Im Auftrag des Eisenbahn-Bundesamtes und unter Federführung der Disy Informationssysteme GmbH hat das Konsortium der Firmen Disy, Pöyry und SoundPLAN die EU-Umgebungslärmkartierung für die Haupteisenbahnstrecken des Bundes abgeschlossen. Dieses Großprojekt beinhaltete neben der eigentlichen Lärmberechnung auch ein sehr komplexes Datenmanagement zur Prüfung, Bereinigung und Homogenisierung riesiger Datenmengen als Basis für die Berechnung der Lärmausbreitung. Die Ergebnisse der bundesweiten Lärmkartierung sind Grundlage der Lärmaktionsplanung und stehen ab sofort der Öffentlichkeit zur Verfügung.

Wirtschaftliches Wachstum und steigender Wohlstand sind eng verknüpft mit wachsendem Personen- und Güterverkehr und damit steigender Lärmbelastung. Darum gibt die Europäische Union in der EU-Umgebungslärmrichtlinie verschiedene Instrumente zur Reduzierung vor. So ist das Eisenbahn-Bundesamt (EBA) verpflichtet, alle 5 Jahre Lärmkarten für die Schienenwege von Eisenbahnen des Bundes auszuarbeiten. Jetzt hat das Eisenbahn-Bundesamt die dritte Kartierungsrunde abgeschlossen und alle Ballungsräume mit mehr als 100.000 Einwohnern bzw. Haupteisenbahnstrecken mit einem Verkehrsaufkommen von über 30.000 Zügen pro Jahr erfasst. Die Berechnung umfasst etwa 16.500 Streckenkilometer Haupteisenbahnstrecken und 70 Ballungsräume. Damit deckt die aktuelle Lärmkartierung eine Fläche von mehr als 50.000 Quadratkilometern ab.

Heterogene Eingangsdaten erforderten komplexes Datenmanagement
„Die besondere Herausforderung bei dieser Lärmberechnung lag in der schier unvorstellbar großen und heterogenen Datenmenge an Ausgangsdaten, die zu verarbeiten und für die Lärmberechnung vorzubereiten war“, sagt Disy-Projektleiter Markus Beck über das Großprojekt, für das er seit November 2015 im Auftrag des EBAs verantwortlich war. „Das sind zum einen Daten zur Eisenbahninfrastruktur, wie Gleisanlagen, Bahnhöfe, Schallschutzwände und Fahrplandaten der Deutschen Bahn, zum anderen aber auch Gebäude-, Gelände- und Landschaftsmodelle, Nutzungsinformationen und Einwohnerdaten aus Beständen verschiedener Bundesbehörden wie dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, dem Statistischen Bundesamt, dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe sowie aus den einzelnen Ländern“. Diese Daten stammen nicht nur aus verschiedenen Quellen, sondern sie liegen auch in unterschiedlichen Formaten, Qualitäten und räumlichen Darstellungen vor. Diese müssen miteinander in Beziehung gebracht und gegeneinander verifiziert werden, damit am Ende die Lärmkarten berechnet werden können. Diese komplexe Aufgabe der Geodatenaufbereitung ist händisch nicht mehr darstellbar und nur noch über datenbankgestützte, hochskalierte und automatisierte Datenflussprozesse mit integrierter Qualitätssicherung und in Kombination mit hoher Rechenleistung umsetzbar.

Bewährtes Konsortium hat Umgebungslärmkartierung umgesetzt
Die Disy Informationssysteme GmbH hat bereits bei Vorgängerprojekten des EBA gezeigt, dass das Unternehmen neben der fachlichen Expertise zur Lösungskonzeption und Datenaufbereitung auch über die nötigen Kompetenzen verfügt, die Gesamtumsetzung der strategischen Lärmkartierung innerhalb eines bewährten Konsortiums mit den drei Partnern Disy, Pöyry und SoundPLAN zu koordinieren.

Die Prüfung der Eingangsdaten wurde zum größten Teil vom Projektpartner Pöyry Deutschland GmbH übernommen, einem Consulting- und Engineering-Unternehmen mit großem Erfahrungsschatz im Bereich Verkehrsinfrastrukturplanung, das seit 2007 in allen Stufen der strategischen Lärmkartierung in unterschiedlichen Rollen mitgewirkt hat. Aufbauend auf den ausgewerteten Fahrplandaten und den konsolidierten Hauptfahrgleisen erzeugte Pöyry algorithmisch die sogenannte „akustische Schiene”, ein 4D-Geometrieobjekt, das alle schallrelevanten Parameter vereint. Auf Basis dieser und weiterer Bahndaten, des digitalen Geländemodells und der Gebäude- und Einwohnerdaten führte Pöyry die Qualitätssicherung der schalltechnischen Ausbreitungsrechnungen durch.

