Die ZEB-Daten stellen die wichtigste Grundlage für das rationelle Erhaltungsmanagement und für eine Reihe von weiteren Anwendungen im Straßenwesen dar. Von der Qualität, Vollständigkeit und Aktualität der Zustandsdaten hängt die Qualität der auf der Basis dieser Daten erfolgten Entscheidungen ab. Genauso wichtig, wie die Qualität der Zustandsdaten, ist ihre Verfügbarkeit überall dort, wo sie benötigt werden. Somit ist die Bereitstellung der Zustandsdaten für die im Erhaltungsmanagement beteiligten Organe von fundamentaler Bedeutung. Diese Aufgabe erfüllt seit über 5 Jahren der IT-ZEB-Server der BASt. Der IT-ZEB-Server ist das offizielle Datenarchiv des Bundes. Alle Zustandsdaten für Bundesfernstraßen seit der ZEB 1997, darunter originale Rohdaten, alle Auswerteergebnisse samt Grafiken und Dokumentationsberichten, Streckenbilder und Oberflächenbilder werden dort verwaltet. Der IT-ZEB-Server ist mittlerweile eines der größten Auskunftssysteme Europas im Straßenwesen. Der Zugriff auf die Zustandsdaten erfolgt unter anderen über OKSTRA konforme Web-Feature-Services sowie über Web-Map-Services. Die Daten können auch interaktiv visualisiert werden. Die Hauptanwender sind die Straßenbauverwaltungen des Bundes und der Länder, durch das BMVBS bzw. die BASt beauftragte Forschungseinrichtungen und die Beteiligten an den ZEB-Projekten. Der IT-ZEB-Server wurde 2009 im Rahmen einer BASt-Forschung durch die HELLER Ingenieurgesellschaft mbH entwickelt und ist seitdem im Einsatz.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Die ZEB-Daten stellen die wichtigste Grundlage für das rationelle Erhaltungsmanagement dar und sind für viele Anwendungen im Straßenwesen unentbehrlich. Von der Qualität, Vollständigkeit und Aktualität der Zustandsdaten hängt die Qualität der auf der Basis dieser Daten getroffenen Entscheidungen ab. Die ZEB hat sich mittlerweile zu einer modernen technischen Disziplin entwickelt und hat eine hohe Stabilität erreicht. Seit Jahren gibt es Regelwerke sowie etablierte Verfahren und Geschäftsprozesse für die ZEB. Sie wird dauernd verbessert und erweitert, ohne dass die Kontinuität des Gesamtsystems gefährdet würde. Ebenso gibt es stabile und anerkannte Datenstrukturen zur Verwaltung der Zustandsdaten in allen Entwicklungsstadien: von den Rohdaten bis hin zu den Endergebnissen.

Allerdings ist die Verfügbarkeit der Zustandsdaten dort, wo sie benötigt werden, genau so wichtig wie ihre Qualität. Die Zustandsdaten den am Erhaltungsmanagement der Bundesfernstraßen beteiligten Instanzen bereitzustellen, ist somit von fundamentaler Bedeutung für jede moderne Straßenbauverwaltung. Administrative oder technische Hürden bei der Datenbereitstellung und eine damit verbundene Nichtberücksichtigung von Zustandsdaten bzw. eine Berücksichtigung von veralteten Daten können in Fehlentscheidungen resultieren.

Erst wenn sichergestellt ist, dass die Zustandsdaten in allen Etappen des Infrastrukturmanagements voll verfügbar sind, bringen die Daten ihren erhofften Nutzen und rechtfertigen die erheblichen Aufwendungen ihrer Beschaffung. Die Bereitstellung der Daten soll dazu möglichst stark an die jeweiligen Anforderungen und Aufgaben der Nutzer angepasst werden.

Diese Aufgabe erfüllt seit über 5 Jahren der IT-ZEB-Server der BASt (siehe Bild 1).

Bild 1: Effektive Bereitstellung der Zustandsdaten als wichtige Voraussetzung für ein rationales Management der Straßeninfrastruktur

2 IT-ZEB-Server als ZEB-Archivsystem

Der IT-ZEB-Server wurde 2009 im Rahmen einer BASt-Forschung durch die HELLER Ingenieurgesellschaft mbH entwickelt und ist seit dieser Zeit ununterbrochen im Einsatz. Alle Zustandsdaten auf Bundesfernstraßen seit 1997 werden auf dem IT-ZEB-Server archiviert und verwaltet.

