Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Managementsystem, Winterdienst, Prognosesystem
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Management system, Winter maintenance, Forecasting system
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Auftrag des Strasseninspektorats des Kantons Luzern und der ASTRA entwickelte die Berner Fachochschule, Technik und Informatik (BFH-TI) ein weltweit neuartiges automatisches Expertensystem, welches für das Strassennetz des Kantons Luzern automatisch Pflug- und (Salz-) Streueinsätze für den Winterdienst berechnete. Das System wurde im Winter 06/07 operativ eingesetzt und Stärken wie auch Schwächen des Systems evaluiert. Das Expertensystem soll nun mit der Unterstützung der ASTRA, der Forschungsförderung der Berner Fachhochschule und der MeteoSchweiz in neuer Form auf das Nationalstrassennetz im Kanton Bern umgesetzt werden. Dabei soll die Modellierung des Strassenzustands nicht nur auf Grund von lokalen Strassensonden und globalen Wetterdaten, sondern neu auch in Verbindung mit Modellierungen von Wettermodellen der MeteoSchweiz erfolgen. Dies sollte nicht nur die Zuverlässigkeit der Prognosen erhöhen, sondern auch den Einsatzleitern erlauben, mögliche Szenarien für strassenbezogene Winterdienste besser zu planen und zu simulieren. Dadurch sollen die verantwortlichen Winterdienstleiter bei ihrer Entscheidungsfindung unterstützt werden. Die Folgen liegen auf der Hand: weniger Verkehrsunfälle, geringere Umweltbelastung und tiefere Kosten aufgrund weniger unnötiger Einsätze.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The interactive expert system for the winter maintenance service was developed by the Bern University of Applied Sciences, Engineering and Information Technology (BFH-TI) by order of the canton Lucerne. The aim of the expert system is to propose automatically in a computer based way spread- or plough actions to the winter maintenance team to be completed for the roads of the Canton Lucerne. During the winter 06/07, the system was put into operation and the strength and weakness were evaluated.
It's now planned, to establish the expert system on the national roads in the area of the canton Bern by support of ASTRA and the research promotion of the Bern University of Applied Sciences. Thereby the modeling of the road conditions should not only be done by using local sensor data but also in conjunction with modeling of weather models by MeteoSchweiz. The improvements should enhance the reliability of the forecasts as well as more effectively supporting the winter maintenance team. This means fewer accidents, reduced environmental impact and lower costs due to the avoidance of unnecessary maintenance.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Im Auftrag des Strasseninspektorats des Kantons Luzern und der ASTRA entwickelte die Berner Fachochschule, Technik und Informatik (BFH-TI) im Projekt IMWD ein weltweit neuartiges automatisches Expertensystem, welches für das Strassennetz des Kantons Luzern automatisch Pflug- und (Salz-) Streueinsätze für den Winterdienst berechnete. Dazu berechnet das System mit Hilfe von mathematischen Modellen, ob der Zustand einer Strasse in einem Prognosefenster von 0.5-1.5 Stunden kritisch wird und damit einen Wintereinsatz erfordert. Die mathematische Modellierung basiert auf 16 physikalischen Entscheidungskriterien zu Eisglätte, Reifglätte, Glatteis und Schneeglätte. Das System wurde im Winter 06/07 operativ eingesetzt. Mit Pagermeldungen und einem webbasierten Benutzerinterface wurden den Winterdienstleitern die Einsatzvorschläge angezeigt. Dabei hatten die Winterdienstleiter die Möglichkeit, die Einsatzvorschläge mit einem Quittierungsmechanismus zu beurteilen.
Mit statistischen Evaluationen wurden verschiedene Fehlerraten berechnet. Dabei zeigte sich, dass die Fehlerrate stark von der Strecke wie auch der Wettersituation abhängt.
Im beantragten Projekt SGPS (Strassenglätte-Prognosesystem) soll nun mit Unterstützung der ASTRA, der Forschungsförderung der Berner Fachhochschule und der MeteoSchweiz, das IMWD-System in neuer Form für ausgewählte Abschnitte des Nationalstrassennetzes im Kanton Bern eingesetzt werden. Die aus dem Projekt IMWD gewonnen Erkenntnisse und das entwickelte Computersystem, sollen dabei die Basis für dieses Vorhaben bilden. Neben der Erfassung der verschiedenen Daten und den notwendigen Systemerweiterungen, stehen vor allem eine detaillierte Bedürfnisabklärung der Systemanwender sowie die Modellierung des Strassenzustandes mit Hilfe der Entscheidungskriterien, für das neue Einsatzgebiet, im Vordergrund.
Die Modellierung des Strassenzustands soll nicht nur auf Grund von lokalen Strassensonden und globalen Wetterdaten, sondern neu auch in Verbindung mit Modellierungen von Wettermodellen der MeteoSchweiz erfolgen. Dies sollte nicht nur die Zuverlässigkeit der Prognosen erhöhen, sondern auch erlauben, den Einsatzleitern mögliche Szenarien für strassenbezogene Winterdienste besser zu planen und zu simulieren. Bis zum Winter 08/09 soll das System einsatzbereit sein und den Winterdienstleitern als Hilfsmittel zur Entscheidungsfindung dienen. Die Bewertung der Winterdienstleiter und die ermittelte Fehlerrate des Systems sollen die Entscheidungsgrundlage darüber liefern, ob ein zukünftiger kommerzieller Einsatz eines solchen Systems in Erwägung gezogen werden kann.
