In vielen Arbeits- und Organisationsprozessen des Straßenbetriebsdienstes werden Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK-Technologien) eingesetzt, um Arbeitsabläufe zu erleichtern und sicherer zu gestalten, die Qualität der erbrachten Leistungen zu steigern sowie umfassende Daten und Informationen für die administrative und politische Leitung, die Verkehrsteilnehmer und die Öffentlichkeit bereitzustellen. In einem Forschungs- und Entwicklungsvorhaben im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) wurden Anforderungen des Betriebsdienstes an IuK-Technologien und deren Einsatzmöglichkeiten systematisch aufbereitet, wobei auch innovative IuK-Technologien, die ein hohes Potenzial für den Straßenbetriebsdienst aufweisen, betrachtet wurden. In diesem Beitrag wird auf ausgewählte neue IuK-Technologien, die für den Straßenbetriebsdienst bereits verfügbar sind, näher eingegangen. Daneben werden Empfehlungen zur Implementierung von IuK-Technologien gegeben.

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

1 Einleitung

Der Straßenbetriebsdienst in Deutschland hat eine sehr hohe Bedeutung für ein sicheres und leistungsfähiges Straßennetz sowie den Substanzerhalt des Bauwerks „Straße“. Er ist jedoch seit einigen Jahren starken Veränderungen ausgesetzt. Im Rahmen der bundesweiten Einführung der ergebnisorientierten Steuerung des Betriebsdienstes wird eine weitere Verbesserung der systematischen Planung, Durchführung und Abrechnung erforderlich. Die technische Ausstattung des Betriebsdienstes mit modernen IuK-Technologien hat mit diesen Anforderungen nur unzureichend Schritt gehalten. IuK-Technologien werden jedoch seit langem in vielfältiger Weise im Straßenbetriebsdienst eingesetzt, um die Arbeitsprozesse zu optimieren sowie Informationen für die Administration und Dritte zur Verfügung stellen zu können.

Durch eine systematische Aufbereitung von Anforderungen und Möglichkeiten der IuK-Technologien kann gewährleistet werden, dass nur anforderungsgerechte Technologien zum Einsatz kommen. Die Implementierung teurer und nicht aufeinander abgestimmter Individuallösungen wird vermieden. Hierdurch lassen sich insgesamt sowohl Aufwand als auch Zeitbedarf für die umfassende Einführung von IuK-Technologien reduzieren. Dies ermöglicht neben Einsparungen auf Seiten der Investitionskosten auch eine schnellere Nutzbarkeit der Systeme.

Im Rahmen des FE-Vorhabens „Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechniken zur Optimierung des Betriebsdienst-Managements (InfKom)“ im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), wurden durch die Hochschule Biberach die derzeitigen Einsatzbereiche von IuK-Technologien in Deutschland erhoben sowie Anforderungen an die Implementierung und den Einsatz von IuK-Technologien zusammengestellt [Holldorb et al. 2011]. Weiterhin wurden neue und innovative IuK-Technologien dahingehend bewertet, wie sie für den Straßenbetriebsdienst zukünftig genutzt werden können. Hierbei wurden auch Technologien berücksichtigt, die in anderen Fachdisziplinen verfügbar oder noch in der Entwicklung sind.

Das Bild 1 gibt eine Übersicht über die IuK-Technologien, welche zur Optimierung des Betriebsdienstmanagements derzeit zum Einsatz kommen bzw. vorgeschlagen werden. Das Bild stellt die verschiedenen Arbeitsfelder in einem Meistereibezirk und deren Unterstützung durch IuK-Technologien sowie die Kooperationen mit externen Institutionen, Diensten und den Verkehrsteilnehmern grafisch dar. Dieses Gesamtkonzept soll beispielhaft aufzeigen, wie die einzelnen Technologien in den Betriebsdienst integriert werden können. Im jeweiligen Einzelfall können abweichende Strukturen vorliegen, darüber hinaus sind vielfach auch weitere Technologien im Einsatz.

Bild 1: Übersicht über den Einsatz von IuK-Technologien im Straßenbetriebsdienst (Holldorb et al. [2011]) 

2 Mobilfunk und digitaler Betriebsfunk für die Sprach- und Datenkommunikation

Für die Organisation und Abwicklung der im Straßenbetriebsdienst anstehenden Aufgaben ist die Kommunikation der verschiedenen Organisationseinheiten von besonderer Bedeutung. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Kommunikation zwischen Meistereigehöft und den an der Strecke tätigen Einsatzkräften sowie der Einsatzkräfte untereinander zu legen. Hierfür stehen derzeit noch in vielen Bundesländern eigene analoge Funknetze zur Verfügung; allerdings wird diese Technologie langfristig nicht weiter betrieben werden können. Als Alternative kommt die Nutzung des kommerziellen Mobilfunks oder der Aufbau neuer digitaler Betriebsfunknetze in Frage. Mit Auslaufen des analogen Betriebsfunks wird derzeit häufig auf den Mobilfunk zurückgegriffen, da er unmittelbar verfügbar ist. So setzten Anfang 2010 bereits über 100 Meistereien für die Kommunikation ausschließlich kommerziellen Mobilfunk ein.

Für eine effiziente Steuerung des Betriebsdienstes werden an die mobile Sprachkommunikation im Wesentlichen folgende Anforderungen gestellt:

• Die mobile Sprachkommunikation ist nicht nur innerhalb des Meistereibezirks, sondern auch darüber hinaus erforderlich (Kommunikation mit angrenzenden Meistereien, mit Dritten, in der Rufbereitschaft).
• Die Sprachkommunikation sollte möglichst uneingeschränkt verfügbar sein, kurzzeitige Unterbrechungen sind vereinzelt tolerierbar.
• Die Sprachqualität sollte innerhalb und außerhalb des Fahrzeuges gleichbleibend hoch sein.
• Neben der Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern hat die Information mehrerer Teilnehmer („Gruppenruf“) und das Mithören von Gesprächen der Kollegen hohe Bedeutung für die Organisation und Steuerung des Betriebsdienstes, so dass diese Funktionalitäten bei der Konzeption der mobilen Sprachkommunikation zu beachten sind.