Zu diesen Daten gehören:

– Rohdaten

– Ergebnisdateien mit Zustandsgrößen und -werten

– Zustandskarten, Rohdatenprofile, Zustandsprofile, Zustandsbänder, Statistiken

– Dokumentationsberichte

– Streckenbilder und

– Oberflächenbilder (siehe Bild 2).

Nach dem Abschluss einer ZEB-Jahresmessung und der Freigabe der Daten durch die BASt werden die Daten in den Datenbestand des IT-ZEB-Servers übernommen.

Auf dem IT-ZEB-Server werden Zustandsdaten zu über einer halben Million Fahrstreifenkilometer der Bundesfernstraßen verwaltet und stehen in numerischer Form, als Bilder (über 50 Millionen) und als PDF-Dokumente (über 5 Millionen) zur Verfügung.

Die Gesamtmenge der durch den IT-ZEB-Server verwalteten Daten beträgt mittlerweile über 140 Terrabyte (2013). Der IT-ZEB-Server gilt somit als eines der größten Auskunftssysteme Europas im Straßenwesen.

Bild 2: ZEB-Daten und -ergebnisse im IT-ZEB-Server

3 IT-ZEB-Server als Auskunftssystem

Ein effizienter und aufgabenorientierter Zugriff auf einen so großen Datenpool wäre ohne ein System zur Datenbereitstellung nicht möglich. Der IT-ZEB-Server bietet den berechtigten Nutzern die Möglichkeit, auf alle Datenbestände strukturiert zuzugreifen.

Die Daten sollen in erster Linie den Straßenbauverwaltungen des Bundes und der Länder sowie wissenschaftlichen Einrichtungen im Rahmen von durch das BMVBS bzw. durch die BASt initiierter Forschung zur Verfügung stehen. Damit die technischen Voraussetzungen für den effizienten Datenzugriff durch die Anwender erfüllt sind, hat man sich entschieden, die Daten mithilfe von Online-Diensten über einen Internet-Browser bereitzustellen. Somit kann der Anwender des IT-ZEB-Servers alle Dienste allein über einen Internet-Browser, das heißt ohne eine spezialisierte Software, in Anspruch nehmen. Die einzige Voraussetzung ist ein Internetanschluss und eine durch die BASt in Abstimmung mit dem BMVBS erteilte Zugangsberechtigung. Diese Zugangsberechtigungen können für bestimmte Dienstarten, Datengruppen und Straßennetze individuell eingerichtet werden und sind dabei zeitlich begrenzt.

Folgende Möglichkeiten des Datenzugriffs stehen dem Anwender des IT-ZEB-Servers zur Verfügung:

– Download der Daten

– Online-Zugriff auf die Daten über Web-Services (WFS und WMS) und

– Interaktive und synchronisierte Visualisierung der Daten.

3.1 Download der Daten

Über die Download-Funktionen können die gewünschten Daten aus dem Datenbestand des IT-ZEB-Servers mithilfe spezieller Selektionswerkzeuge gesucht und anschließend auf den Computer des Clients übertragen werden. Gegenstand des Downloads sind sowohl die originalen Daten, das heißt die Rohdaten-Dateien, wie auch Ergebnisdateien und ZEB-Auswerteergebnisse als PDF-Dateien.

Die ZEB-Rasterrohdaten liegen auf dem Server als XML-Dateien vor und beziehen sich oft auf längere Streckenabschnitte. Der Anwender kann entweder die gesamte Datei auf seinen Rechner übertragen oder (aufgrund der oft erheblichen Dateigröße) nur bestimmten Teile für die gewünschten Abschnitte (siehe Bild 3).

3.2 Datenbereitstellung über Online-Dienste

3.2.1 Web Feature Service

Immer mehr Software-Applikationen greifen auf die Datenbestände von Online-Datenbanken zu. Damit sichern sie die höchste Aktualität der Daten und können die Speicheranforderungen minimieren. Der IT-ZEB-Server bietet entsprechende Online-Dienste über einen OKSTRA-konformen Web Feature Service an. Damit können alle im IT-ZEB-Server verwalteten Zustandsgrößen und -werte sowie Bilder über externe Applikationen jederzeit online in Anspruch genommen werden.

3.2.2 Web Map Service

Der IT-ZEB-Server bietet außerdem Map-Layer mit Zustandsdaten über den standardisierten Web Map Service an. Alle geografischen Informationssysteme (GIS) können somit online auf diese Daten zugreifen.

