The increasingly serious pedestrian safety issue in the City of Austin aroused the concern. Other than conducting quantitative analysis at aggregate level via collecting and examining the secondary data extracted from the existing datasets, the authors shifted towards the disaggregate level analysis, focusing on twenty-six hotspots of pedestrian collisions via mixed method research. Qualitative data was collected in the field survey to precisely capture the contextual features of collision locations, and was interpreted and coded as explanatory variables for the quantitative analysis. Instead of the frequency of pedestrian collision, crash rate measured by incident count per million pedestrians was the dependent variable to identify the factors truly influencing the pedestrian safety issue, not just the total number of walkers. The stepwise bivariate analysis and negative binomial regression examined the association between pedestrian collision rate and independent variables. Finally, the average block length, speed limit posted, sidewalk condition, and the degree of proximity to major pedestrian attractors were statistically significant factors correlating with the pedestrian collision risk. / text

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Pavements encompass a significant component of the total civil infrastructure investment. In Ontario, the Ministry of Transportation (MTO) is responsible for the maintenance and construction of approximately 39,000 lane-kilometres of highway. In 2004, the province estimated the value of the total highway system at $39 billion dollars. Thus, managing this asset is an important factor to ensure a high level of service to the traveling public. One of the most important indicators of level of service for a road network is safety. Each year, thousands of motorists across North America are involved in motor vehicle collisions, which result in property damage, congestion, delays, injuries and fatalities. The MTO estimated that in 2002, vehicle collisions in Ontario cost nearly $11 billion. Despite the importance of highway safety, it is usually not considered explicitly in the pavement management framework or maintenance analysis. A number of agencies across North America collect skid data to assess the level of safety at both the project and network level (Li et al, 2004). However, a number of transportation agencies still do not collect friction data as part of their regular pavement data collection programs. This is related to both liability concerns and lack of knowledge for how this data can be effectively used to improve safety. The transportation industry generally relies on information such as collision rates, black-spot locations and radius of curvature to evaluate the level of safety of an alignment (Lamm et al., 1999). These are important factors, but the use of complementary skid data in an organized proactive manner would also be beneficial. In preparation for a considered Long Term Area Maintenance Contract, a project was initiated by the MTO to collect network level friction data across three regions in the Province of Ontario. This project represents the first time friction data was collected at the network level in Ontario. In 2006, approximately 1,800 km of the MTO highway network was surveyed as a part of this study. This research utilized the network level skid data along with collision data to examine the relationships and model the impacts of skid resistance on the level of safety. Despite the value of collecting network level skid data, many Canadian transportation agencies still do not collect network level skid data due to the costs and potential liability associated with the collected data. The safety of highway networks are usually assessed using various levels of service indicators such as Wet-to-Dry accident ratio (W/D), surface friction (SN), or the collision rate (CR). This research focused on developing a framework for assessing the level of safety of a highway network in terms of the risk of collision based on pavement surface friction. The developed safety framework can be used by transportation agencies (federal, state, provincial, municipal, etc.) or the private sector to evaluate the safety of their highway networks and to determine the risk or probability of a collision occurring given the level of friction along the pavement section of interest. As a part of the analysis, a number of factors such as Region, Season of the Year, Environmental Conditions, Road Surface Condition, Collision Severity, Visibility and Roadway Location were all investigated. Statistical analysis and modeling were performed to developed relationships which could relate the total number of collisions or the collision rate (CR) to the level of available pavement friction on a highway section. These models were developed using over 1,200 collisions and skid test results from two Regions in the Province of Ontario. Another component of this study examined the Wet-to-Dry accident ratio and compared it to the Skid Number. A number of Transportation Agencies rely on the Wet-to-Dry accident ratio to identify potential locations with poor skid resistance. The results of the comparison further demonstrated the need and importance of collecting network level skid data. Another component of this study was to evaluate the effectiveness of various preservation treatments used within the Long Term Pavement Performance (LTPP) study. In addition, modeling was performed which examined the historical friction trends over time within various environment zones across North America to investigate skid resistance deterioration trends. The results of the analysis demonstrated that commonly used preservation treatments can increase skid resistance and improve safety. The cost effectiveness of implementing preservation and maintenance to increase the level of safety of a highway using Life Cycle Cost Analysis (LCCA) was evaluated. A Decision Making Framework was developed which included the formulation of a Decision Matrix that can be used to assist in selecting a preservation treatment for a given condition. The results of this analysis demonstrate the savings generated by reducing the number of collisions as a result of increasing skid resistance. The results of this research study have demonstrated the importance of network level friction testing and the impact of skid resistance on the level of safety of a highway. A review of the literature did not reveal any protocol or procedures for sampling or minimum test interval requirements for network level skid testing using a locked-wheel tester. Network level friction testing can be characterized as expensive and time-consuming due to the complexity of the test. As a result, any reduction in the required number of test points is a benefit to the transportation agency, private sector (consultants and contractors) and most importantly, the public. An analysis approach was developed and tested that can be used to minimize the number of required test locations along a highway segment using common statistical techniques.