Neben der Sprachkommunikation wird in Zukunft die mobile, kabellose Datenkommunikation an Bedeutung gewinnen, damit der Informationsfluss zwischen Einsatzfahrzeugen, Mitarbeitern und Meistereigehöft gewährleistet werden kann. Wesentliche Einsatzgebiete sind die automatisierte Einsatzdatenerfassung und das Bestandsdatenmanagement. Auch dezentrale Einrichtungen, wie Glättemeldeanlagen (GMA), Stützpunkte etc., die nicht an das Fernmeldenetz angeschlossen sind, können über die mobile Datenkommunikation angebunden werden. Derzeit sind die zu übertragenden Datenmengen noch eher gering, allerdings ist in Zukunft mit einer starken Zunahme zu rechnen, insbesondere wenn grafische Informationen und Bilder übermittelt werden sollen.

Bei der mobilen Datenkommunikation ist eine umfassende räumliche und zeitliche Verfügbarkeit nur dann wichtig, wenn Daten online übertragen werden müssen. Ansonsten sind kurzzeitige Ausfälle tolerierbar, sofern die Datenübertragung automatisch wiederholt wird und des Weiteren kein Datenverlust auftritt. Bei der Datenkommunikation ist zu beachten, dass bei vielen derzeit im Einsatz befindlichen Anwendungen zur Einsatzdatenerfassung die Daten nicht unmittelbar an das Meistereigehöft, sondern an einen zentralen Server des Systemanbieters übertragen werden.

Derzeit sind in Deutschland vier Systeme des digitalen Betriebsfunks verfügbar: TETRA, TETRAPOL, DMR und DPMR. TETRA und TETRAPOL bieten einen höheren Funktionsumfang sowie höhere Sicherheitsstandards; alle Systeme können jedoch die für den Betriebsdienst relevanten Anforderungen an die Sprachkommunikation in vollem Umfang erfüllen. Auch für die Datenkommunikation sind sie geeignet. Allerdings verfügen die derzeit konfigurierten Systeme über nur geringe Datenübertragungsraten, so dass sie bei hohen Datenmengen Defizite aufweisen. Bei allen Systemen ist der Aufbau eines neuen Digitalfunknetzes mit stationären Sende- und Empfangsstationen sowie neuen digitalen Endgeräten notwendig. Neben dem Aufbau ist auch der laufende Betrieb des Digitalfunknetzes durch die Straßenbauverwaltung sicherzustellen.

Als Alternative zum Aufbau und Betrieb eines eigenständigen Digitalfunks ist die Nutzung des kommerziellen Mobilfunks möglich. Dieser wird den Anforderungen an die Sprachkommunikation hinsichtlich Qualität und Verfügbarkeit in weiten Teilen gerecht. Nur der „Gruppenruf“ wird derzeit nicht unmittelbar unterstützt, hierfür sind entsprechende technische Lösungen jedoch grundsätzlich möglich. Um auch bei hoher Netzauslastung die Kommunikation sicherstellen zu können, ist für den Straßenbetriebsdienst eine bevorrechtigte Nutzung gemäß Telekommunikations-Sicherstellungs-Verordnung (TKSiV) [BMJ 2006] möglich. Hierfür wird im Bedarfsfall automatisch eine Bevorrechtigungsfunktion durch den Mobilfunkanbieter aktiviert, durch die bei überlastetem Netz das Gespräch eines nicht bevorrechtigten Teilnehmers abgebrochen und der verfügbare Funkkanal für den bevorrechtigten Nutzer zur Verfügung gestellt wird.

Von Vorteil beim Mobilfunk ist die Nutzung vorhandener Kommunikationsnetze, da damit Aufbau und Betrieb eines eigenständigen Netzes entfallen. Aufgrund der hohen kommerziellen Nutzerzahlen werden durch die Mobilfunkbetreiber die Netze stetig ausgebaut, insbesondere hinsichtlich Verfügbarkeit, Netzqualität und Datenübertragungsraten. Die Kommunikation über den Meistereibezirk hinweg und mit Dritten (Fremdunternehmer, Rettungsdienste, Polizei etc.) ist problemlos möglich. Allerdings verfügt die Straßenbauverwaltung bei der Nutzung des Mobilfunks nicht mehr über die Netzhoheit, sondern ist von einem kommerziellen Dienstleister abhängig. Dies ist jedoch auch bei anderen, kabelgestützten Kommunikationsverbindungen sowie in vielen anderen Bereichen, z. B. der Energieversorgung, der Fall.

Überschlägige Kostenvergleiche lassen erkennen, dass die gesamten laufenden Kommunikationskosten beim Mobilfunk in ähnlicher Größenordnung wie die Kosten für Betrieb und Unterhalt eines Digitalfunknetzes liegen. Da jedoch nahezu keine Investitionskosten für den Mobilfunk erforderlich sind, ergeben sich gegenüber dem Digitalfunk deutlich geringere Gesamtkosten.

Eine abschließende Empfehlung, ob zukünftig eigenständige Digitalfunknetze aufgebaut und betrieben werden sollen oder der Mobilfunk kommerzieller Anbieter genutzt werden soll, kann nicht gegeben werden. Es zeigt sich aber, dass insbesondere aufgrund der erheblich geringeren Kosten der Mobilfunk als Alternative zum Digitalfunk berücksichtigt werden sollte.