Bild 3: Selektion der Rasterrohdaten für den Download

3.3 Interaktive und synchronisierte Visualisierung

Die Erfahrung zeigt, dass die meisten Anwender des IT-ZEB-Servers an einer gezielten Visualisierung bestimmter Daten interessiert sind. Der Server bietet hierfür eine Reihe von Funktionen für den visuellen Zugriff auf einzelne Daten sowie eine „virtuelle Befahrung“ ganzer Straßenzüge. Der Anwender entscheidet dabei, welche der Datengruppen sichtbar sind und in welcher Kombination sie präsentiert werden.

Man folgt dabei einer für die Straßenbautechniker und -ingenieure vertrauten Form der Datenvisualisierung. Die Straße wird aus drei Perspektiven betrachtet: als Karte (Grundriss), als Streckenband (Längsprofil) und als Streckenbild (bzw. Querschnitt). Diese Perspektiven werden in separaten Fenstern angezeigt. Das Navigieren im Straßennetz kann über alle diese Fenster sowie über ein zusätzliches Navigationsfenster, deren Inhalte automatisch synchronisiert werden, erfolgen.

3.3.1 Kartenfenster

Das Kartenfenster dient primär der Darstellung der Straßennetze und der Zustandsklassen. Darüber hinaus ist es möglich, beliebige weitere Map-Layer über den Web Map Service einzubinden und darzustellen. Durch das Klicken auf die Karte wird die Station der Straße ermittelt und die Inhalte aller anderen aktiven Fenster werden aktualisiert. Das Kartenfenster ist mit wichtigen GIS-Funktionalitäten ausgestaltet, wie z. B. Verwaltung der geografischen Layer, Einbinden externer Web Map Services oder Einblenden der Daten für die geografischen Objekte.

3.3.2 Streckenbandfenster

Das Streckenband stellt die Straße in Form eines Längsschnitts dar. Es gibt unterschiedliche Arten von Streckenbändern, je nach der gewünschten Betrachtungsperspektive des Anwenders. Die Maßstäbe der Streckenbänder können dabei auch unterschiedlich sein, um die jeweiligen Inhalte optimal zu präsentieren. Auf jedem Streckenband ist ein senkrechter Balken eingeblendet. Er zeigt die aktuelle Position im Straßenverlauf und ist gleichzeitig auch ein Navigationswerkzeug. Durch das Ziehen des Balkens an die gewünschte Stelle wird die Position geändert und die Inhalte aller anderen Fenster werden automatisch aktualisiert.

Für bestimmte Aufgaben ist es vorteilhaft, zwei oder sogar mehrere Streckenbänder gleichzeitig zu betrachten, z. B. Zustandsband und Rohdatenprofil. Auf dem Zustandsband können etwa bestimmte Besonderheiten, z. B. die Konzentration der Abschnitte im schlechten Zustand, erkannt werden. Nach dem Ansteuern dieser Stellen kann das Rohdatenprofil für detaillierte Untersuchungen genutzt werden.

3.3.3 Streckenbild

Die Querschnittsdaten können gut auf einem Streckenbild identifiziert werden. Zu jeder Station kann im Bildfenster ein Streckenbild aus der Frontkamera eingeblendet werden. Darüber hinaus kann das Oberflächenbild in einem weiteren Bildfenster eingeblendet werden. Die Oberflächenbilder stellen die Grundlage für die Erfassung der Oberflächeneigenschaften im Rahmen des Teilprojektes 3 der ZEB dar. Sie können nach Bedarf in voller Auflösung angezeigt werden.

3.3.4 Navigationsfenster

Oft ist es vorteilhaft, die gewünschte Stelle im Straßennetz durch die Eingabe der genauen Lokalisierung anzusteuern. Dazu dient das Navigationsfenster. Durch die Eingabe der Straße, des Netzabschnittes, der Stationierungsrichtung und des Fahrstreifens kann der Anwender gezielt zu einem Punkt im Straßennetz navigieren. Es ist weiterhin möglich, eine „virtuelle“ Bewegung entlang der Straße in bestimmten Intervallen (z. B. 10 m, 100 m, 1.000 m) zu starten.

Die Bilder 4 und 5 zeigen Beispiele der interaktiven und synchronisierten Visualisierung der Zustandsdaten während einer „virtuellen Befahrung“ auf einer Bundesautobahn und auf einer Bundesstraße.

