Daten in seinem Gebiet (dem sogenannten
Footprint) ausstrahlt. Dieser Vorgang stellt sicher, dass alle Referenzdaten aus diesem Satelliten-
Footprint schnell am OmniSTAR Empfänger zur Verfügung stehen. Die Satellitendaten werden mit
einer Rundstrahlantenne und einem Konvertersystem empfangen. Das Signal wird demoduliert
und einem Prozessor übergeben, der die Daten in Korrekturen umformatiert, die intern vom GPS
Empfänger verarbeitet werden.
Durch die Ausstattung des RoadSTAR mit diesem differentiellen Satellitennavigationssystem und
mit dem digitalen Videoaufnahmesystem bietet sich die Möglichkeit, Messwerte, Charakteristika
der Fahrbahn und Einrichtungen des Straßenraumes über Stationierungskilometer und/oder über
dGPS-Koordinaten örtlich zuzuordnen.
2.11 Inertial-Kreiselsystem (IMU)
Die IMU-Plattform (inertial measuring unit) besteht aus einem dynamischen Lage- und
Kurswinkelsensor für dynamisch bewegte Trägersysteme. Das System enthält drei Closed-Loop-
Faserkreisel, drei Beschleunigungssensoren und einen GPS-Empfänger zur Kurswinkelstützung
und Bestimmung der Position. Spezielle Optimalfilter, die auf einer modifizierten Kalman-Filter-
Struktur basieren und die Eigenschaften sowohl der inertialen als auch der satellitengestützten
Systeme nutzen (sog. INS/dGPS-Kopplung), ermöglichen die kinematische Vermessung
dynamisch bewegter Objekte mit höchster Genauigkeit.
Die Neigungs-, Richtungs- und dGPS-Daten werden über eine serielle Schnittstelle von der IMU-
Plattform als wegbezogener Datenstrom mit einer Auflösung von 1 m zusammen mit der aktuellen
Wegposition erfasst und gespeichert.
3 Trassierungsparameter
Die Trassierungsparameter werden aus den Daten der zuvor beschriebenen Messeinrichtungen,
aus dem Hochpräzisionskreiselsystem und den Satellitennavigationsdaten (dGPS) ermittelt.
3.1.1 Längsneigung und Höhenprofil
Die Längsneigung und das Höhenprofil wird über den Nickwinkelverlauf und der zugehörigen
Wegangabe berechnet. Die Berechnung der Höhenzunahme zwischen zwei Messpunkten erfolgt
über den geometrischen Ansatz:
Höhenzunahme = Wegschrittweite * tan (Neigungswinkel Straße).
Aus der Aufsummierung dieser Höhendifferenzen ergibt sich das Höhenprofil.
8 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Da durch die Nickbewegungen die Lage des LKW nicht immer parallel zur Straße verläuft, muss
diese Eigenbewegung des LKW korrigiert werden. Diese Korrektur erfolgt über die beiden äußeren
Längsprofilsensoren im Abstand von 2 m. Dabei werden die bei einem Messintervall von 1 m
anfallenden 20 Messwerte jedes der beiden Sensoren gemittelt und zur Bestimmung der relativen
Längsneigung des LKWs zur Straße herangezogen. Daraus ergibt sich die neue Berechnung der
Höhenzunahme aus:
Höhenzunahme = Wegschrittweite * tan (Neigungswinkel LKW - Relativneigung LKW/Straße).
3.1.2 Querneigung
Die Querneigung ist bei der Messung mit dem RoadSTAR aus dem Winkel zwischen der
Horizontalen (bestimmt durch den Navigationskreisel) und einer Regressionsgeraden durch die 23
Messpunkte des Querprofils definiert (Lit. [3], [4] und [5]).
Die Horizontierung des Querprofils erfolgt über eine Ausgleichsgerade durch das gesamte
(korrigierte) Querprofil. Diese Ausgleichsgerade wird parallel zum Querprofil-Aufnahmebalken
gedreht („horizontiert“ - auf den Horizont des Balkens bezogen). Dieser dabei erhaltene Winkel
α gibt die relative Schräglage des LKWs zur Straße an.
Die Querneigung der Straße errechnet sich aus der Aufsummierung des Winkels α und des
Wankwinkels β aus dem Bord-Kreisel.
3.1.3 Kurvenradius
Der Kurvenradiusverlauf wird aus den Kreisel- und dGPS-Daten über den Quotienten der
Geschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit berechnet. Um Schwankungen dieser Messgröße
auszugleichen, wird jeder Winkelgeschwindigkeitswert über einen gleitenden Mittelwert von ±5
Messwerten geglättet. Für den Krümmungsverlauf (Krümmung = Reziprokwert des Kurvenradius)
wird das gleiche Verfahren angewendet.
3.1.4 Streckenverlauf (Erfassung der Fahrlinie)
Da alle Messwerte mit differenziellen GPS-Koordinaten versehen sind, ist es möglich, ein digitales
Abbild der Fahrlinie zu generieren. Das Messintervall des GPS-Empfängers beträgt 1 Sekunde, bei
den angestrebten Fahrgeschwindigkeiten zwischen 30 und 60 km/h erhält man somit alle etwa 8
bis 17 Meter einen Koordinatenwert im Bezugssystem WGS84. Zwischen zwei GPS-Koordinaten
erfolgt eine geradlinige Interpolation auf 1 m-Intervalle.
Es bietet sich aber auch die Möglichkeit, einen vorhandenen Straßengrafen auf die geometrische
Qualität zu überprüfen. Auf Basis von festzulegenden Toleranzwerten beziehungsweise aus
daraus abgeleiteten Qualitätskategorien wird für jede Stelle des bestehenden Grafen die Kategorie
der geometrischen Qualität zugewiesen.
Die beste Qualität erhält man, wenn die Fahrlinie für beide Fahrtrichtungen ermittelt wird. Diese
beiden Fahrlinien machen auch die Ableitung eines neuen, hinsichtlich seiner geometrischen
Genauigkeit homogenen und dem tatsächlichen Naturstand entsprechenden Straßengrafen
möglich. Aus den (annähernd parallelen) Fahrlinien kann die Mittelachse berechnet und zu einem
topologisch korrekten Straßennetz zusammengeführt werden.
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 9