Bei Implementierung des Mobilfunks ist sehr sorgfältig die Netzabdeckung im zu betreuenden Streckennetz zu untersuchen, um den Mobilfunkbetreiber mit der besten Netzabdeckung identifizieren zu können. Es wird empfohlen, nach Möglichkeit pauschale Gebührenmodelle unabhängig von Kommunikationsaufkommen und Datenvolumen („Sprach- und Datenflatrate“) zu vereinbaren. Weiterhin lassen sich durch einen gemeinsamen Vertragsabschluss für eine Vielzahl von Nutzern vergünstigte Konditionen aushandeln. Auf jeden Fall ist eine bevorrechtigte Nutzung gemäß TKSiV für alle Nutzer zu vereinbaren. Große Bedeutung kommt auch der Verfügbarkeit von Endgeräten zu, die den Anforderungen des Betriebsdienstes gerecht werden. Für die Sprachkommunikation sind Geräte zu bevorzugen, die eine einfache Bedienung auch unter schwierigen Umfeldbedingungen erlauben, die hierfür robust und groß genug sind. Weiterhin sollten sie Kurzwahlen für die einfache Kommunikation sowie Gruppengespräche mit einem Knopfdruck ermöglichen (Push-to-Talk). Gegebenenfalls sind entsprechende Entwicklungen durch die Hersteller bzw. Anbieter erforderlich, um den Mobilfunk für die Kommunikation im Straßenbetriebsdienst effizient nutzen zu können. 

3 Berührungslose Straßenzustandserkennung für den Winterdienst

Für einen wirksamen und wirtschaftlichen Winterdienst sind streckenbezogene Informationen über Straßenwetter und Straßenzustand und deren Entwicklung erforderlich, um so insbesondere Einsatzzeitpunkt und auszubringende Streudichte optimieren zu können [FGSV 2010]. Hierfür sind an den bundesdeutschen Autobahnen über 800 Glättemeldeanlagen (GMA) installiert, an denen mit Hilfe unterschiedlicher Sensoren punktuell atmosphärische Parameter (Lufttemperatur, rel. Luftfeuchte, Niederschlagsart und -intensität etc.) und fahrbahnbezogene Kenngrößen (Fahrbahntemperatur, Wasserfilmdicke, Taupunkttemperatur etc.) erfasst werden. Im weitaus längeren nachgeordneten Netz der Bundes-, Landes- (Staats-) und Kreisstraßen sind hingegen nur ca. 200 GMA verfügbar, so dass die Ausstattung hier derzeit weitaus geringer ist [Holldorb et al. 2011].

Die Sensorik zur Erfassung der fahrbahnbezogenen Kenngrößen wird fest in die Fahrbahndecke eingebaut. Hierfür sind Installationsarbeiten erforderlich, die bei Strecken unter Verkehr häufig mit einem erheblichen Aufwand für die Einrichtung und Absicherung der Arbeitsstelle verbunden sind und Verkehrsbehinderungen zur Folge haben. Weiterhin werden die Sensoren bei Instandhaltungsarbeiten am Fahrbahnbelag, z. B. dem Abfräsen und Aufbringen einer neuen Deckschicht, zerstört und müssen durch neue ersetzt werden. Aufgrund der fest in der Fahrbahn installierten Sensorik lassen sich GMA bei Bedarf nicht an einen anderen Standort versetzen, z. B. wenn sich die Verkehrs- oder Umfeldbedingungen ändern oder wenn sich während des Betriebes zeigt, dass der Standort nicht optimal gewählt wurde.

Aufgrund dieser Nachteile wurden durch verschiedene Hersteller Sensoren zur berührungslosen Erfassung des Fahrbahnzustandes entwickelt. Hierbei wird mit Hilfe der Laserspektroskopie auf einem Messfeld von ca. 20 cm Durchmesser die Schichtdicke eines Wasser-, Eis-, oder Schneefilms gemessen. Mit einer separaten optischen Messung wird die Fahrbahnoberflächentemperatur erfasst und durch Kombination beider Messungen auf die Oberflächenzustände trocken, nass, eis- oder schneebedeckt geschlossen. Die gesamte Sensorik wird neben der Fahrbahn an einem Mast installiert (s. Bild 2).

Für berührungslose Sensoren gelten die gleichen Anforderungen an die Messwerte zur Wasserfilmdicke und Fahrbahnoberflächentemperatur wie für konventionelle, fest in der Fahrbahn eingebaute Sensoren. Die Anforderungen sind in der DIN EN 15518-3 [2011] definiert. Im Rahmen des Langzeit-Projektes „Umfelddatenerfassung in Streckenbeeinflussungsanlagen Testfeld Eching Ost des Bundes“ wird neben konventionellen Sensoren unterschiedlicher Hersteller auch eine Messeinheit zur berührungslosen Messung hinsichtlich Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit untersucht. Ebenso wie viele fest installierte Sensoren wird auch die Sensorik zur berührungslosen Fahrbahnzustandserkennung als „geeignet“ eingestuft [Busch et al. 2009], so dass die Aussagequalität der Messdaten mit denen herkömmlicher GMA als vergleichbar einzuschätzen ist.

Bild 2: Messstation des Landes Salzburg zur berührungslosen Messung des Fahrbahnzustandes

In Deutschland sind berührungslose Sensoren bisher nur in wenigen Einzelfällen im Einsatz. Stärker werden sie jedoch im Ausland, insbesondere in Skandinavien genutzt. Aufgrund der systembedingten Vorteile (einfachere Installation ohne Eingriffe in den Verkehrsraum, keine Zerstörung bei Deckenerneuerung, Änderung des Standortes bei Bedarf) und aufgrund der vergleichbaren Daten- und Aussagequalität kann ihr Einsatz auf Streckenabschnitten mit schlechtem Fahrbahnzustand oder bei nicht eindeutig festzulegenden Standorten eine sinnvolle und wirtschaftliche Alternative zu fest installierter Sensorik sein. Ihr konkreter Einsatz sollte daher im Rahmen von Nutzen-Kosten-Betrachtungen näher untersucht werden.

