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Beurteilung, Bewertung und flächige Visualisierung der Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen

Harlacher, Dennis

Ein allgemeingültiges oder ganzheitliches Verfahren zur Beurteilung, Bewertung und flächigen Visualisierung der Befahrbarkeit existiert nicht. Die Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen wird - je nach Fragestellung und Zielsetzung - auf unterschiedliche Weise ermittelt. Ein zentrales Ziel dieser Arbeit ist es aufzuzeigen, dass durch geeignete Kombination nautisch relevanter Informationen aus unterschiedlichen Fachbereichen die Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen analysiert und bewertet werden kann. Im Rahmen der Dissertation wird die Entwicklung des Verfahrens RiNA (River Navigation Assessment) zur Beurteilung, Bewertung und flächigen Visualisierung der Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen aufgezeigt, prototypisch umgesetzt und in Fallstudien am Rhein angewendet. Die Befahrbarkeitsanalyse wird in den Untersuchungen mit verschiedenen Elementen aus unterschiedlichen Fachbereichen charakterisiert, welche aus geometrischen Flusseigenschaften, den Schiffs- bzw. Fahrrinneneigenschaften und den hydraulischen Strömungskenngrößen sowie deren Wechselwirkungen bestehen. Sowohl Binnenschifffahrtsinformationsdienste zur Unterstützung der Schifffahrt als auch Verkehrsregeln werden ebenfalls in dem Verfahren mit berücksichtigt. Das Bewertungsverfahren RiNA wurde auf der Basis eines weltweit verbreiteten Geoinformationssystems entwickelt. Nach der Überführung der unterschiedlich komplexen Eingangsdaten in ein gemeinsames Koordinatensystem werden aus hydraulischen Parametern (z. B. Fließtiefen, Fließgeschwindigkeiten) unter Berücksichtigung nautisch relevanter Kenngrößen (z. B. Tiefgang) sogenannte Einzelpotentiale generiert. Anschließend werden diese Einzelpotentiale durch geeignete Kombinationen in Gesamtpotentiale überführt. Die Gesamtpotentiale stellen eine flächige Verteilung der Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen dar. Diese Befahrbarkeitspotentiale werden für unterschiedliche Abflussszenarien, Schiffstypen, Veränderung des Tiefgangs, Fahrtrichtung (Berg- / Talfahrt) aufbereitet und mittels aufgezeichneten Schiffsfahrten aus Großausführungsmessungen validiert. Die Einzel- bzw. Gesamtpotentiale werden für den ungestörten Verkehr entwickelt und können zudem durch Berücksichtigung aufgezeichneter Messfahrten für den fließenden Verkehr erweitert werden. Mit dem Verfahren RiNA kann eine objektive Beurteilung und Bewertung von Wasserstraßen nach nautischen Gesichtspunkten (u. a. Fließgeschwindigkeit, Tiefgang, Fahrregeln) durchgeführt sowie kritische Stellen aufgezeigt werden. Anwendungsbeispiele, wie z. B. die Bewertung von Fahrrinnen- bzw. Schiffsabmessungen, die Bewertung und Analyse von Engstellenbereichen oder die Bewertung der Simulationsergebnisse eines Binnenschiffsführungssimulators bzw. hydrodynamisch-numerischer Modelle, sollen mit dem Verfahren bearbeitet werden. Das entwickelte Bewertungsverfahren RiNA leistet einen wesentlichen Beitrag dazu, aus einer Flut von Informationen zentrale Inhalte aufzubereiten, diese gewichtet zu kombinieren und darzustellen. Es bietet eine Plattform für die Beurteilung, Bewertung und flächige Visualisierung der Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen und trägt dadurch künftig zu einer optimierten Nutzung der Wasserstraßen bei.

Currently, there is no universal or holistic approach to evaluate, assess and visualise the trafficability of navigable areas of inland waterways. The trafficability of inland waterways is determined in various ways, depending on the underlying question and objective. A central aim of this thesis is to demonstrate that the trafficability of inland waterways can be analysed and assessed by a suitable combination of nautical relevant information from several disciplines. Within the scope of the thesis, the development of the RiNA procedure (River Navigation Assessment) for the evaluation and assessment of the trafficability of inland waterways and for the visualisation of navigable areas is presented, implemented prototypically and applied in case studies concerning the river Rhine. In the investigations, the analysis of the trafficability is defined by different elements from several disciplines, which comprise the geometric properties of the river and the navigation channel, the vessel characteristics and the flow characteristics as well as their interaction. River information services to support the navigation as well as traffic rules are taken into consideration by the assessment procedure. The RiNA assessment procedure has been developed on the basis of a global geographic information system. After the transmission of the initial data, the complexity of which varies, into a mutual coordinate system, firstly the so-called single potentials are generated from hydraulic parameters (e.g. flow depth, flow velocities), taking into account nautically relevant parameters (e.g. draught). Then, those single potentials are transferred to total potentials by appropriate combinations. The total potentials represent a surface visualisation of the trafficability of inland waterways. These total potentials are prepared regarding different discharge scenarios, types of vessels, changes in the draught, direction (up- / downstream navigation) and then validated, based on recorded passages of vessels. The single and total potentials are developed for undisturbed traffic and can be extended for fluent traffic by taking into consideration recorded vessel passages. With the RiNA procedure, an objective evaluation and assessment of waterways according to nautical criteria (among others flow velocity, draught, traffic rules) can be made and critical points be shown. This procedure shall also be applied to fields like, for example, the evaluation of fairway or vessel dimensions, the assessment and analysis of bottlenecks or the evaluation of the simulation results of an inland ship handling simulator and of hydrodynamic-numerical models, respectively. The RiNA assessment procedure developed significantly helps to process essential elements out of a flood of data and information, combine them according to their relevance and to visualise them. It provides a platform for the assessment and evaluation of inland waterways and the surface visualisation of their trafficability which in future leads to an optimized use of the waterways.

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Harlacher, Dennis: Beurteilung, Bewertung und flächige Visualisierung der Befahrbarkeit von Binnenwasserstraßen. 2017.

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