Pavements encompass a significant component of the total civil infrastructure investment. In Ontario, the Ministry of Transportation (MTO) is responsible for the maintenance and construction of approximately 39,000 lane-kilometres of highway. In 2004, the province estimated the value of the total highway system at $39 billion dollars. Thus, managing this asset is an important factor to ensure a high level of service to the traveling public. One of the most important indicators of level of service for a road network is safety. Each year, thousands of motorists across North America are involved in motor vehicle collisions, which result in property damage, congestion, delays, injuries and fatalities. The MTO estimated that in 2002, vehicle collisions in Ontario cost nearly $11 billion. Despite the importance of highway safety, it is usually not considered explicitly in the pavement management framework or maintenance analysis. A number of agencies across North America collect skid data to assess the level of safety at both the project and network level (Li et al, 2004). However, a number of transportation agencies still do not collect friction data as part of their regular pavement data collection programs. This is related to both liability concerns and lack of knowledge for how this data can be effectively used to improve safety. The transportation industry generally relies on information such as collision rates, black-spot locations and radius of curvature to evaluate the level of safety of an alignment (Lamm et al., 1999). These are important factors, but the use of complementary skid data in an organized proactive manner would also be beneficial. In preparation for a considered Long Term Area Maintenance Contract, a project was initiated by the MTO to collect network level friction data across three regions in the Province of Ontario. This project represents the first time friction data was collected at the network level in Ontario. In 2006, approximately 1,800 km of the MTO highway network was surveyed as a part of this study. This research utilized the network level skid data along with collision data to examine the relationships and model the impacts of skid resistance on the level of safety. Despite the value of collecting network level skid data, many Canadian transportation agencies still do not collect network level skid data due to the costs and potential liability associated with the collected data. The safety of highway networks are usually assessed using various levels of service indicators such as Wet-to-Dry accident ratio (W/D), surface friction (SN), or the collision rate (CR). This research focused on developing a framework for assessing the level of safety of a highway network in terms of the risk of collision based on pavement surface friction. The developed safety framework can be used by transportation agencies (federal, state, provincial, municipal, etc.) or the private sector to evaluate the safety of their highway networks and to determine the risk or probability of a collision occurring given the level of friction along the pavement section of interest. As a part of the analysis, a number of factors such as Region, Season of the Year, Environmental Conditions, Road Surface Condition, Collision Severity, Visibility and Roadway Location were all investigated. Statistical analysis and modeling were performed to developed relationships which could relate the total number of collisions or the collision rate (CR) to the level of available pavement friction on a highway section. These models were developed using over 1,200 collisions and skid test results from two Regions in the Province of Ontario. Another component of this study examined the Wet-to-Dry accident ratio and compared it to the Skid Number. A number of Transportation Agencies rely on the Wet-to-Dry accident ratio to identify potential locations with poor skid resistance. The results of the comparison further demonstrated the need and importance of collecting network level skid data. Another component of this study was to evaluate the effectiveness of various preservation treatments used within the Long Term Pavement Performance (LTPP) study. In addition, modeling was performed which examined the historical friction trends over time within various environment zones across North America to investigate skid resistance deterioration trends. The results of the analysis demonstrated that commonly used preservation treatments can increase skid resistance and improve safety. The cost effectiveness of implementing preservation and maintenance to increase the level of safety of a highway using Life Cycle Cost Analysis (LCCA) was evaluated. A Decision Making Framework was developed which included the formulation of a Decision Matrix that can be used to assist in selecting a preservation treatment for a given condition. The results of this analysis demonstrate the savings generated by reducing the number of collisions as a result of increasing skid resistance. The results of this research study have demonstrated the importance of network level friction testing and the impact of skid resistance on the level of safety of a highway. A review of the literature did not reveal any protocol or procedures for sampling or minimum test interval requirements for network level skid testing using a locked-wheel tester. Network level friction testing can be characterized as expensive and time-consuming due to the complexity of the test. As a result, any reduction in the required number of test points is a benefit to the transportation agency, private sector (consultants and contractors) and most importantly, the public. An analysis approach was developed and tested that can be used to minimize the number of required test locations along a highway segment using common statistical techniques.

