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Neue Grundlagen für eine effiziente Seillinienplanung




WHFF Projekt: 2019.04

Autor:innen: Leo Bont, Laura Ramstein, Fritz Frutig und Janine Schweier



Das Wichtigste in Kürze

  • Untersucht wurde, wie wissenschaftliche Erkenntnisse der Seilmechanik, Entwicklungen in der Fernerkundung sowie mathematische Optimierungsalgorithmen in ein modernes, effizientes Tool für die Seillinienplanung integriert werden können.

  • Die berechneten Durchhänge und Kräfte mittels Kettenlinien-Ansatz (Methode nach Zweifel) lieferten deutlich präzisere Werte als die Ergebnisse der weit verbreiteten Berechnungsmethode nach Pestal.

  • Es wurden verschiedene Einzelbaumdetektionsmethoden zur Identifikation von potenziellen Stützenbäumen für Waldflächen im Seilkrangelände verglichen.

  • Für eine Praxisanwendung müssen entweder die Methoden für verschiedene Typen von Wäldern verfeinert werden oder bessere Grundlagendaten vorhanden sein.

  • Die grösste Herausforderung aus Sicht der Forstpraxis liegt bei der Verfügbarkeit der Geodaten, die je nach Kanton variiert. Besonders bei kantonsübergreifenden Einsätzen der Forstunternehmer ist die Datenbeschaffung zeit- und teilweise auch kostenintensiv


Projektbeschreibung

Unabhängig vom Seilkrantyp ist die Planung einer Seillinie eine anspruchsvolle und aufwändige Arbeit. Sie umfasst im Wesentlichen das Festlegen des Anfangs- und Endpunktes einer Linie sowie der Zwischenstützen. Dabei muss sichergestellt werden, dass die zulässigen Kräfte, insbesondere die Seilzugkräfte im Tragseil, nicht überschritten werden, ein genügender Abstand der Lastwegkurve zum Boden gegeben ist, geeignete Ankerbäume gefunden werden und gleichzeitig die Anzahl der Zwischenstützen minimiert wird.


Im vorliegenden Projekt wird untersucht, wie wissenschaftliche Erkenntnisse der Seilmechanik mit Fernerkundungsdaten und mathematischen Optimierungsalgorithmen verknüpft werden können. Die Planung von Seillinien soll dadurch wesentlich vereinfacht werden, zu Lösungen mit einer optimalen Anzahl an Stützen führen und die Arbeitssicherheit für das Forstpersonal erhöhen.

Die Erkenntnisse werden mithilfe eines Seillinienplanungstools getestet, das auf neuen seilmechanischen Forschungsergebnissen basiert und in ein GIS-System integriert ist. Die Berechnung von Kräften und Durchhängen erfolgt mittels Kettenlinien-Ansatz, der gesamte Code ist frei einsehbar und Geodaten können in QGIS für den Planungsprozess direkt beigezogen werden. Aus den Erfahrungen mit Seilaplan werden abschliessend Empfehlungen für künftige Seillinienplanungstools abgeleitet.



Schlussfolgerungen

Es wurden die beiden Berechnungsmethoden nach Zweifel und nach Pestal anhand von Messdaten zweier Seillinien verglichen. Die Berechnungsmethode nach Zweifel liefert gegenüber Pestal deutlich präzisere Werte, mit denen auch bei schweren Lasten und langen Spannfeldern ein sinnvolles Seillinien-Layout berechnet werden kann. Für forstliche, beidseitig fix verankerte Seilkräne empfiehlt sich die Verwendung der Methode nach Zweifel oder ähnlicher Methoden auf der Grundlage der Kettenlinie, da diese sowohl Durchhang wie Seilzugkräfte genauer abbilden als die Näherungsmethode nach Pestal.


Das Zusammenführen der neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse in einem Seillinienplanungstool wurde von der Forstpraxis sehr begrüsst. Die Testbetriebe schätzten die implementierte präzisere Berechnungsmethode nach Zweifel und die damit ermittelten realistischeren Angaben für den Bau und den Betrieb einer Seillinie. Sie nutzten zudem diverse Fernerkundungsdaten und GIS-Layer für die manuelle, situative Anpassung der Seillinie, was durch die Integration des Tools ins QGIS möglich wurde. Die Ausgabe der wichtigsten Angaben zur Seillinie in graphischer Form und als Kurzbericht konnte nach Angaben der beteiligten Forstpraktiker gut für die Dokumentation des Seillinien-Projekts nach den neuen EKAS-Richtlinien (Eidgenössische Koordinationskommission für Arbeitssicherheit) sowie als Bauanleitung verwendet werden.


Die grösste Herausforderung aus Sicht der Forstpraxis liegt bei der Verfügbarkeit der Geodaten, die je nach Kanton variiert. Besonders bei kantonsübergreifenden Einsätzen der Forstunternehmer ist die Datenbeschaffung zeit- und teilweise auch kostenintensiv. Ein schweizweiter freier Zugriff auf das digitale Höhenmodell und andere Fernerkundungsdaten würde den gesamten Planungsprozess deutlich vereinfachen.


Abschliessend kann festgehalten werden, dass weitere Forschungsarbeiten zu statischen und dynamischen Kräften im Seilsystem und zur Ermittlung von Informationen zu potenziellen Stützenbäumen notwendig und von der Forstpraxis nachgefragt sind. Dabei soll Seilaplan als praktikables, frei verfügbares und ausbaufähiges Planungs-Tool auch in Zukunft für wissenschaftliche Untersuchungen und Praxistests verwendet und weiterentwickelt werden.



Hier geht es zum Download des vollständigen Berichts:

2019.04_Grundlagen_eff._Seillinienplanung
.pdf
Download PDF • 9.52MB

Mehr Informationen zum Projekt finden Sie auf ARAMIS.



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