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Mikroplastik im Rhein

Greenpeace hat den Rhein mehrmals auf primäre Mikroplastikpartikel mit dem Schwerpunkt Microbeads untersucht und entsprechende Berichte zu den Ergebnissen veröffentlicht. Bei einer ersten Untersuchung im Jahr 2019 wurden 22 Proben zwischen Duisburg und Basel genommen und bis zu 7,2 Partikel pro Kubikmeter bei Köln-Stammheim gefunden. Ein Jahr später war Greenpeace für Untersuchungen wieder auf dem Rhein, dieses Mal zwischen Duisburg und Monheim. Während der Schiffstour wurden 44 Proben genommen, wobei die höchste Konzentration an Mikroplastikpartikeln bei 3,3 Partikeln pro Kubikmeter (Höhe Dormagen) lag. Eine Besonderheit stellten stündliche Probenahmen über 24-Stunden dar, die Greenpeace jeweils stromaufwärts und stromabwärts am Chempark Dormagen und am Chempark Krefeld-Uerdingen durchführte. Die Ergebnisse bestätigten, dass kontinuierlich Mikroplastikpartikel den Rhein stromabwärts gelangen. Die Mikroplastik-Konzentration war nachts niedriger als tagsüber. Darüber hinaus hat Greenpeace Mikroplastikpartikel in Sedimentproben vom Flussufer nachgewiesen. Greenpeace hat im Jahr 2021 weitere Untersuchungen durchgeführt. Die höchste Konzentration an Mikroplastikpartikeln lag bei 1,1 Partikeln pro Kubikmeter in einer Probe, die bei Dormagen entnommen wurde. Letztlich konnte Greenpeace in allen Wasserproben, die während der Schiffstouren genommen wurde, primäres Mikroplastik nachweisen.  Die Greenpeace-Expert:innen Manfred Santen und Daniela von Schaper haben das Projekt im Jahr 2020 geleitet.

Flood risk in a changing climate (CEDIM)

Aims: Floods in small and medium-sized river catchments have often been a focus of attention in the past. In contrast to large rivers like the Rhine, the Elbe or the Danube, discharge can increase very rapidly in such catchments; we are thus confronted with a high damage potential combined with almost no time for advance warning. Since the heavy precipitation events causing such floods are often spatially very limited, they are difficult to forecast; long-term provision is therefore an important task, which makes it necessary to identify vulnerable regions and to develop prevention measures. For that purpose, one needs to know how the frequency and the intensity of floods will develop in the future, especially in the near future, i.e. the next few decades. Besides providing such prognoses, an important goal of this project was also to quantify their uncertainty. Method: These questions were studied by a team of meteorologists and hydrologists from KIT and GFZ. They simulated the natural chain 'large-scale weather - regional precipitation - catchment discharge' by a model chain 'global climate model (GCM) - regional climate model (RCM) - hydrological model (HM)'. As a novel feature, we performed so-called ensemble simulations in order to estimate the range of possible results, i.e. the uncertainty: we used two GCMs with different realizations, two RCMs and three HMs. The ensemble method, which is quite standard in physics, engineering and recently also in weather forecasting has hitherto rarely been used in regional climate modeling due to the very high computational demands. In our study, the demand was even higher due to the high spatial resolution (7 km by 7 km) we used; presently, regional studies use considerably larger grid boxes of about 100 km2. However, our study shows that a high resolution is necessary for a realistic simulation of the small-scale rainfall patterns and intensities. This combination of high resolution and an ensemble using results from global, regional and hydrological models is unique. Results: By way of example, we considered the low-mountain range rivers Mulde and Ruhr and the more alpine Ammer river in this study, all of which had severe flood events in the past. Our study confirms that heavy precipitation events will occur more frequently in the future. Does this also entail an increased flood risk? Our results indicate that in any case, the risk will not decrease. However, each catchment reacts differently, and different models may produce different precipitation and runoff regimes, emphasizing the need of ensemble studies. A statistically significant increase of floods is expected for the river Ruhr in winter and in summer. For the river Mulde, we observe a slight increase of floods during summer and autumn, and for the river Ammer a slight decrease in summer and a slight increase in winter.