Darüber hinaus lässt sich die berührungslose Sensorik auch für mobile Messungen nutzen, durch die nicht mehr nur punktuelle, sondern abschnittsbezogene Aussagen zum Straßenzustand möglich werden. In Finnland wurden bereits erfolgreich Testfahrzeuge in einer Pilotanwendung mit der erforderlichen Sensorik ausgestattet, so dass dieses System dort auch weiterhin zum Einsatz kommen wird [Hippi et al. 2010]. Für einen effizienten Einsatz der mobilen Messung im Winterdienst in Deutschland ist es notwendig, ein Gesamtkonzept zu entwickeln, mit welchen Fahrzeugen (Messfahrzeuge, Winterdienstfahrzeuge oder Fahrzeuge von Dritten) und in welchem Umfang (netzweit, nur besondere Abschnitte) mobile Messungen durchgeführt werden sollen, um die Steuerung des Winterdienstes wirksam zu verbessern. Es ist davon auszugehen, dass die mobile Erfassung des Straßenzustandes bei einer sinnvollen Integration in ein zielgerichtetes Gesamtkonzept erhebliche Potenziale für die Steuerung des Winterdienstes bietet. 

4 IuK-Technologien für Arbeitsstellen kürzerer Dauer

Große Bedeutung in der Praxis des Straßenbetriebsdienstes haben die Arbeitsstellen kürzerer Dauer (AkD) im Verkehrsraum, insbesondere auf Autobahnen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten des fließenden Verkehrs und der großen Verkehrsmengen besteht hier ein besonderes Gefährdungspotenzial für Mitarbeiter und Verkehrsteilnehmer. Weiterhin führen die Arbeiten im Verkehrsraum zu Einschränkungen und Behinderungen des fließenden Verkehrs. Daher sollten alle planerischen, organisatorischen und technischen Maßnahmen, die zu einer Verbesserung dieser Arbeiten beitragen, hohe Priorität haben. Auch aus dem Bereich IuK stehen Technologien zur Verfügung, die im Rahmen der AkD zum Einsatz kommen. Neben Systemen des Baustellen- und Arbeitsstellenmanagements, die zur optimierten Planung von AkD genutzt werden, sind in Deutschland vor allem die beiden folgenden Entwicklungen hervorzuheben:

• Ortung von Arbeitsstellen kürzerer Dauer (AkD) über GPS,
• Gefahrenwarnsysteme über CB-Funk. 

4.1 Ortung von Arbeitsstellen kürzerer Dauer (AkD) über GPS

Im Rahmen des Baustellen- und Arbeitsstellenmanagements, das in unterschiedlicher Ausprägung durch die Straßenbauverwaltungen zum Einsatz kommt, werden in erster Linie Planungsdaten (Soll-Daten) berücksichtigt. Gerade bei AkD kann es jedoch aus unterschiedlichen Gründen zu Abweichungen von der vorgesehenen Planung kommen oder es sind kurzfristig Arbeiten auf der Strecke erforderlich, z. B. aus Gründen der Verkehrssicherheit, so dass die Informationen des Baustellenmanagements nur eingeschränkt für ein effizientes Verkehrsmanagement genutzt werden können. Daher ist es sinnvoll, die tatsächlich eingerichteten AkD unmittelbar im Ist-Zustand zu erfassen und diese Daten für Baustellen- und Verkehrsmanagement nutzbar zu machen.

Für die Erfassung der AkD werden Absperranhänger und Einsatzfahrzeuge, die mit einer Absperrtafel ausgestattet sind, mit einem GPS-Empfänger und einer Sendeeinheit ausgerüstet, über die Position, Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und Schaltzustand der Absperreinheit an eine beliebige Verkehrs- oder Einsatzzentrale gemeldet werden können. Aus diesen Daten lassen sich über Algorithmen und Plausibilitätsprüfungen die Lage der AkD im Querschnitt sowie die vorhandene Verkehrsführung ableiten. Die so ermittelten Daten können dann unmittelbar für die Verkehrssteuerung herangezogen werden. Aber auch eine Information der Verkehrsteilnehmer über Rundfunk und andere Kommunikationswege ist prinzipiell möglich; ebenso können die Daten in der Autobahnmeisterei zur Überwachung und Steuerung der Arbeiten im Verkehrsraum genutzt werden.

Die Hessische Straßen- und Verkehrsverwaltung hat seit 2007 ein Ortungssystem für die Absperranhänger unter dem Namen DORA im Einsatz. Hier sind mittlerweile die Absperranhänger aller Autobahnmeistereien mit einer GPS/GPRS-Einheit ausgerüstet, mit der die Position erfasst und dann die Informationen über Mobilfunk an die Verkehrszentrale Hessen (VZH) weitergeleitet werden. Genutzt werden die Daten vor allem für die Verkehrssteuerung, insbesondere die Netzbeeinflussung, sowie die Arbeitsstellenplanung. Die Weitergabe der Informationen an die Verkehrsteilnehmer erfolgt derzeit nur in besonderen Einzelfällen, da die hohe Anzahl der AkD im hessischen Verkehrsnetz eine zielgerichtete Informationsübermittlung erforderlich macht [HLSV 2011]. Auch in anderen Bundesländern, z. B. in Bayern, sind ähnliche Systeme wie in Hessen für die Ortung von AkD in Vorbereitung.

