Die Qualität von Straßenoberflächen ist ein wichtiger Faktor, insbesondere um gezielt Routen danach auszurichten. Wer auf einem Rennrad oder Inline Skates unterwegs ist oder einen Kinderwagen über sanft schaukelnde Oberflächen schieben will, wird sich freuen, wenn Routing-Algorithmen (oder die User selbst) auf Informationen zur Oberflächenbeschaffenheit zurückgreifen können. Schlechte Oberflächen wie Kopfsteinpflaster sind für einige Verkehrsmittel unpassierbar und auch beispielsweise mit einem normalen Stadtrad muss die Geschwindigkeit an solchen Stellen oft erheblich reduziert werden.

Zur Bewertung der Oberflächenbeschaffenheit gibt es in OSM – neben surface für den Fahrbahnbelag selbst – den Schlüssel smoothness, der jedoch oft mehr oder weniger nach subjektiven Kriterien vergeben wird. Ein Autofahrer wird hier beispielsweise etwas andere Maßstäbe anlegen als eine Rennradfahrerin. Dabei besitzen fast alle Mapper ein Smartphone und könnten damit auf ein hochpräzises Sensorium als Entscheidungshilfe für die Kategorisierung zurückgreifen, wenn sie es an einem Fahrzeug fixieren und die Vibrationen aufzeichnen. Ob das funktioniert, habe ich auf einem Abendspaziergang mit dem Fahrrad getestet.

Voraussetzung ist ein Beschleunigungssensor/Accelerometer, wie es eigentlich jedes aktuelle Smartphone an Bord haben müsste. Ich habe meins (ein aktuelles 300-Euro-Mittelklasse-Gerät) mit einer flexiblen Silikon-Halterung am Lenker befestigt und bin eine Teststrecke mit verschiedenen Oberflächen abgefahren. Die Vibrationen habe ich mit der erstbesten App, die ich zur Aufzeichnung des Beschleunigungssensors gefunden habe, mitgeschnitten. Die Silikonhalterung führt vermutlich dazu, dass die Vibrationen verstärkt werden und damit differenziertere Ergebnisse ermittelt werden. Die (absolute) Beschleunigung in X-, Y- und Z-Richtung habe ich zu einem Mittelwert zusammengefasst, der Grundlage für die folgenden Ergebnisse ist.

Das Ergebnis

Die Oberflächen besitzen – in Abhängigkeit von ihrer Oberflächenebenheit – auf jeden Fall ein eindeutiges „Vibrationsprofil“: Exzellente Fahrbahnen weisen sehr niedrige Vibrationswerte mit einer sehr niedrigen Varianz auf, gute Fahrbahnen lassen sich durch höhere Varianzen klar abgrenzen. Bei mittelmäßigen Oberfllächen steigen sowohl Vibrationen als auch Varianz spürbar an. Auf schlechten Oberflächen (in meinem Fall mehrere Kopfsteinpflasterabschnitte) steigen die Werte noch einmal sprunghaft an. Beispielhaft die Ergebnisse für ausgewählte Streckenabschnitte:

surface	smoothness	Median [m/s²]	St.-Abw.	Vibration	Varianz
asphalt	excellent	0,674	0,317	sehr niedrig	sehr niedrig
asphalt	excellent/good	0,742	0,77	sehr niedrig	niedrig
paving_stones	good	1,03	0,633	eher niedrig	niedrig
asphalt	good	1,075	0,869	niedrig	eher moderat
compacted	intermediate	1,577	1,011	moderat	eher hoch
sett	bad	6,554	4,036	sehr hoch	sehr hoch

Werden die aufgezeichneten Vibrationen visualisiert, lassen sich die verschiedenen Oberflächenprofile eindeutig voneinander unterscheiden:

Was folgt daraus?

Die Messung von Vibrationen mit einem Smartphone-Sensor ergibt hervorragende Ergebnisse, um die Ebenheit von Oberflächen (objektiv) klassifizieren zu können. Die Ergebnisse könnten Mappern damit als Entscheidungshilfe zur smoothness-Kartierung dienen. Beachtet werden sollte dabei meiner Meinung nach Folgendes:

• Vermutlich ermittelt jeder Mapper mit seinem Gerät und seiner Halterungstechnik eigene Größenordnungen, innerhalb derer die Vibrationswerte schwanken. Um die Werte „automatisiert“ zu erfassen, braucht es also eine individuelle Eichung am eigenen Halterungs- und Fahrstil.

