Sonderforschungsbereich: Digitaler Zwilling Straße – Physikalisch-informatorische Abbildung des Systems „Straße der Zukunft“

  Grafik: LKW auf einer Autobahn Urheberrecht: © ISAC

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Foto von Moritz Hagmanns © Urheberrecht: ISAC

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Motivation und Idee

Unsere Mobilität in ihrer bisherigen Form ist aktuell mit globalen Herausforderungen konfrontiert. Neben bereits etablierten Fragestellungen, welche an Dringlichkeit gewinnen, treten zudem vergleichsweise neue Faktoren in den Vordergrund. Den Aspekten der Dauerhaftigkeit, der Sicherheit, der Effizienz und der Kosten sowie der Ökologie kommen dabei Schlüsselrollen zu. All diese Herausforderungen bedürfen grundlegender Lösungen, insbesondere in Bezug auf den Straßenverkehr. Bereits heute kommt die Straßenverkehrsinfrastruktur an ihre Grenzen, starke und weiterhin steigende Belastung, mangelnde Haltbarkeit sowie verbesserungswürdige Ressourcen- und Energieeffizienz tragen erheblich dazu bei.

Dort setzt das ISAC mit seinem Sonderforschungsbereich an: Kernziel des SFB/TRR 339 ist die Abbildung der „Straße der Zukunft“ durch einen Digitalen Zwilling. Der Digitale Zwilling Straße schafft Grundlagen für die Analyse und die Steuerung (Pavement Management) des zukünftigen Systems Straße. So wird zukünftig eine intelligente, schonende und nachhaltige Nutzung der Straßeninfrastruktur möglich.

Entwicklungsstrategie und Ziele

Entwicklungsstrategie

Die Realisierung des Gesamtziels wird im Verlauf von drei Phasen erfolgen:

  • Phase I: Konzeption und Entwicklung der erforderlichen Teilkonzepte
  • Phase II: Kombination der Teilmodelle durch gemeinsame, standardisierte Schnittstellen und Integration in ein gesamtheitliches Modell des Systems Straße (Digitaler Schatten)
  • Phase III: Weiterentwicklung des System-Straße-Modells durch eigene Steuerungskomponenten (Digitaler Zwilling), welches die Analyse und Steuerung des Systems Straße erlaubt

Ziele

Das derzeit bereits hohe Entwicklungsniveau des Fahrzeugs soll analog für das System Straße erreicht werden, so dass eine neue Qualität der Integration von Fahrzeugen und Infrastruktur erzielt werden kann. Die übergeordneten Aspekte Recht und Nachhaltigkeit werden explizit in die Konzeption und Erarbeitung des Digitalen Zwillings Straße einbezogen. Der Digitale Zwilling Straße erlaubt die Erforschung der Grundlagen für die Analyse und Steuerung des zukünftigen Systems Straße durch die vernetzte Betrachtung der Gestaltungsebenen und wird zu einer intelligenten, schonenden und nachhaltigen Nutzung der Straßeninfrastruktur führen.

Darüber hinaus sind noch weitere innovative Ergebnisse zu erwarten wie wegweisende Zustandsprognosen und die optimale Synthese der Baustoffe und Strukturen oder langlebige Straßeninfrastrukturkomponente. Auch die Entwicklung von Schnittstellen zur lokalen Verkehrssteuerung und Schnittstellen zum automatisierten Fahren wird dadurch ermöglicht. Gleiches gilt für die Reduktion von Emissionen anhand von Verkehrssteuerung, etwa durch Minimierung von Stauszenarien.

 

Teilprojekte am ISAC

Das ISAC beteiligt sich mit verschiedenen Forschungsvorhaben und Projekten zu Materialcharakterisierung und –entwicklung, Sensorik und Datenmanagement:

 

Teilprojekt Sensitive Straßendeckschicht

Grafik: Stadtansicht mit Gebäuden und Fahrzeugen Urheberrecht: © ISAC

Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Detektion von Radlasten

  • Entwicklung einer sensitiven Straßendeckschicht, welche Informationen für die Erfassung von Lastpositionen und die Abschätzung von Last- und Zustandsgrößen generiert (EXPERIMENT UND SIMULATION)
 
 

Teilprojekt Funktionalisierung straßenseitiger Sensoren

Grafik: Stadtansicht mit Gebäuden und Fahrzeugen Urheberrecht: © ISAC

zur Generierung komplexer verkehrsbedingter Belastungsdaten:

  • Entwicklung einer Methodik zur Datenerfassung der auf der Straße einwirkenden verkehrsbedingten Lastverteilungen (mikroskopische Verkehrsdatenerfassung)
 
 

Integriertes Graduiertenkolleg

Grafik: Stadtansicht mit Gebäuden und Fahrzeugen Urheberrecht: © ISAC
  • Unterstützung der wissenschaftlichen und allgemeinen Qualifikation der Doktorandinnen und Doktoranden sowie Postdoktorandinnen und Postdoktoranden durch ein vielfältiges und fachlich auf den SFB/TRR 339 abgestimmtes Qualifizierungsprogramm