4.2 Gefahrenwarnsysteme über CB-Funk

Wie die Erfahrung aus der Praxis zeigt, sind an schweren Unfällen mit Personenschaden im Bereich von AkD auf Autobahnen häufig auf dem rechten Fahrstreifen fahrende Lkw beteiligt. Eine bundesweit durchgeführte Untersuchung zum Unfallgeschehen in AkD auf Autobahnen hat diese Erfahrung der Praktiker vor Ort bestätigt [Roos et al. 2008]. Es zeigt sich, dass trotz der umfangreichen, gemäß den „Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen“ (RSA) [BMVBS 2010] eingesetzten Vorwarn- und Warneinheiten AkD durch die Lkw-Fahrer nicht rechtzeitig erkannt werden, so dass es zur Kollision mit der Absperreinheit kommt.

Daher wurde ein Gefahrenwarnsystem entwickelt, bei dem die Absperranhänger über CB-Funk permanent eine akustische Warnung vor der unmittelbar bevorstehenden Arbeitsstelle aussenden. Diese Meldung wird richtungsbezogen nur an die herannahenden Lkw-Fahrer gesendet. Da die Lkw-Fahrer je nach Nationalität unterschiedliche Funkkanäle verwenden, können die Warnungen zielgerichtet in mehreren Sprachen gesendet werden. Derzeit sind nach Herstellerangaben noch über 90 % der Lkw mit CB-Funkgeräten ausgerüstet, so dass ein Großteil der Lkw-Fahrer über CB-Funk unmittelbar vor der Arbeitsstelle gewarnt werden kann.

Das System wurde 2008 in der Autobahndirektion Nordbayern eingeführt; Anfang 2010 kam es bereits in sechs Bundesländern zum Einsatz. Die bisherigen Erfahrungen in der Praxis zeigen, dass das System zuverlässig und ohne weitere Belastungen für das Betriebsdienstpersonal zum Einsatz kommen kann. Erhardt [2009] berichtet auch über die positive Entwicklung der Unfallzahlen seit Einführung des Systems in der Autobahndirektion Nordbayern: Im Jahr 2005 ereigneten sich 22 Auffahrunfälle in AkD, nach Einführung des Gefahrenwarnsystems wurden von Mitte 2008 bis September 2009 nur drei Unfälle registriert. Aufgrund der kurzen Zeitspanne seit Systemeinführung seien jedoch noch keine statistisch gesicherten Aussagen möglich, die Tendenz ist jedoch signifikant.

Sowohl das Ortungssystem von Arbeitsstellen kürzerer Dauer (AkD) über GPS als auch das Gefahrenwarnsystem über CB-Funk sind IuK-Technologien für den Straßenbetriebsdienst, die mit relativ geringem finanziellen und betrieblichen Aufwand eine deutliche Verbesserung in AkD ermöglichen. Daher sind beide Anwendungen für den Straßenbetriebsdienst auf den Autobahnen zu empfehlen. Allerdings ist zu erwarten, dass der CB-Funk in Zukunft durch die Lkw-Fahrer immer weniger genutzt wird, so dass andere Kommunikationswege gefunden werden müssen. Über diese sollten auch Pkw-Fahrer besser erreicht werden, die derzeit über CB-Funk nicht angesprochen werden können. Sinnvoll kann die Verknüpfung der Systeme sein, bei der die mit dem Ortungssystem gewonnenen Daten über die AkD zielgerichtet an die Verkehrsteilnehmer weitergeleitet werden, die sich unmittelbar vor der AkD befinden.

5 Verbesserte Positionsbestimmung und Objekterkennung durch DGPS und RFID

Für viele Planungs- und Organisationsaufgaben im Straßenbetriebsdienst sind positions- oder objektbezogene Informationen wichtige Grundlage, da nur durch sie eine eindeutige Identifikation im zu betreuenden Streckennetz gewährleistet werden kann. Insbesondere im Rahmen der wirtschaftlichkeitsorientierten Steuerung, aber auch zur Erfassung von Leistungsmengen und Aufmaßen bei der Vergabe von Leistungen an Dritte, sind die erfassten Sachdaten nur mit einem Ortsbezug bzw. einer eindeutigen Objektzuordnung nutzbar.

Für die Positionsbestimmung wird derzeit in der Regel auf das US-amerikanische Global Positioning System (GPS) zurückgegriffen, das systembedingt in 95 % der Fälle eine Genauigkeit von 15 m erreicht. Zwar werden in der Praxis vielfach auch geringere Fehlerraten erzielt, diese sind jedoch nicht ausreichend zuverlässig. Bei einfachen GPS-Empfängern kann die Genauigkeit auch geringer sein, so dass für die Praxis von einer Genauigkeit von ca. 20 m auszugehen ist [Köhne/Wössner 2011]. Für viele Anwendungen im Straßenbetriebsdienst ist dies zu ungenau; auch eine eindeutige Identifikation von Objekten, z. B. Bäumen und Verkehrszeichen, ist hiermit nicht zweifelsfrei möglich. Hierfür bietet sich prinzipiell die Codierung mit Hilfe eindeutiger Identifikationsnummern an, diese ist im Straßenbetriebsdienst jedoch nur dann praxisgerecht anwendbar, wenn sie automatisiert erfolgen kann.

Mit dem Differenzial GPS (DGPS) und der RFID-Technologie stehen zwei Technologien zur Verfügung, die bereits in zahlreichen Fachanwendungen genutzt werden und daher auch für den Straßenbetriebsdienst für die verbesserte Positionsbestimmung und Objekterkennung verwendet werden können.