Pegel Rees (Messstellen-Nr: 279001000)

Die Pegelmessstelle Rees (ID: 527) befindet sich am Gewässer Rhein im Flusseinzugsgebiet Niederrhein. Die Messstelle dient zur Messung des Wasserstands. Weiterhin wird der Abfluss an der Messstelle gemessen.

Pegel Koblenz (Messstellen-Nr: 2590070000)

Die Pegelmessstelle Koblenz (ID: 478) befindet sich am Gewässer Rhein im Flusseinzugsgebiet Mittelrhein. Die Messstelle dient zur Messung des Wasserstands.

Pegel Mainz (Messstellen-Nr: 2510010000)

Die Pegelmessstelle Mainz (ID: 489) befindet sich am Gewässer Rhein im Flusseinzugsgebiet Oberrhein. Die Messstelle dient zur Messung des Wasserstands. Weiterhin wird der Abfluss an der Messstelle gemessen.

Messstelle SPEYER, RHEIN

Messstelle betrieben von STANDORT MANNHEIM.

Messstelle EMMERICH, RHEIN

Messstelle betrieben von STANDORT DUISBURG.

Messstelle DUISBURG-RUHRORT, RHEIN

Messstelle betrieben von STANDORT DUISBURG.

INSEL - Inland Navigation Service Library

Der Webservice INSEL ist eine webbasierte Anwendung zur Bereitstellung hochwertiger Fachdaten sowie spezialisierter Algorithmen für die Binnenschifffahrt. Die Plattform wird seit 2021 im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte entwickelt. Ziel von INSEL ist es, Infrastruktur-, Gewässer- und Verkehrsdaten zentral verfügbar zu machen und ergänzend fachliche Dienste zur Datenverarbeitung bereitzustellen. Damit soll die Digitalisierung und Automatisierung in der Binnenschifffahrt gezielt unterstützt werden. Der Dienst richtet sich an Forschungspartner, Entwickler datengetriebener Anwendungen und an die interessierte Öffentlichkeit. INSEL stellt seine Daten und Dienste über eine standardisierte REST-API zur Verfügung. Anwendungen können dabei automatisiert auf aufbereitete Fachdaten und Dienste zugreifen. Derzeit stehen die folgenden Dienste zur Verfügung: Stationierung, Rückstationierung, RIVER-ETA (Regression based Intelligent Vessel ETA Refinement), Routenplanung und Strömungsinterpolation. Über eine integrierte Swagger-UI lassen sich die API-Endpunkte direkt auf der Webseite interaktiv erkunden und ausprobieren. Ergänzend dazu bietet die Webseite eine Dokumentation und weiterführende Hilfestellungen. Mit diesem Ansatz schafft INSEL die Grundlage für innovative Anwendungen, etwa im Bereich der intelligenten Routenplanung, der adaptiven Fahrverhaltenssteuerung oder der Integration (teil-)autonomer Technologien in der Binnenschifffahrt. Der Webservice ist modular, erweiterbar und serviceorientiert konzipiert. Bei der Entwicklung stehen Wartbarkeit, Betriebssicherheit sowie ein stabiler und leistungsfähiger Einsatz im Vordergrund. Der Zugang zu INSEL ist grundsätzlich öffentlich. Aktuell erfolgt die Freischaltung noch per E-Mail-Anfrage, perspektivisch soll der Dienst jedoch ohne Registrierung nutzbar sein. Derzeit werden weitere Modelle, insbesondere für Prognosen, entwickelt. Zudem sollen in Zukunft zusätzliche Infrastrukturdaten wie Verkehrszeichen, Verbotszonen und Brückendurchfahrtshöhen über den Webservice abrufbar sein.