Bild 4: Interaktive Visualisierung der Zustandsdaten für eine Bundesautobahn

Bild 5: Interaktive Visualisierung der Zustandsdaten für eine Bundesstraße

4 Weitere Aufgaben

4.1 Individuelle statistische Auswertungen

Während jeder ZEB-Jahresmessung werden die Zustandsdaten einer statistischen Auswertung unterzogen und die Ergebnisse an die beteiligten Länder ausgeliefert. Die Ergebnisse dieser statistischen Auswertung können durch den IT-ZEB-Server als PDF-Dokumente über die Downloadfunktionen auf den Computer übertragen werden.

Oft sind allerdings weitergehende individuelle Auswertungen von Interesse, z. B. die kampagnenübergreifende Analyse für die Betrachtung der Zustandsdynamik oder der Vergleich einzelner Netze. Der IT-ZEB-Server bietet dazu einen spezialisierten Online-Dienst. Die Kriterien der Auswertung werden durch den Anwender festgelegt, die Berechnungen anhand originaler Zustandsdaten auf dem Server durchgeführt und die Ergebnisse im Browser-Fenster dargestellt. So sind einzelne Berechnungen sowie ganze Auswerteserien möglich. Die Ergebnisse werden dann als Excel-Diagramme ausgegeben, die eine weitergehende, individuelle Bearbeitung ermöglichen (siehe Bild 6).

Bild 6: Individuelle statistische Auswertungen mit dem IT-ZEB-Server

4.2 Download der ZEB-Standardprogramme der BASt

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Standardisierung der ZEB ist, dass die mit der Erfassung bzw. Bewertung beauftragten Firmen die Standardsoftware für die Automatisierung wichtiger Auswertungen kostenfrei bereitgestellt bekommen. Diese Software, die mittlerweile sechs Einzelprogramme umfasst, wurde im Auftrag der BASt entwickelt und wird im Rahmen des IT-ZEB-Projektvorhabens gepflegt. Die Installationsdateien der aktuellen Version der Software inklusive der zugehörigen Benutzerhandbücher werden auch auf dem IT-ZEB-Server verwaltet.

Hier können die folgenden BASt-Standardprogramme durch die berechtigten Nutzer in der aktuellen Fassung heruntergeladen werden (siehe Bild 7):

– GeoRohRaster: Programm zur Erstellung von Rasterrohdaten anhand von Georohdaten,

– RohZGZW: Programm zur Berechnung der Zustandsgrößen und Zustandswerte anhand von Rasterrohdaten,

– TP0-Check: Programm zur Kontrolle der Grunddaten,

– UDGenerator: Programm zur Erstellung von „Unmessbarkeits-Dateien“,

– Rohan: Programm zur Anonymisierung von Rasterrohdaten,

– Flad: Programm zur Umwandlung von üblichen Geo- bzw. Rasterrohdaten in vereinfachte („flache“) Geo- oder Rasterrohdaten.

Bild 7: IT-ZEB-Server als Plattform für die Standardprogramme der BASt

5 Zusammenfassung und Ausblick

Der Stellenwert der Zustandsdaten im Management der Straßenerhaltung steigt kontinuierlich. Das Gleiche gilt für die Anzahl der Personen, welche die Zustandsdaten für operative Zwecke der Maßnahmenplanung und des -controllings nutzen. Aus diesem Grund soll der Zugang zu den Zustandsdaten so gestaltet werden, dass er selbst für mit der IT wenig vertraute Personen keine allzu hohe Hürde darstellt. Trotz eines hohen und modernen Standards sollen nicht die Belange der IT-Betreuer im Vordergrund stehen, sondern vielmehr die ingenieurmäßigen Aufgaben durch gezielte Gestaltung der Benutzeroberfläche und der Dialogstrukturen unterstützt werden. Der IT-ZEB-Server wurde unter diesen Rahmenbedingungen entwickelt.

Neben der Möglichkeit zur Visualisierung und zum Download der ZEB-Daten wurde der IT-ZEB-Server mit modernen, standardisierten Web-Services ausgestaltet, die es möglich machen, alle archivierten numerischen Daten und Bilder auch in andere Applikationen zu integrieren. Dies ist insofern von Bedeutung, da einzelne Daten gegebenenfalls auch für Anwendungen außerhalb des Erhaltungsmanagements von Interesse sein können und durch die ermöglichte Verknüpfung von vorliegenden Infrastrukturdaten komplexe, interdisziplinäre Aufgaben gelöst werden können. Daher ist für die Zukunft auch eine verstärkte Integration der Datenbestände des IT-ZEB-Servers in den „Kreislauf“ der Infrastrukturdaten denkbar.