5.1 Einsatz von Differenzial GPS (DGPS) für den Straßenbetriebsdienst

Nachdem im Jahr 2000 die künstliche Verfälschung der GPS-Signale abgeschaltet wurde, beruhen laut Köhne/Wössner [2011] die Fehler bei der Positionsbestimmung mit GPS im Wesentlichen auf folgenden Fehlerquellen:

• ungünstige Satellitengeometrie, das heißt ungleichmäßige Verteilung der Satelliten über die Himmelsrichtungen,
• ungenaue Umlaufbahnen der Satelliten infolge der Gravitationseinflüsse von Sonne und Mond,
• Reflexion der Satellitensignale an hohen Gebäuden o. Ä.,
• atmosphärische Effekte sowie
• Ungenauigkeiten der Zeiterfassung sowie Rundungs- und Rechenfehler.

Beim DGPS werden diese Ungenauigkeiten und Fehler reduziert, indem der aktuelle Fehler an einer Referenzstation, deren Position exakt vermessen wurde, ermittelt wird. Der gemessene Fehler an der Referenzstation liegt je nach Entfernung und Umfeldbedingungen in ähnlicher Größenordnung wie am gesuchten Standort und kann daher zur Korrektur des Satellitensignals am gesuchten Standort verwendet werden. Hierfür wird der gemessene Fehler an den DGPS-Empfänger übertragen. Somit lässt sich durch DGPS eine weitaus höhere Genauigkeit erreichen als mit GPS, je nach Systemkonfiguration bis in den Zentimeterbereich.

In Deutschland werden Korrektursignale von Referenzstationen über die beiden folgenden Dienste angeboten:

• SAPOS (staatlicher Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung): Korrektursignale von ca. 300 Referenzstationen werden über Mobilfunk oder Funk an SA-POS-fähige GPS-Empfänger gesendet. Hiermit können Lagegenauigkeiten von 1 bis 2 cm erzielt werden, wenn die Korrekturdaten in Echtzeit übertragen werden. SAPOS wird derzeit vor allem in den Bereichen Ingenieurvermessung, Kataster, Landwirtschaft, Verkehr und durch Sicherheitsdienste eingesetzt.
• EGNOS (European Geostationary Navigation Overlap System): Bei diesem durch die ESA (European Space Agency) entwickelten System werden Korrekturdaten auf Basis von 34 Referenzstationen berechnet und diese über geostationäre Satelliten an die Anwender gesendet. Die in 95 % bis 99 % der Messungen garantierte Positionsgenauigkeit liegt jedoch bei dem offenen EGNOS-Dienst, der seit Oktober 2009 für jedermann zugänglich ist, nur bei 1 bis 3 Metern.

Mit Hilfe von DGPS ist vor allem eine fahrstreifengenaue Erfassung des Einsatzortes möglich,

z. B. beim Einsatz von Räumstaffeln im Winterdienst oder dem Standort von Absperranhängern bei Arbeitsstellen kürzerer Dauer. Daneben können z. B. Straßenschäden oder Schäden an Stahlschutzplanken exakter lokalisiert und eindeutig über die Position zugeordnet werden, ohne dass ergänzende Angaben, wie Fahrstreifen, Richtung oder Seite gemacht werden müssen. Es ist davon auszugehen, dass eine Vielzahl von Objekten, insbesondere Bäume und Verkehrszeichen, mit Hilfe der größeren Genauigkeit durch ihre Position eindeutig identifizierbar sind, was im Rahmen der wirtschaftlichen Steuerung sowohl für die Bestandsaufnahme als auch für die Aufwandserfassung erhebliche Vereinfachungen durch größere Automatisierung ermöglicht. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass DGPS unmittelbar in das Gesamtsystem integriert wird, so dass für den Anwender keine zusätzliche Datenschnittstelle entsteht. 

5.2 Einsatz von RFID (Radio Frequency Identification Device) für den Straßenbetriebsdienst

Bei der RFID-Technologie wird jedes Objekt, das identifiziert werden soll, mit einem Transponder ausgerüstet, auf dem objektspezifische Informationen gespeichert werden. Diese Informationen können mit Hilfe eines Lesegerätes über Funk ausgelesen werden. Bei der einfachsten Form des RFID-Transponders ist nur eine Seriennummer des Transponders auslesbar; alle Informationen zu dem Objekt müssen in einer Datenbank hinterlegt sein, auf die beim Auslesen zugegriffen wird. Es gibt auch die Möglichkeit, beschreibbare Transponder einzusetzen, auf die entweder einmalig oder auch mehrmalig Informationen abgespeichert werden können. Hierbei können durch unterschiedliche Anwender, die nicht alle Zugriff auf die gleiche Datenbank haben, Informationen über das Objekt ausgelesen werden [Tamm/T ribowski 2010].

Der mögliche Ausleseabstand variiert je nach Art des Transponders und der Qualität der Antenne des RFID-Lesegerätes zwischen wenigen Zentimetern und mehreren Hundert Metern, wobei derart große Reichweiten nur durch den Einsatz von aktiven Transpondern ermöglicht werden, die über eine eigene Stromversorgung verfügen müssen. Bei den einfacheren passiven Transpondern wird die Energie der vom Lesegerät übertragenen Funkwellen für die Datenübertragung genutzt.

