Integrierte Planung von Instandhaltungsmaßnahmen auf Straßenabschnitten, die aus mehreren Arten von Anlagen bestehen (MINERVA)
Projektbeschreibung
Die Zukunft der nationalen Straßen ist eine, in der sowohl von Menschen gesteuerte als auch automatisierte Fahrzeuge nahtlos von ihrem Ausgangspunkt zu ihrem Ziel fahren. Potenzielle Störungen des ungehinderten Verkehrs werden durch den umfassenden Einsatz von Überwachungstechnologien vorhergesehen und entweder durch die Umsetzung detaillierter Aktionspläne verhindert oder ihre Folgen durch die nahtlose Umleitung von Fahrzeugen auf Alternativrouten beseitigt, so dass es praktisch keine Staus mehr gibt und so wenig Reisezeit wie möglich verloren geht. Maßnahmen an der Infrastruktur, sei es das Füllen von Rissen in der Fahrbahn oder die Sanierung von Brücken, werden so gebündelt, dass der Verkehr so wenig wie möglich gestört wird und gleichzeitig die Kosten so niedrig wie möglich bleiben.
MINERVA wird Instrumente entwickeln, die die Verwirklichung des letzten Teils dieser Zukunft ermöglichen. Dazu gehört die Entwicklung eines neuen Prozesses, der die integrierte Planung von Instandhaltungsmaßnahmen auf Straßenabschnitten ermöglicht, die aus verschiedenen Arten von Anlagen bestehen. Das Verfahren wird die Effizienz und Effektivität des Prozesses durch die optimale Nutzung digitaler Werkzeuge erhöhen. Dieser Prozess wird sich die Leistungsfähigkeit mathematischer Modelle zunutze machen, die nach modernsten Konzepten erstellt werden, darunter
a) gemischt-ganzzahlige Programmierungsmodelle oder Heuristiken, um die optimalen räumlichen und zeitlichen Arbeitsgruppen zu bestimmen, die in Zukunft an den Anlagen unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Merkmale durchgeführt werden sollen.
b) Monte-Carlo-Simulationen und Fehlerbäume zur Vorhersage der künftig erforderlichen Eingriffe auf Anlagenebene, wobei die mit der Vorhersage des künftigen Zustands verbundene Unsicherheit, die Wahrscheinlichkeit von Schäden aufgrund potenziell störender Ereignisse wie Naturkatastrophen und das Verhalten der Anlage in Abhängigkeit von ihren Komponenten berücksichtigt werden
c) dynamische Bayes'sche Netze zur Vorhersage des künftigen Zustands von Vermögenswerten und der entsprechenden Unsicherheitsgrade und
d) multivariates Kriging für Straßen und Bauwerke, um genaue Schätzungen des aktuellen Zustands von Vermögenswerten zu gewährleisten, wenn unvollständige Datensätze vorhanden sind.
Das Ziel der gemischt-ganzzahligen Programmierungsmodelle oder Heuristiken sowie der Monte-Carlo-Simulationen und Fehlerbäume ist die Maximierung des Nettonutzens, der sich aus der Differenz zwischen einer Referenzstrategie/einem Referenzprogramm und den untersuchten Strategien/Programmen ergibt. Der Nettonutzen umfasst a) die Unterschiede bei den Interventionskosten (Wirtschaftlichkeit), b) die Unterschiede bei den Reisezeiten und Unfällen (Verkehrsfluss, Netzstabilität) und c) die Unterschiede bei den Betriebskosten der Fahrzeuge und dem Fahrkomfort (Verkehrsflüsse, Netzstabilität).
Bei der Beschreibung des neuen Prozesses wird nicht nur aufgezeigt, wie die neuen Modelle und Werkzeuge eingesetzt werden können, sondern es werden auch die Voraussetzungen für eine optimale Nutzung der Digitalisierung deutlich gemacht. Zu diesen Anforderungen gehören die benötigten Daten und digitalen Werkzeuge. Sie werden unter Berücksichtigung der bestehenden Datenlage und der bereits genutzten digitalen Werkzeuge sowie der zukünftig geplanten Entwicklungen definiert. MINERVA wird dazu beitragen, die digitalen Werkzeuge optimal zu nutzen, um das ASTRA bei der integrierten Planung von Erhaltungsmassnahmen auf Strassenabschnitten zu unterstützen, die aus verschiedenen Arten von Anlagen bestehen.