Deutsches Zentrum für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesamt

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Erstellung einer ingenieurgeologischen Gefahrenhinweiskarte zu Hang- und Böschungsrutschungen entlang des deutschen Schienennetzes

EBA-Forschungsbericht 2018-13, Dezember 2019, 127 Seiten, PDF, ca. 19 MB

Erstellung einer ingenieurgeologischen Gefahrenhinweiskarte zu Hang- und Böschungsrutschungen entlang des deutschen Schienennetzes

Das Ziel des Projektes bestand in der Erstellung einer Gefahrenhinweiskarte für Massenschwerebewegungen entlang des deutschen Schienennetzes auf der Grundlage eines deutschlandweit geltenden ingenieurgeologischen Modells, in das rutschungsrelevante geologisch-morphologische und Flächennutzungsinformationen einflossen.

Die Wirkungsweise und das Zusammenwirken dieser Parameter sind meist komplex und stark von lokalen Gegebenheiten bestimmt. Um ein möglichst optimiertes Ergebnis zu erhalten, wurden zwei verschiedene Ansätze getestet. Zum einen konnte das Gefährdungspotenzial für Massenschwerebewegungen auf der Basis geotechnischen Expertenwissens (wissensbasierter Ansatz) im ersten Schritt mittels einer Kombination von Hangneigung und Gesteinsklassifikation abgebildet werden. Dieser Ansatz wurde durch die Einbeziehung weiterer abgeleiteter Daten, sogenannter „Modifikatoren“, wie etwa Bewuchs, Versiegelungsgrad, Verformungsempfindlichkeit, Klüftung und Trennflächen, optimiert. Die entwickelten Algorithmen wurden auf den Gesamtdatenbestand von Deutschland angewendet und entsprechende Rasterkarten gerechnet, welche eine Gefahrenklasse von 1 (nicht gefährdet) bis 15 (sehr stark gefährdet) darstellen. Diese wurden mit den Vektordaten der Bahntrassen verschnitten und eine Gefahrenklassifikation in gefährdete (Gefahrenklasse größer/gleich 10) und nicht/gering gefährdete Gleisabschnitte (Gefahrenklasse kleiner 10) vorgenommen. Dazu wurden zusätzlich verschiedene Puffer von 50 m, 100 m und 200 m um die ausgewiesenen Gefährdungsbereiche gelegt, um auch die Gefährdung im näheren Umfeld der Gleisabschnitte zu berücksichtigen.

Der zweite, datenbasierte Ansatz stützt sich auf die Einbeziehung selbstlernender künstlicher neuronaler Netze (KNN), die durch das „Training“ mit bekannten Massenschwerebewegungen die Zusammenhänge der Modelleingangsdaten selbstständig erkennen und nachfolgend auf das definierte Untersuchungsgebiet anwenden. Da im Rahmen der Projektlaufzeit nur Daten aus den Gefahrenkatastern der DB Netz AG und des Sächsischen Landesamtes für Landwirtschaft, Umwelt und Geologie des Freistaates Sachsen flächendeckend im Bereich des Gleisnetzes zur Verfügung standen, wurde in einer ersten Modellierung das Gefährdungspotenzial nur innerhalb von Sachsen mit dem zweiten Ansatz modelliert. Das Ergebnis der Klassifikation mittels KNN ist ein kontinuierlicher Wert zwischen 0 (kein Gefährdungspotenzial) und 1 (sehr hohes Gefährdungspotenzial), welcher für die graphische Ausgabe entsprechend klassifiziert wurde. Die Anteile der Einzelparameter an dem Gefährdungspotenzial konnten über die Gewichte der Neuronen im KNN quantifiziert werden.
Dabei haben vor allem die horizontale und vertikale Wölbung der Oberfläche den größten Einfluss. Analog zum ersten Ansatz wurden die Rasterdaten mit den Vektordaten der Bahntrassen verschnitten und in gefährdete (Gefährdungspotenzial größer/gleich 0,75) und nicht gefährdete Gleisabschnitte (Gefährdungspotenzial kleiner 0,75) unterteilt. Entsprechend dem ersten Ansatz wurden auch beim zweiten Ansatz dazu die Gefährdungsbereiche mit 50 m, 100 m und 200 m gepuffert.

Anschließend wurden beide Modellergebnisse im Modellgebiet des Freistaates Sachsen miteinander verglichen. Dabei wurden die vorhandenen Daten der Gefahrenkataster zur Verifizierung verwendet. Eine deutlich bessere Vorhersage der Gefährdung an den bekannten Punkten aus den Gefahrenkatastern er-folgte dabei mit dem zweiten Ansatz.

Abschließend wurden die Ergebnisse zur Visualisierung kartographisch dargestellt. Dabei wurde eine deutschlandweite Karte für den ersten Ansatz entworfen, sowie eine sachsenweite Karte mit einem Vergleich der Ergebnisse des ersten und zweiten Ansatzes. Alle Daten wurden in einem GIS-Projekt im Koordinatensystem ETRS89 UTM 32N zusammengestellt und dem Auftraggeber übergeben. Dieses Informationssystem ermöglicht die Recherche aller Eingangsdaten und die Analyse und den Vergleich der Ergebnisdaten in jeglichem Maßstab. Alle Raster besitzen dabei eine Auflösung von 20 m und umfassen einen Bereich von 1000 m links und rechts entlang der Gleiskörper. .

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