Die RFID-Technik hat sich bewährt und wird in vielen Bereichen eingesetzt. Klassisches Anwendungsfeld ist die Logistikbranche, in der der Warenfluss oder der Einsatz von Transportbehältern verfolgt und gesteuert werden können. Daneben werden RFID-Transponder auch für die Zeiterfassung, die Zugangskontrolle, die Identifikation von Medien in Bibliotheken, Fluggepäck etc. eingesetzt. In der Kommunalwirtschaft gibt es Anwendungen, die hinsichtlich Anforderungen und Umfeldbedingungen unmittelbar mit dem Straßenbetriebsdienst vergleichbar sind; exemplarisch seien hierfür nachfolgende Beispiele genannt:

• Für ein Baumkataster der Gemeinde Borsdorf bei Leipzig wurden ca. 2000 Bäume mit passiven, nicht beschreibbaren Transpondern als umweltverträgliche Kunststoffnägel ausgestattet. Diese sind nach Herstellerangaben witterungs- und harzbeständig und sollen ca. 10 bis 15 Jahre halten. Die Kosten für Transponder dieser Bauart betragen je nach Stückzahl 1,50 bis 4,- EUR. Hinzu kommen Kosten für Lesegeräte mit einem Ausleseabstand von ca. 20 cm (ca. 3.000 EUR je Gerät) sowie die Integration in ein vorhandenes Gesamtsystem, in der Regel ein fachspezifisches Geoinformationssystem (GIS).
• Die Stadtwerke Krumbach nutzen passive, beschreibbare RFID-Transponder zur Kontrolle der regelmäßigen Überprüfung von ca. 4.500 Abwasserschächten, die durch einen externen Auftragnehmer durchgeführt wird. Bei jeder Überprüfung wird die Information über die Prüfung mit einem Zeitstempel unmittelbar auf den im Schacht montierten Transponder gespeichert. Diese Information kann durch die Stadtwerke direkt am Objekt bei Bedarf ausgelesen werden. Stadtwerke und Auftragnehmer müssen nicht auf die gleiche Datenbank zugreifen, da die Information auf dem Transponder gespeichert wird. Die Stückkosten für die beschreibbaren und besonders säurebeständigen Transponder lagen bei ca. 6,- EUR, je Lesegerät betrugen die Kosten ebenfalls ca. 3.000 EUR.

Diese und weitere Anwendungen zeigen, dass sich die RFID-Technik in der Praxis bewährt hat und auch für Anwendungen im Straßenbetriebsdienst unmittelbar nutzbar ist. Je nach Einsatzgebiet können unterschiedliche Arten von Transpondern zum Einsatz kommen, wobei gerade im Bereich der Bestandsdatenverwaltung und Aufwandserfassung häufig einfache, nicht beschreibbare Transponder ausreichend sind, da alle objektspezifischen Informationen in einer zentralen Bestandsdatenbank der Straßenbauverwaltung hinterlegt werden können. Mögliche Einsatzgebiete für RFID-Transponder sind:

• Objektidentifikation der Straßenausstattung im Rahmen der Bestandsdatenerfassung und der automatisierten Einsatzdatenerfassung, insbesondere im Sichtschatten von Satelliten (unter Brücken, in Tunneln etc.),
• Identifikation von Bäumen im Rahmen der regelmäßigen Baumbeobachtung und pflege,
• Identifikation von Entwässerungseinrichtungen (Abläufe, Schächte etc.),
• Inventarisierung von Geräten und Materialien auf dem Gehöft sowie
• Zugangskontrollen auf dem Gehöft, an Stützpunkten und Betriebszufahrten.

Ebenso wie DGPS ist auch die RFID-Technologie unmittelbar in die jeweilige Fachanwendung zu integrieren. Gegenüber DGPS hat die RFID-Technologie den Vorteil, dass sie universell einsetzbar ist, so dass die Objekte einheitlich ausgerüstet werden können. Nachteilig ist jedoch der gegebenenfalls nicht unerhebliche Aufwand für das Anbringen der Transponder, weshalb bei der Auswahl eines Systems vor allem auf eine praxisgerechte, robuste und dauerhafte Ausführung zu achten ist. 

6 Empfehlungen zur Implementierung von IuK-Technologien im Straßenbetriebsdienst

Im Rahmen des durchgeführten FE-Projektes wurden grundlegende Empfehlungen erarbei- tet, wie IuK-Technologien für den Straßenbetriebsdienst implementiert und eingesetzt werden sollten [Holldorb et al. 2011]. Diese Empfehlungen gelten nicht nur für die in diesem Beitrag vorgestellten neuen IuK-Technologien, sondern ebenso für alle im Straßenbetriebsdienst bereits etablierten Technologien, wie Bestandsdatenverwaltung, Einsatzdatenerfassung, Glättemeldeanlagen und Straßenwetterinformationssysteme (SWIS).

