Zeitschrift für Ergonomie
Offener Zugang

Abstrakt

Clusterung der Straßenrauheit anhand der Auswirkungen auf Fahrzeugabgase und öffentliche Gesundheit

Qing Li, Fengxiang Qiao and Lei Yu

Ziel: Ziel dieser Forschung ist es, den Zusammenhang zwischen Straßenrauheit und Fahrzeugabgasen zu untersuchen und die Straßenrauheit anhand der Fahrzeugabgase und der Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit zu klassifizieren.
Methode: Es wurden Straßentests durchgeführt, um die Fahrzeugabgase mit einem portablen Emissionsmesssystem (PEMS) zu messen und die entsprechende Straßenrauheit mit einer Smartphone-App zu erfassen. Auf 325 km langen Teststrecken im Bundesstaat Texas wurden insgesamt 19.038 Datenpaare erfasst. Der Zusammenhang zwischen den Emissionen und dem International Roughness Index (IRI) wurde analysiert und die Rauheit wurde mit drei Mustererkennungsalgorithmen in Cluster eingeteilt.
 Ergebnisse: Die Straßenrauheit konnte anhand der Clustering-Merkmale der Emissionsfaktoren in vier Kategorien eingeteilt werden. Der durchschnittliche normalisierte Emissionsfaktor (ANEF) begann mit 0,051 bei einem IRI-Wert zwischen 0+ und 1,99 m/km (Kategorie A), fiel dann auf 0,032 bei einem IRI zwischen 1,99 und 3,21 m/km (Kategorie B), gefolgt von einem leichten Rückgang auf 0,030 bei einem IRI zwischen 3,21 und 6 m/km (Kategorie C). Bei einem IRI über 6 m/km (Kategorie D) stieg der ANEF auf 0,039. Das Fahren auf Straßenbelägen der Kategorien C und D kann zu stärkerem Lärm im Fahrzeug und zu Fahrstress führen, der sich durch eine höhere Herzfrequenz des Fahrers äußert. Schlussfolgerung: Die Beziehung zwischen Straßenbelagsrauheit und Fahrzeugabgasen ist nicht linear. Noch glattere (Kategorie A) und noch rauere (Kategorie D) Straßenoberflächen können ebenfalls zu höheren Fahrzeugabgasen führen. Die vorgeschlagene Kategorisierung der Straßenbelagsrauheit für Texas berücksichtigt die Auswirkungen auf die Umwelt und die öffentliche Gesundheit. Um den ANEF zu minimieren, ist die Rauheit der Kategorien B und C (IRI: 2-6 m/km) für die Straßenbelagsgestaltung optimal. Wenn die Auswirkungen auf Fahrzeuggeräusche und die Herzfrequenz der Fahrer als zusätzliche Faktoren betrachtet werden, ist Kategorie B (IRI: 1,99-3,21 m/km) die beste. Durch die Umstellung einer Straßenbelagsart von Kategorie A auf B könnten bis zu 34 % der Fahrzeugemissionen und des Kraftstoffverbrauchs reduziert werden. Diese Kategorisierung kann bei der Gestaltung, Wartung und Bewertung von Autobahnbelägen verwendet und mit weiteren Kalibrierungen von Clustern für die lokalspezifische Klassifizierung der Rauheit auch auf andere Staaten und Länder angewendet werden.