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
4 arSis – arsenal research Straßeninformationssystem
Mit dem RoadSTAR ist es möglich, straßenbautechnische Parameter in einer einzigen Messfahrt
zu erfassen, die derzeit mit keinem anderen Messgerät mit einem vertretbaren Aufwand gemessen
werden können. Durch die Ausstattung des RoadSTAR mit differentiell korrigierter
Satellitennavigation (dGPS) ist es überdies möglich, ein digitales Abbild der Straßen zu schaffen
und die Messwerte positionsgenau zuzuordnen, da die Messdaten bereits georeferenziert sind.
Die vom RoadSTAR erfassten Messdaten können in einem Geografischen Informations-System
(GIS) mit weiteren verkehrsrelevanten Daten (Verkehrsstärken, Unfalldaten, Oberbaudatenbank,
bauliche Einrichtungen bzw. Straßenausrüstung wie Verkehrszeichen, Leitschienen, usw.) in
Zusammenhang gebracht werden.
Das Geschäftsfeld Verkehrwege von arsenal research schafft mit arSis eine umfassende und in
Österreich einzigartige Basis für weitere Analysearbeiten und Forschungsprojekte in
Zusammenhang mit Verkehrssicherheit und Verkehrsplanung. Die übersichtliche Darstellung
sowohl der vom RoadSTAR erfassten Parameter, als auch anderer relevanter Parameter, eröffnet
die Möglichkeit für weiterführende Analysen und Auswertungen. Durch das „Verschneiden“ dieser
Daten können wesentliche Zusammenhänge erkannt werden, die gleichermaßen für
Straßenerrichter, -erhalter, –betreiber und –benutzer interessant sind.
Abbildung 2.11-1: das hochrangige Straßennetz in Österreich, die Datengrundlage für arSis
Abbildung 2.11-2 und Abbildung 2.11-3 zeigt die Darstellung von 50 m-Griffigkeitswerten. Beim
Vergrößern wechselt die Ansicht automatisch auf die 25 m und 5 m-Werte. Somit sind auch
punktuelle Extremwerte komfortabel zu erkennen.
10 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

Abbildung 2.11-2: arSis-Darstellung der Griffigkeit im Auswerteintervall von 50 m
Abbildung 2.11-3: Detaillierte arSis-Darstellung der Griffigkeit
Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 11

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
Abbildung 2.11-4: Grafische Auswertung einer Korrelation Griffigkeit - Unfallhäufungsstellen
Abbildung 2.11-5: Detailanalyse nach Unfalltypen
12 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege

5 Qualitätssicherung
Griffigkeitsmessungen mit dem RoadSTAR
Die RoadSTAR-Messungen werden im Rahmen der staatlichen Akkreditierung (GZ 92714/237-
IV/9/00) durchgeführt. Es ist somit bei den Messungen besonderes Augenmerk auf die
Funktionstüchtigkeit des Messgerätes und die Reproduzierbarkeit der Messwerte zu legen.
Folgende Vorgangsweise zur Qualitätssicherung der Messwerte wird praktiziert:
• In periodischen Intervallen (etwa alle 1000 Messkilometer) werden die Lasersensoren für die
Querprofil-, Längsprofil- und Texturmessung sowie die Drehmomentwelle und die statische und
dynamische Radlast für die Griffigkeitsmessung kalibriert.
• Nach erfolgter Kalibrierung wird eine Wiederholungsmessung auf einer mindestens 2 km
langen Messstrecke, die unmittelbar vor der Kalibrierung gemessen wurde, durchgeführt. Es
werden die maßgebenden Messwerte (Querprofil, Längsprofil, Griffigkeit und Textur) der Erst-
und Wiederholungsmessung einander so gegenübergestellt, dass die Differenz der Mittelwerte
der beiden Messfahrten erkennbar ist. Zudem wird die doppelte Standardabweichung aus den
Differenzen der Einzelmesswerte der beiden Messfahrten berechnet. Diese beiden
statistischen Parameter charakterisieren die Wiederholbarkeit der beiden Messungen.
Bei der Auswahl der Messtrecke ist darauf zu achten, dass sie hinsichtlich der Textur (vor
allem in der Querrichtung) und der Griffigkeit sehr homogen ist.
• In monatlichen Abständen wird eine Wiederholungsmessung auf einer mindestens 2 km langen
Referenzstrecke durchgeführt. Es werden abermals die maßgebenden Messwerte der Erst-
und Wiederholungsmessung einander so gegengestellt, dass die Differenzen der Mittelwerte
der beiden Messfahrten erkennbar sind. Zudem wird die doppelte Standardabweichung der
Differenzen der maßgebenden Einzelwerte der beiden Messfahrten berechnet. Im Zuge dieser
Wiederholungsmessung werden die Wegangaben des Wegsensors überprüft. Bei
Abweichungen zum Sollwert ist der Wegsensor zu kalibrieren.
Die Ergebnisse der Kalibrierung bzw. Überprüfung werden in Überprüfungs- bzw. in Kalibrierprotokollen
festgehalten.
6 Messgenauigkeit des Messsystems RoadSTAR
Zur Festlegung der Messgenauigkeit der Messeinrichtungen am Messsystem RoadSTAR wird die
Wiederholbarkeit herangezogen. Dafür wurden auf 15 ausgewählten Strecken Messfahrten unter
standardisierten Bedingungen durchgeführt. Die Strecken wurden so gewählt, dass sie hinsichtlich
der Fahrbahnoberflächen (Textur, Griffigkeit) und der verwendeten Gesteine variieren, bezüglich
der Griffigkeit im gewählten Abschnitt aber so homogen wie möglich sind.
Es wurden je Messstrecke drei Messungen auf einer mindestens 2 km langen Messstrecke
unmittelbar hintereinander - bei Einhaltung der gleichen Messspur - durchgeführt.
Durch die für die Griffigkeitsmessung notwendige Anfeuchtung der Fahrbahn trat bei manchen
Belägen ein Reinigungseffekt ein, der bei den Wiederholungsmessungen einige Parameter
beeinflusste. Aus diesem Grund wurden für den Vergleich der Messwerte nur die zweite und dritte
Fahrt herangezogen.
Für jede Messstrecke wurden die auf 50 m gemittelten Messwerte der Erst- und Wiederholungsmessung
(Fahrt 2 und 3) einander gegenübergestellt, sodass die Differenzen der
Mittelwerte der beiden Messfahrten erkennbar wurden. Zudem wurde die doppelte Standardabweichung
der Differenzen der gemittelten 50 m-Messwerte der beiden Messfahrten berechnet und
ausgewiesen.
Peter Maurer - arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege 13

Straßenzustandserfassung mit dem RoadSTAR - Messsystem und Genauigkeit
6.1 Abgeleitete Genauigkeit der Messeinheiten des RoadSTAR
Es konnte folgende Messgenauigkeit der Messeinrichtungen des Messsystems RoadSTAR
abgeleitet werden (siehe Tabelle 6.1-1):
Tabelle 6.1-1: Messgenauigkeit der Messeinrichtungen des Messsystems RoadSTAR
Betrag der Differenz
der Mittelwerte der
Erst- und Wiederholungsmessung
(50 m-Messwerte)
Griffigkeit µ [-] ∆µ ≤ 0,03 2σ ≤ 0,05
doppelte Standardabweichung der
Differenzen der Einzelwerte der
unmittelbar hintereinander durchgeführten
Erst- und Wiederholungsmessung
(50 m-Messwerte)
Textur (MPD) [mm] ∆MPD ≤ 0,15 2σ ≤ 0,3 (nicht bei Drainasphalten)
Längsebenheit (IRI) [m/km] ∆IRI ≤ 0,05 2σ ≤ 0,5
Querebenheit
(Spurrinnentiefe) [mm]
∆S ≤ 0,2 2σ ≤ 1,0
Querneigung [%] ∆q ≤ 0,3 2σ ≤ 0,6
Längsneigung [%] ∆s ≤ 0,3 2σ ≤ 0,6
7 Literaturverzeichnis
[1] ASTM-Specification E501-94 (2000) Standard Specification for Standard Rib Tire for
Pavement Skid-Resistance Tests. American Society for Testing and Materials, West
Conshohocken, PA 2001
[2] prEN 13036-2 Procedure for determining of skid resistance of a pavement surface, 2001
[3] EN 13036-7: Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen, Prüfverfahren – Teil 7,
Messung von Einzelunebenheiten von Verkehrsflächen: Messung mit der Richtlatte, 2000.
[4] Wi 00227-133 ex 509: Road and airfield surface characteristics, transverse evenness,
methods of measurement, 1998
[5] Wi 00227-new Surface Characteristics, Pavement evenness, measurements, Part 2:
profilometers.
14 arsenal research – Geschäftsfeld Verkehrswege