• Implementierung neuer IuK-Technologien als Projekt: Es sind eine Projektstruktur und ein Projektzeitplan erforderlich, in denen die Integration der neuen Technologie in die betroffenen Organisationseinheiten und Geschäftsprozesse in gleicher Weise wie die technischen Aspekte der Implementierung berücksichtigt werden. Da neue IuK-Technologien immer häufiger bestehende Systeme ablösen bzw. auf ihnen aufbauen, gewinnt der Migrationsprozess zunehmend an Bedeutung. Die Qualitätskontrolle sollte nicht nur die Überprüfung der vertraglich vereinbarten Funktionalitäten im Sinne der Abnahme beinhalten, sondern vielmehr gewährleisten, dass die ursprünglich mit der Einführung der neuen IuK-Technologie verfolgten Ziele auch erreicht werden. Je nach Komplexität der neuen Technologie sind auch Testphasen, Datenübernahme etc. Teile des Projektes. Besonderer Schwerpunkt sollte auf die umfassende Schulung aller Beteiligten und den Support gelegt werden, wobei diese nicht nur die technische Anwendung, sondern auch funktionale und nutzungsbezogene Aspekte berücksichtigen sollten.
• Eindeutige Definition der Anforderungen: Durch die Nutzer und Anwender sind die Anforderungen an eine neue IuK-Technologie eindeutig zu definieren. Hierbei sollte nach unbedingt erforderlichen Funktionalitäten sowie weiteren, wünschenswerten Anforderungen differenziert werden. Zur abschließenden Definition der Anforderungen kann eine Testphase, in der unterschiedliche Technologien erprobt werden, sinnvoll sein.
• Nutzen-Kosten-Bewertung: Bei der Implementierung neuer IuK-Technologien sind bei allen Entscheidungen Nutzen und Kosten gegenüberzustellen. Hierbei ist nicht nur der unmittelbare Nutzen für die Anwender, z. B. durch die Zeitersparnis bei Arbeitsprozessen oder eine Verbesserung der Arbeitssicherheit, sondern auch der mittelbare Nutzen für Dritte durch qualitative Verbesserungen des Straßenbetriebsdienstes zu berücksichtigen. Auf der Kostenseite sind neben den unmittelbaren Beschaffungskosten auch Aufwendungen für Implementierung, Schulung, laufenden Betrieb etc. einzubeziehen. Neben den monetären Kriterien sind auch die nicht monetär bewertbaren Aspekte in die Bewertung aufzunehmen; sie können gegebenenfalls entscheidend für die Bewertung sein.
• Anwenderfreundliche IuK-Technologien: Die IuK-Technologien sollten die spezifischen Anforderungen aus dem Straßenbetriebsdienst berücksichtigen. Eine einfache und robuste Bedienung hat vielfach größere Bedeutung als detaillierte Funktionalität. Zu beachten ist z. B. auch, dass der Einsatz einzelner IuK-Technologien nur selten erforderlich ist, so dass eine intuitive Bedienung in Anlehnung an den unterstützten Arbeitsprozess Voraussetzung ist. Daneben kann die anwenderspezifische Konfiguration der Benutzeroberfläche die Nutzung für den Anwender stark erleichtern. Gegebenenfalls sind bei der Implementierung unterschiedliche Anwendergruppen einzubeziehen. Bei der Einführung ist darauf zu achten, dass möglichst frühzeitig für alle involvierten Anwendergruppen ein Nutzen aus der Implementierung ableitbar ist, indem z. B. Arbeitsabläufe und Auswertungen vereinfacht oder Datengrundlagen verbessert werden. In diesem Zusammenhang ist auch die stufenweise Implementierung vielfach sinnvoll, um in Pilotprojekten mit reduziertem Anwenderkreis die Detailkonfiguration durchzuführen, die häufig mit zusätzlichem Aufwand für die Anwender verbunden ist.
• Integration in ein IuK-Gesamtkonzept: Bei der Implementierung einer neuen IuK-Technologie sollte ein IuK-Gesamkonzept als Rahmenvorgabe berücksichtigt werden, das auf die spezifischen Anforderungen und Randbedingungen der jeweiligen Organisation, z. B. einer Straßenbauverwaltung, eingeht.
• Modularer Aufbau: Um für unterschiedliche Anwendungen gleiche Endgeräte und Kommunikationsverbindungen nutzen sowie gleichartige Bedieneroberflächen anbieten zu können, ist ein modularer Aufbau der gesamten IuK-Technologie für den Straßenbetriebsdienst, aber auch der einzelnen Komponenten sinnvoll. Hierdurch soll unterstützt werden, dass Komponenten unterschiedlicher Anbieter parallel eingesetzt werden können, damit keine Systemabhängigkeit von einzelnen Anbietern entsteht. Wichtig für den modularen Aufbau ist die eindeutige Definition der Schnittstellen, so wie sie beispielsweise im Rahmen der europäischen Normung erfolgt.
• Schwerpunkt mobile Anwendungen: Die für den mobilen Einsatz erforderlichen Geräte und Anwendungen müssen den spezifischen Anforderungen des Außeneinsatzes gerecht werden. Robustheit und Leistungsfähigkeit stehen daher bei IuK-Technologien für mobile Anwendungen im Vordergrund, um eine einfache und stabile Nutzung zu gewährleisten. Mobile Anwendungen unterschiedlicher Systeme sollten auf dem gleichen Endgerät laufen; Menüführung und Bedieneroberflächen sollten gleichartig aufgebaut sein.
• Datenhoheit beim Anwender: Zunehmend werden IuK-Technologien nicht nur auf den Rechnern der Anwender installiert, sondern bleiben zumindest teilweise auf Servern der Anbieter. Im Rahmen der hierfür erforderlichen Dienstleistungsverträge ist von Anwenderseite besonderes Augenmerk darauf zu legen, dass die Datenhoheit und damit alle Nutzungsrechte an den Daten beim Anwender bleiben. So kann gewährleistet werden, dass die Daten auch bei Ausfall des Anbieters weiter verfügbar sind und für weitere Anwendungen, gegebenenfalls anderer Anbieter, genutzt werden können. Darüber hinaus wird empfohlen, die Bestimmungen zum Datenschutz sowie zur Datensicherheit ausführlich zu regeln.

Zusammenfassend wird deutlich, dass für den Einsatz von IuK-Technologien im Straßenbetriebsdienst nicht nur anforderungs- und praxisgerechte DV-Anwendungen erforderlich sind, sondern für ihre erfolgreiche Einführung ein Implementierungsprojekt unter Berücksichtigung des vorhandenen Organisationsumfeldes ebenso entscheidend ist. Hiermit kann der Aufwand für die Einführung neuer IuK-Technologien minimiert werden; gleichzeitig kann auch der Nutzen für den Straßenbetriebsdienst gesteigert werden, da die IuK-Technologien wie vorgesehen zum Einsatz kommen. Somit können IuK-Technologien insgesamt einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung des Straßenbetriebsdienstes leisten. 

Literaturverzeichnis

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