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)
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Das Strassenglätte-Prognosesystem soll den Winterdienstleitern eine unverzichtbare Entscheidungshilfe bei der Einsatzplanung von Streu- und Pflugeinsätzen bei schwierigen Wettersituationen bieten.
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Methoden
(Deutsch)
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Vergleiche Umsetzung/Anwendung und Anhang zum Projektbegehren Forschungsprojekt
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Betreib von 2 Servern, Einsatz von Vpad[1] in den Streufahrzeugen.
[1] Vpad: Gerät der Firma Boschung zur Datenerfassung im Streufahrzeug
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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In der Schweiz (MeteoSchweiz, Firma Boschung), in England (Firma Vaisala), in den USA (MDSS) und in Kanada (System Metro) bestehen ähnliche Systeme. Mit Ausnahme des MDSS können diese aber nur Hochrechnungen bezüglich der Strassentemperatur anbieten.
Das MDSS kommt bezüglich Zielsetzung dem Projektvorhaben am nächsten, ist aber auf grossräumigere Anwendungsgebiete ausgelegt. Für einen Einsatz in der Schweiz, mit den vorhandenen topologischen Voraussetzungen, ist dieses System deshalb nicht geeignet. Es gibt zur Zeit aber keine Modelle, welche die für den Winterdienst anderen wesentlichen Parameter wie Feuchtigkeit, Sichtweite, Schneehöhe prognostizieren können.
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Projektziele
(Deutsch)
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Mit dem Ziel ein Strassenglätte-Prognosesystem zu implementieren, soll die im Projekt IMWD entwickelte Modellierung des Strassenzustandes verbessert und auf das Einsatzgebiet im Kanton Bern adaptiert werden. Dazu soll die vorhandene Modellierungsart analysiert und mit Hilfe von Meteorologen und ev. Physikern weiterentwickelt und optimiert werden. Mit Berechnungen basierend auf erfassten Daten im Winter 07/08 und statistischen Evaluationen, wird der Entwicklungsstand überprüft. Für die Datenerfassung im Winter 07/08 sowie den operativen Einsatz im Winter 08/09 soll das IMWD-System in modifizierter Form zum Einsatz kommen. Für den operativen Einsatz ist die Entwicklung eines, auf die Bedürfnisse der Anwender abgestützten Benutzerinterface, zur Visualisierung der berechneten Prognosen vorgesehen.
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Projektziele
(Englisch)
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The aim of the "Forecasting expert system for road slipperiness" is to improve the modeling of the road conditions, developed in the IMWD project, and to copy this to the spreader route network of the canton Berne. To do that, the existing way of modeling has to be analyzed and optimized by meteorologists and physicists. The success of this development can be checked with calculations and evaluations from the data in winter 07/08. To receive and store the winter 07/08 data as well as to put the system into operation in November of 2008, the improved IMWD system will be used. To put this system into effect a new graphical user interface has to be developed in consideration of the requirements of the winter maintenance team.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Die Zeit zur Durchführung der Forschungsarbeit ist auf 22 Monate begrenzt. Der Projektfahrplan wird im Wesentlichen durch die Wintermonate bestimmt. Es ist deshalb sehr wichtig, dass die definierten Meilensteine eingehalten werden können.
Meilenstein 1 (29.02.2008)
Meilenstein 2 (31.10.2008) Meilenstein 3, Projektabschluss (30.6.2009), Schlussbericht
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Für die Durchführung des Forschungsvorhabens ist ein strukturiertes Vorgehen in 6 Phasen geplant:
Phase 1: Integration des Prognosesystems in die vorhandene Winterdienst-Systemstruktur im
Einsatzgebiet
Phase 2: Datenerfassung im Winter 07/08
Phase 3: Modellierung des Strassenzustandes, inkl. Implementierung und Evaluation
Phase 4: Planung (Bedürfnisabklärung) und Implementierung Benutzerinterface
Phase 5: Operativer Betrieb im Winter 08/09 Phase 6: Auswertung und Evaluation
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1306
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Literatur
(Deutsch)
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Crevier, Louis-Philippe and Delage, Yves (2001) METRo: A New Model for Road-Condition Forecasting in Canada, Journal of Applied Meteorology 40(11), 2026-2037.
Schlup, Ulrich (2004) Strassenwinterdienst der Zukunft, strasse und verkehr Nr. 11, November 2004.
Zwahlen, Helmut T., Russ, Andrew, Vatan, Sahika. (2003) Evaluation of ODOT Roadway / Weather Sensor Systems for Snow and Ice Removal Operations Part I: RWIS, Final report prepared for the Ohio Department of Transportation, Report No. FHWA/OH – 2003/008A, May 2003, 173 pp.
Zwahlen, Helmut T., Russ, Andrew, Badurdeen, Fathima, Vatan, Sahika. (2003) Evaluation of ODOT Roadway / Weather Sensor Systems for Snow and Ice Removal Operations Part II: RWIS Pavement Sensor Bench Test, Final report prepared for the Ohio Department of Transportation, Report No. FHWA/OH – 2003/008B, May 2003, 92 pp.
Bättig, Daniel: Statistische Analyse des Expertensystems IMWD des Kantons Luzern, Meilenstein Juni 2007, Bericht i-REX zuhanden ASTRA, Juni 2007-07-03 Bättig, Daniel, Mori, Urs: The Interactive Expert System for Road Maintenance of the Canton Lucern, Sestriere, 2006, XII CONGRESSO INTERNAZIONALE VIABILITÀ INVERNALE
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