Entwicklung eines Verkehrssimulationsmodells auf Binnenwasserstraßen

Untersuchung des Verkehrsflusses durch KI-Anwendungen Verschiedene Fragestellungen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung im Zusammenhang mit Auslastung und Nutzung der Binnenwasserstraßen sind nur mithilfe eines Verkehrssimulationsmodells effizient bewertbar. Beispiele sind Fragen nach Kapazitäten, Engstellen und Transportmengen. Aufgabenstellung und Ziel Die performante Untersuchung von Verkehrsströmen ist eine wichtige Komponente für verkehrliche und wirtschaftliche Untersuchungen an Binnenwasserstraßen. Verkehrssimulationsmodelle ermöglichen es, auch unbeobachtete Verkehrsflüsse zu analysieren und zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren. Als Beispiele sind Engstellenanalysen sowie Untersuchungen zu Verkehrskapazitäten und Transportmengen in Abhängigkeit von Flottenstrukturen zu nennen. Eine Veränderung der Flottenstruktur kann durch unterschiedliche Faktoren begründet sein. Diese sind zum einen langzeitige Entwicklungen, wie Tendenzen zu größeren Schiffen, Änderungen wirtschaftlicher Konjunkturphasen oder mögliche Anpassungen an klimatische Änderungen und zum anderen kurzzeitige Einflüsse, wie extreme Wetterlagen und Wasserstände oder verkehrliche Engstellen. Engstellen können z. B. durch Havarien, Baumaßnahmen, aber auch Fehltiefen verursacht werden. Alle genannten Faktoren wirken sich auf die verkehrliche Leistungsfähigkeit der Wasserstraße und die Gütertransportmengen aus. In Kooperation mit der „Professur für Ökonometrie und Statistik, insbesondere im Verkehrswesen“ der TU Dresden wird das Mikrosimulationsmodell für Binnenwasserstraßen PERSIST (Performant Simulation of Inland Ship Traffic) entwickelt (Stachel und Hart 2021), welches vorrangig am Niederrhein, darüber hinaus aber auch an anderen Wasserstraßen, angewendet werden soll. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mithilfe des Verkehrssimulationsmodells lassen sich an hochfrequentierten Abschnitten Engstellen identifizieren, die eventuell die Kapazität der Wasserstraßen vermindern. Zudem können Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs unter Berücksichtigung veränderter hydrologischer Bedingungen, z. B. infolge des Klimawandels, untersucht werden. Damit erhält die WSV frühzeitig Informationen über potentielle verkehrliche Engstellen, welche die Wirtschaftlichkeit der Binnenschifffahrt einschränken. Die Verkehrssimulation ist darüber hinaus ein Werkzeug, mit dem sich, z. B. im Rahmen einer Verkehrsprognose und Reiseunterstützung, voraussichtliche Ankunftszeiten (ETA = Estimated Time of Arrival) von Schiffen an Schleusen und Zielhäfen ermitteln lassen. Untersuchungsmethoden Im bisherigen Projekt wurde bereits die Lateral and Longitudinal Control Policy zur lateralen und longitudinalen Steuerung eines Schiffes hinsichtlich des logischen Koordinatensystems sowie eine Decision Making Policy, welche die Überholentscheidungen des Schiffes kontrolliert, entwickelt. Um die Einsetzbarkeit von PERSIST als Fast-Time Simulator auch für anspruchsvolle Simulationsszenarien (mehr als 100 Schiffe, große Teile des Rheins) aufrecht zu erhalten, wurde PERSIST für die Parallelisierung auf Rechensystemen mit vielen CPU-Kernen vorbereitet. Anstatt alle Schiffe in einem Prozess auf einem Rechner zu simulieren, kann die Simulation nun auf beliebig viele unabhängige Prozesse verteilt werden, auch auf mehreren miteinander vernetzten Rechnern oder auf einem Großrechner mit vielen Rechenkernen. Auf einem physischen Rechenkern läuft jeweils nur ein Prozess. Bei der Verkehrssimulation bietet es sich an, den gesamten zu simulierenden räumlichen Bereich in mehrere gleich große Abschnitte zu unterteilen, den Schiffsverkehr auf diesen Abschnitten getrennt zu simulieren, d. h. zu prozessieren, und anschließend wieder zusammenzufügen. Die Anzahl der Abschnitte kann somit vor Beginn der Simulation flexibel an die Ressourcenverfügbarkeit des (Groß-)Rechners angepasst werden. (Text gekürzt)

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