• Die Fixierung des Geräts am Fahrzeug (ideal: Fahrrad) muss ebenso konstant gehalten werden wie der Fahrstil bzw. die Geschwindigkeit (wird ein Streckenabschnitt langsamer befahren, ergeben sich andere Werte als bei schneller Fahrt).

• Ich habe die Test-Streckenabschnitte einzeln aufgezeichnet und – um Manipulationen durch die Bedienung des Geräts auszuschließen (Hand am Smartphone, teils Geschwindigkeitsreduzierung) – jeweils am Anfang und am Ende Werte aus der Auswertung ausgeschlossen. Die Aufzeichnung könnte aber – besonders bei längeren Fahrten – auch parallel zu einem GPS-Track mitlaufen. Aus der Aufzeichnung ergibt sich das Intervall, wie oft ein einzelner Beschleunigungswert aufgezeichnet wurde, was sich mit dem GPS-Track (Ort und Zeit) vergleichen lassen müsste.

• Am Ende sollte dennoch immer die Mapperin/der Mapper entscheiden, insbesondere um weitere qualitative Merkmale zu berücksichtigen. Eine ebene Fahrbahn, die jedoch regelmäßig kurz durch starke Wurzelschäden durchbrochen wird, könnte beispielsweise eher geringe Vibrationswerte aufweisen (aber auch eine höhere Varianz).

• Bei Gelegenheit versuche ich weitere Teststrecken aufzunehmen, um solche Faktoren ebenso beurteilen zu können wie beispielsweise den Einfluss des Fahrbahnbelags (z.B. sehr schlechter Asphalt, Fahrbahnen mit sehr gut versiegeltem Kopfsteinpflaster…). Im Idealfall kann ich numerische Klassen bilden, um die smoothness-Werte abzubilden.

Zum Abschluss noch eine radfahrbasierte Klassifizierungshilfe für die Bewertung der Oberflächenqualität/Ebenheit einer Fahrbahn, die ich kürzlich im Zuge von Überlegungen zu einem erweiterten Radwegeschema aufgestellt habe – ganz ohne Smartphone:

• excellent: Glatter, unbeschädigter Asphalt mit sehr guten Rolleigenschaften und ohne spürbare Vibrationen (Faustregel: Perfekt zum Inlineskates fahren).

• good: Asphalt (oder andere glatte versiegelte Oberfläche) mit höchstens kleineren Schäden oder Rissen, die kaum spürbare Verwerfungen hervorrufen. Insbesondere ohne Wurzelschäden o.ä. (Faustregel: Perfekt zum Rennrad fahren).

• intermediate: Im allgemeinen gut befahrbare Oberfläche, auf der aber kleinere Verwerfungen spürbar sind: Beispielsweise Pflastersteine/Kleinpflaster mit geringen Zwischenräumen, Asphalt mit kleineren, seltenen Wurzelschäden, gut verfestigter Boden oder sehr gut (!) versiegeltes Kopfsteinpflaster (Faustregel: Perfekt zum Fahren mit einem Stadtrad).

• bad: Deutlich spürbare Verwerfungen oder “Rütteln”, z.B. auf üblichem Kopfsteinpflaster, aufgrund zahlreicher Wurzelschäden/Schlaglöcher oder auf unbefestigten Wegen mit Pfützenlöchern oder ähnlichem. Nicht mehr zum Rennradfahren geeignet, signifikanter Geschwindigkeitsverlust (Faustregel: Beim nächsten Mal kaufe ich mir ein Fahrrad mit besserer Federung - oder gleich ein Mountain Bike)

• very_bad: Starke Verwerfungen oder Schäden, nicht mehr zum Radfahren mit City- oder Trekkingrad geeignet bzw. nur mit erheblichem Geschwindigkeitsverlust (Faustregel: Wege, nach deren Befahrung ich dem zuständigen Baustadtrat eine E-Mail schreibe – und wirklich ein Mountain Bike brauche)