Typischerweise sind Plasmen extrem heiß - diese hohen Energien sind nötig, um die Ionisationsschwelle der Atome zu überwinden und damit einen stabilen Plasmazustand zu gewährleisten. Folglich werden die physikalischen Eigenschaften dieser Plasmen für gewöhnlich durch die thermischen Energie der Plasmateilchen bestimmt, während Korrelationen zwischen den Ladungen eine untergeordnete Rolle spielen. Durch die rasanten Fortschritte auf dem Gebiet der ultrakalten Gase ist es jedoch ebenso möglich, Plasmen bei extrem tiefen Temperaturen zu erzeugen, indem lasergekühlte Atome photoionisiert werden. In diesen ultrakalten Plasmen (UKP) lassen sich aufgrund der niedrigen Temperaturen bereits deutliche Auswirkungen von Korrelationen beobachten, die zu gänzlich anderer Dynamik führen können als aus dem Bereich der heißen schwach gekoppelten Plasmen bekannt. Ähnliche Prozesse werden auch in dichten Plasmen beobachtet, in denen durch extrem kurzen Teilchenabstände die Wechselwirkungsenergie auch bei Temperaturen von über 10000 Kelvin die kinetische Energie dominiert. Dichte Plasmen spielen eine wichtige Rolle für technische Anwendungen wie die Trägheitsfusion. Im Gegensatz zu diesen dichten Plasmen realisieren UKP starke Korrelationen jedoch bei sehr viel geringen Dichten von ρ ∼ 10^9 cm^{−3} . Die daraus resultierende langsame Dynamik ist experimentell wesentlich besser zugänglich und macht diese System deshalb besonders interessant, um Korrelationseffekte in stark gekoppelten Plasmen zu studieren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Effekten von starken Korrelationen auf verschiedene Relaxationsprozesse, die insbesondere, aber nicht ausschließlich in UKP eine bedeutende Rolle spielen. Neben dem fundamentalen Interesse an diesen Prozessen gilt ein Augenmerk auch möglichen experimentellen Tests der getroffenen Vorhersagen. Da die Theorie der schwach gekoppelten Plasmen Korrelationen größtenteils vernachlässigt, ist sie im Regime der UKP nur eingeschränkt anwendbar. Zur Berücksichtigung der starken Korrelationen werden in dieser Arbeit umfangreiche molekulardynamischen Simulationen eingesetzt, die teilweise mit quantenmechanischen Beschreibungen kombiniert werden, um den in UKP relevanten atomphysikalischen Aspekten gerecht zu werden. Im Rahmen dieser Rechnungen wird zunächst die seit langem ungeklärte Frage der Atombildung bei tiefen Temperaturen beantwortet. Dieser Prozess ist für UKP besonders relevanten, da die Rekombination die Lebensdauer des Plasmas bestimmt. Die konventionelle Theorie für Rekombination basiert auf der Annahme von von isolierten Drei-Körper-Stößen. Die daraus resultierende Rate divergiert mit abnehmender Temperatur und verliert daher ihre Gültigkeit im ultrakalten Bereich. In dieser Arbeit wird die Beschreibung der Rekombination mit Hilfe aufwendiger Vielteilchen-Simulationen auf den stark gekoppelte Bereich ausgebaut. Hierbei zeigt sich, dass die Rekombinationsrate im Bereich tiefer Temperaturen auf einen konstanten Wert konvergiert, so dass das Problem der divergierenden Rate gelöst werden kann. Ein weiteres, seit langem kontrovers diskutiertes Problem, stellt die Relaxation aufgrund von elastischen Stößen in stark gekoppelten Plasmen dar. Auch hier gilt, dass die konventionelle Theorie für heiße Plasmen, die auf Landau und Spitzer zurückgeht, aufgrund der Vernachlässigung von Korrelationen im Regime starker Kopplung unzureichend wird. Bisher waren keine experimentellen Ergebnisse verfügbar, um die verschiedenen Vorschläge zur Erweiterung der Landau-Spitzer-Beschreibung auf den stark gekoppelten Bereich zu beurteilen. In enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. T. C. Killian (Rice University, Houston, USA) können im Rahmen dieser Arbeit nun erstmals Relaxationsraten in stark gekoppelten Plasmen gemessen werden. Dazu wird mittels eines Pump-Probe-Verfahren die Relaxation der ionischen Geschwindigkeitsverteilung in UKP beobachtet. In dieser Arbeit konnte eine Methode zur Interpretation der experimentellen Daten entwickelt und durch semiklassische Simulationen der Parameterbereich enorm erweitert werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Landau-Spitzer-Theorie bereits bei geringen Kopplungsstärken deutliche Defizite aufweist und liefern erstmalig Vorhersagen im stark gekoppelten Bereich. Bei der Untersuchung der ionischen Relaxation wird deutlich, dass insbesondere experimentelle Ergebnisse bei hohen Kopplungsstärken von Interesse sind. Derzeit sind typische UKP-Experimente jedoch auf mäßige Kopplungsstärken limitiert. Ursache hierfür ist, dass das Plasma in einem Zustand weit entfernt vom Gleichgewicht erzeugt wird. Bei der Relaxation ins Gleichgewicht kommt es zu einer Ausbildung von Korrelationen und damit zu einer Umwandlung von potentieller in kinetische Energie. In dieser Arbeit wird deshalb ein neues Plasmaherstellungsverfahren vorgeschlagen, das für die Ionen dieses „Korrrelationsheizen“ stark unterdrücken kann. Durch eine kollektive Anregung kalter Atome in Rydberg-Zustände werden vor der Photoionsation der Atome Korrelationen im atomaren Gas induziert. Es wird gezeigt, dass diese Korrelationen durch eine selektive Ionisation der Rydberg-Atome mit Hilfe von Mikrowellen an das Plasma weitergegeben werden können. Dadurch verringert sich das Korrelationsheizen und eröffnet neue Perspektiven für Untersuchungen ultrakalter Plasmen tief im stark gekoppelten Regime.

Typischerweise sind Plasmen extrem heiß - diese hohen Energien sind nötig, um die Ionisationsschwelle der Atome zu überwinden und damit einen stabilen Plasmazustand zu gewährleisten. Folglich werden die physikalischen Eigenschaften dieser Plasmen für gewöhnlich durch die thermischen Energie der Plasmateilchen bestimmt, während Korrelationen zwischen den Ladungen eine untergeordnete Rolle spielen. Durch die rasanten Fortschritte auf dem Gebiet der ultrakalten Gase ist es jedoch ebenso möglich, Plasmen bei extrem tiefen Temperaturen zu erzeugen, indem lasergekühlte Atome photoionisiert werden. In diesen ultrakalten Plasmen (UKP) lassen sich aufgrund der niedrigen Temperaturen bereits deutliche Auswirkungen von Korrelationen beobachten, die zu gänzlich anderer Dynamik führen können als aus dem Bereich der heißen schwach gekoppelten Plasmen bekannt. Ähnliche Prozesse werden auch in dichten Plasmen beobachtet, in denen durch extrem kurzen Teilchenabstände die Wechselwirkungsenergie auch bei Temperaturen von über 10000 Kelvin die kinetische Energie dominiert. Dichte Plasmen spielen eine wichtige Rolle für technische Anwendungen wie die Trägheitsfusion. Im Gegensatz zu diesen dichten Plasmen realisieren UKP starke Korrelationen jedoch bei sehr viel geringen Dichten von ρ ∼ 10^9 cm^{−3} . Die daraus resultierende langsame Dynamik ist experimentell wesentlich besser zugänglich und macht diese System deshalb besonders interessant, um Korrelationseffekte in stark gekoppelten Plasmen zu studieren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Effekten von starken Korrelationen auf verschiedene Relaxationsprozesse, die insbesondere, aber nicht ausschließlich in UKP eine bedeutende Rolle spielen. Neben dem fundamentalen Interesse an diesen Prozessen gilt ein Augenmerk auch möglichen