Parallel dazu konzipierte und entwickelte Disy den Prozess der Datenaufbereitung, welcher die vielfältigen Ausgangsdaten in eine homogene, für die strategische Lärmkartierung weiterverarbeitbare Form überführte. Das Ergebnis ist das Schalltechnische Modell (StM), welches die Basis für die Lärmausbreitungsberechnung bildet. „Auch bei der Erstellung des StM gabt es einige konzeptionelle Herausforderungen zu meistern“, sagt Markus Beck. „Ziel war es hier zum Beispiel, alle Gleise, die von Außenstehenden als zusammengehörig wahrgenommen werden, zu einem gemeinsamen Verkehrsweg zusammenzufassen – und das über automatisierte Rechenprozesse. Dafür haben wir mit der Disy Spatial Workbench ein nachhaltiges Konzept zur datenbankgestützten Geodatenaufbereitung geschaffen, das sich auch auf andere Aufgabenstellungen übertragen lässt.“

Die Geländeaufbereitung und die eigentliche Lärmausbreitungsberechnung lag in diesem Projekt in der Verantwortung des dritten Projektpartners – das Ingenieurbüro SoundPLAN GmbH. Aus Höhenpunkten in einem 10×10-m-Raster für ganz Deutschland, entstand durch intelligente Filterung der Punkte ein digitales Geländemodell (DGM), das für die Lärmberechnung die richtige Balance zwischen Genauigkeit und Datenmenge aufwies. Die anschließende automatisierte Trassenbereinigung, die gewährleistet, dass die Emission der Schienen nicht vom Gelände überdeckt wird, war eine algorithmische Herausforderung. Die Lärmausbreitungsberechnung erfolgte auf Grundlage des Schalltechnischen Modells (StM). Dazu stellte Disy die Datenbank mit dem StM zur Verfügung, auf dessen Basis von SoundPLAN automatisiert Projekte erzeugt und die im Batchbetrieb verteilt auf mehreren Rechnerclustern kontinuierlich berechnet wurden. Nach der Qualitätssicherung durch Pöyry wurden die Ergebnisse von SoundPLAN in die Datenbank zurückgeschrieben und Isophonen sowie die notwendigen Statistiken gemeindeweise automatisiert erzeugt.

Bundesweite Lärmkarten sind veröffentlicht
Nach Abschluss aller Berechnungen liefen die Ergebnisse in Form von bundesweiten Rasterlärmkarten, Gebäudelärmkarten und diversen Tabellen bei der Gesamtprojektleitung von Disy zusammen und wurden für die verschiedenen Zwecke der Veröffentlichung final aufbereitet und termingerecht an das EBA übergeben. Durch die Meldung dieser Daten an das Umweltbundesamt und nachfolgend die EU-Kommission sowie durch die Information der Öffentlichkeit mittels des interaktiven Kartendienstes http://laermkartierung1.eisenbahn-bundesamt.de/mb3/app.php/application/eba kommt das EBA der gesetzlichen Verpflichtung aus der EU-Umgebungslärmrichtlinie nach. Gleichzeitig ist mit den Lärmkarten eine wichtige Grundlage für die Entwicklung der Lärmaktionspläne geschaffen.

Bei der nächsten Lärmkartierung, die bis zum Jahr 2022 abgeschlossen sein muss, kommt die neue Berechnungsvorschrift CNOSSOS-EU zur Anwendung. Diese gilt in Deutschland ab 31.12.2018 und dient der einheitlichen Erfassung und Bewertung des Lärms mit europaweit harmonisierten Lärmberechnungsmethoden. „Auch wenn diese Berechnungsvorschrift das Quellmodell vereinfacht, wird die Berechnung des Umgebungslärms durch zusätzliche Parameter komplexer. „Mit der gebündelten Erfahrung und Kompetenz der Lärmexperten und der deutschlandweit führenden Kompetenz zur datenbankgestützten Geodatenaufbereitung wäre das Konsortium auf jeden Fall gut aufgestellt, um das EBA wieder technologisch zu unterstützen,“ gibt Markus Beck einen Ausblick auf mögliche zukünftige Herausforderungen.

Abb. 1: Übersichtskarte über alleEisenbahnstrecken des Bundes (schwarz) und die kartierungspflichtigen Bereiche (grün) mit Zahlen zur Lärmkatierung

Abb. 2: Gleisgeometrie inklusive Brücken, Tunnel und Bahnübergänge, Fahrplandaten, Schallschutzwände, Gebäude- und Geländemodell werden benötigt, damit der Umgebungslärm berechnet und am Ende in Lärmkarten visualisiert werden kann.

Abb. 3: Die Akustische Schiene, ein sehr komplexes 4D-Geometrieobjekt, das alle schallrelevanten Parameter abschnittsweise abbildet – hier ist beispielhaft der Parameter „Brücke“ visualisiert.

Abb. 4: Das Ergebnis der Lärmkartierung: Ausschnitt von Bonn aus der neuen Lärmkarte der dritten Runde mit der flächenhaften Isophonendarstellung.