Digitaler Zwilling Straße – Physikalisch-informatorische Abbildung des Systems „Straße der Zukunft“
Unsere neue Homepage ist online: https://www.sfbtrr339.de
Die Mobilität von Menschen und Gütern ist eine zentrale Grundlage unserer modernen Gesellschaft mit zunehmend globalen und vielfältig vernetzten Prozessen. Aktuell ist die Mobilität, speziell in Bezug auf den Straßenverkehr, in ihrer bisherigen Form mit globalen Herausforderungen (Dauerhaftigkeit, Sicherheit, Effizienz, Ökologie, Kosten, Automatisierung etc.) konfrontiert, die dringend grundlegender Lösungen bedürfen.
Im bewilligten SFB/TRR 339 (TU Dresden, RWTH Aachen) soll ein räumlich wie zeitlich mehrdimensionales, digitales/virtuelles Abbild (Realitätsmodell in Raum und Zeit) aus Fahrzeug, Reifen und Fahrbahn (Beton und Asphalt) unter Berücksichtigung der Straßenbefestigungen (integrierte Multifunktionalität) entwickelt und erforscht werden. Das Realitätsmodell vereinigt alle verfügbaren und relevanten Informationen über das System „Straße der Zukunft“ aus physikalischen Untersuchungen und Modellierungen sowie aus informatorischen und verkehrlichen Daten (Sensordaten, Datenmodelle etc.). Es ermöglicht und erfordert die Interaktion zwischen der physikalisch-bautechnischen und der informatorisch-verkehrlichen Gestaltungsebene. Dieses interaktive Realitätsmodell in Raum und Zeit wird als Digitaler Zwilling Straße bezeichnet und dient perspektivisch zur Analyse, Steuerung und Prognose des physischen Originals (reales System Straße bestehend aus Fahrzeug, Reifen, Fahrbahn, nahem Straßenraum) mittels gemeinsamer Schnittstellen. Die Erweiterung der Straße hin zu einer High‐Tech‐Plattform soll mittels des neuen, interdisziplinären Forschungsansatzes (Bauwesen-Informatik-Gesellschaft) erschlossen werden.
Der Forschungsansatz basiert auf einer dreistufigen Entwicklungsstrategie: In der Phase I werden die erforderlichen Teilmodelle konzipiert und entwickelt. In der Phase II werden die Teilmodelle durch gemeinsame, standardisierte Schnittstellen kombiniert und in ein gesamtheitliches Modell des Systems Straße integriert (Digitaler Schatten), welches in der Phase III durch eigene Steuerungskomponenten (Digitaler Zwilling) die Analyse und Steuerung des Systems Straße erlauben wird. Hierbei soll das derzeit bereits hohe Entwicklungsniveau des Fahrzeugs analog auch für das System Straße erreicht werden, so dass darüber hinaus eine neue Qualität der Integration von Fahrzeugen und Infrastruktur erzielt werden kann. Die übergeordneten Aspekte Recht und Nachhaltigkeit sollen explizit in die Konzeption und Erarbeitung des Digitalen Zwillings Straße konsequent von Beginn an einbezogen werden. Der Digitale Zwilling Straße wird zu einer intelligenten, schonenden und nachhaltigen Nutzung der Straßeninfrastruktur führen. Weitere erwartete Ergebnisse sind wegweisende Zustandsprognosen, Schnittstellen zur lokalen Verkehrssteuerung, die optimale Synthese der Baustoffe und Strukturen, Schnittstellen zum automatisierten Fahren und die Reduktion der Emissionen, z.B. durch Minimierung von Stauszenarien oder langlebige Straßeninfrastrukturkomponenten (Ressourceneinsatz).
Teilprojekte:
- A01 - Physikalisch-numerische Modellierung der funktionalisierten Straße unter Reifenlast
- A02 - Das Fahrwerk als Datenquelle für den Digitalen Zwilling Straße
- A03 - Sensitive Straßendeckschicht: Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Detektion von Radlasten
- A04 - Synthese der realen Beanspruchungen in Straßenbefestigungen durch neuartige Labortechnik
- A05 - Fugenlose Tragschicht aus Beton – Nachhaltig, dauerhaft, funktionalisiert (Oberbautyp Beton)
- A06 - Optimierung von Hochleistungsasphalten für eine dauerhafte physische Plattform eines Cyber-Physical System (CPS) Straße (Oberbautyp Asphalt)
- A07 - Wechselwirkung zwischen der Straßenkonstruktion und dem Untergrund
- A08 - Drahtlose Kommunikationssysteme zur Datenübertragung von integrierten Sensoren des Systems „Straße der Zukunft“
- B01 - Adaptives geometrisch-semantisches multi-LOD Bauwerksmodell der Straßeninfrastruktur des Cyber-Physical System (CPS) Straße
- B02 - Funktionalisierung straßenseitiger Sensoren zur Generierung komplexer verkehrsbedingter Belastungsdaten
- B03 - Kooperative Sensordatenfusion zur Generierung hochgenauer Positionsdaten
- B04 - Modell- und Datensynthese des Reifen-Fahrbahn-Systems (Langzeitprognose) unter Berücksichtigung polymorpher Unschärfe
- B05 - Kopplung von intrusiven und nichtintrusiven lokal zerlegten Modellreduktionsverfahren für schnelle Simulationen von Straßensystemen
- B06 - Effizientes Twinning im Digitalen Zwilling Straße
- B07 - Konsistenz von multi-physikalischen und multi-skaligen Simulationsmodellen für den Digitalen Zwilling Straße
- C01 - Rechtliche und politische Herausforderungen des Cyber-
Physical Social System (CPsS) Straße - C02 - Lebenszyklusbasierte Nachhaltigkeitsbewertungsmethode für den Digitalen Zwilling Straße
- MGK - Modul Integriertes Graduiertenkolleg
- INF - Informationsinfrastruktur des SFB/TRR 339
- Z - Zentrale Aufgaben des SFB/TRR 339
Beteiligte Einrichtungen
TU Dresden (antragstellende Hochschule, Sprecher-Hochschule)
|
Bereich |
Fakultät |
Institut/Lehrstuhl |
|
Bau und |
Bauingenieurwesen |
Institut für Baustoffe |
|
Institut für Geotechnik |
||
|
Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau |
||
|
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke |
||
|
Geistes- und |
Philosophie |
Institut für Politikwissenschaft |
|
Ingenieur- |
Elektrotechnik und |
Institut für Nachrichtentechnik |
|
Informatik |
Institut für Software- und Multimediatechnik |
|
|
Institut für Systemarchitektur |
RWTH Aachen University (antragstellende Hochschule)
|
Fakultät |
Institut/Lehrstuhl |
|
Bauingenieurwesen |
Geodätisches Institut und Lehrstuhl für |
|
Institut für Angewandte Mechanik |
|
|
Institut für Nachhaltigkeit im Bauingenieurwesen |
|
|
Institut für Straßenwesen |
|
|
Maschinenwesen |
Institut für Kraftfahrzeuge |
|
Mathematik, Informatik und |
Lehrstuhl Informatik 11 – Embedded Software |