experimentellen Tests der getroffenen Vorhersagen. Da die Theorie der schwach gekoppelten Plasmen Korrelationen größtenteils vernachlässigt, ist sie im Regime der UKP nur eingeschränkt anwendbar. Zur Berücksichtigung der starken Korrelationen werden in dieser Arbeit umfangreiche molekulardynamischen Simulationen eingesetzt, die teilweise mit quantenmechanischen Beschreibungen kombiniert werden, um den in UKP relevanten atomphysikalischen Aspekten gerecht zu werden. Im Rahmen dieser Rechnungen wird zunächst die seit langem ungeklärte Frage der Atombildung bei tiefen Temperaturen beantwortet. Dieser Prozess ist für UKP besonders relevanten, da die Rekombination die Lebensdauer des Plasmas bestimmt. Die konventionelle Theorie für Rekombination basiert auf der Annahme von von isolierten Drei-Körper-Stößen. Die daraus resultierende Rate divergiert mit abnehmender Temperatur und verliert daher ihre Gültigkeit im ultrakalten Bereich. In dieser Arbeit wird die Beschreibung der Rekombination mit Hilfe aufwendiger Vielteilchen-Simulationen auf den stark gekoppelte Bereich ausgebaut. Hierbei zeigt sich, dass die Rekombinationsrate im Bereich tiefer Temperaturen auf einen konstanten Wert konvergiert, so dass das Problem der divergierenden Rate gelöst werden kann. Ein weiteres, seit langem kontrovers diskutiertes Problem, stellt die Relaxation aufgrund von elastischen Stößen in stark gekoppelten Plasmen dar. Auch hier gilt, dass die konventionelle Theorie für heiße Plasmen, die auf Landau und Spitzer zurückgeht, aufgrund der Vernachlässigung von Korrelationen im Regime starker Kopplung unzureichend wird. Bisher waren keine experimentellen Ergebnisse verfügbar, um die verschiedenen Vorschläge zur Erweiterung der Landau-Spitzer-Beschreibung auf den stark gekoppelten Bereich zu beurteilen. In enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. T. C. Killian (Rice University, Houston, USA) können im Rahmen dieser Arbeit nun erstmals Relaxationsraten in stark gekoppelten Plasmen gemessen werden. Dazu wird mittels eines Pump-Probe-Verfahren die Relaxation der ionischen Geschwindigkeitsverteilung in UKP beobachtet. In dieser Arbeit konnte eine Methode zur Interpretation der experimentellen Daten entwickelt und durch semiklassische Simulationen der Parameterbereich enorm erweitert werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Landau-Spitzer-Theorie bereits bei geringen Kopplungsstärken deutliche Defizite aufweist und liefern erstmalig Vorhersagen im stark gekoppelten Bereich. Bei der Untersuchung der ionischen Relaxation wird deutlich, dass insbesondere experimentelle Ergebnisse bei hohen Kopplungsstärken von Interesse sind. Derzeit sind typische UKP-Experimente jedoch auf mäßige Kopplungsstärken limitiert. Ursache hierfür ist, dass das Plasma in einem Zustand weit entfernt vom Gleichgewicht erzeugt wird. Bei der Relaxation ins Gleichgewicht kommt es zu einer Ausbildung von Korrelationen und damit zu einer Umwandlung von potentieller in kinetische Energie. In dieser Arbeit wird deshalb ein neues Plasmaherstellungsverfahren vorgeschlagen, das für die Ionen dieses „Korrrelationsheizen“ stark unterdrücken kann. Durch eine kollektive Anregung kalter Atome in Rydberg-Zustände werden vor der Photoionsation der Atome Korrelationen im atomaren Gas induziert. Es wird gezeigt, dass diese Korrelationen durch eine selektive Ionisation der Rydberg-Atome mit Hilfe von Mikrowellen an das Plasma weitergegeben werden können. Dadurch verringert sich das Korrelationsheizen und eröffnet neue Perspektiven für Untersuchungen ultrakalter Plasmen tief im stark gekoppelten Regime.