Aktuelles Verkehrswegebau – Tiefbau

Fraunhofer IPM: Straßenoberflächen-Scanner für neues Erfassungssystem

Der Pavement-Profile-Scanner PPS-Plus von Fraunhofer IPM ist Teil des neuen Messfahrzeugs MESAS der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt). Das Forschungsfahrzeug erfasst den Zustand von Straßenoberflächen und die Substanz des Asphaltoberbaus und liefert somit die Grundlage für eine optimale Erhaltungsplanung. Mehr als 11 000 km des Bundesfernstraßennetzes hat MESAS im Rahmen von Tests bereits erfolgreich vermessen. Kürzlich startete der Regelbetrieb.

Für das »multifunktionale Erfassungssystem zur Substanzbewertung und zum Aufbau von Straßen« (MESAS) wurde Messtechnik auf einem einachsigen Sattelauflieger installiert. Neben PPS-Plus misst ein laserbasiertes Traffic-Speed-Deflectometer (TSD) kurzfristige reversible Verformungen der Straßenoberfläche, ein Georadar erfasst Schichtdicken und Inhomogenität des Straßenoberbaus, Umfeldkameras liefern Bilder unter anderem für die Interpretation der Georadarmessungen. Alle Messsysteme sind zeitlich synchronisiert und werden mithilfe eines GNSS-Systems georeferenziert. »MESAS ist ein weltweit innovatives Messsystem. Wir haben hier ein wirklich mächtiges Tool zur Verfügung, mit dem wir einen innovativen und deutlichen Beitrag zur Weiterentwicklung der Erhaltungsplanung liefern können«, betont Dr. Dirk Jansen, Referatsleiter bei der BASt.

Ebenheitsmessung

Der von Fraunhofer IPM entwickelte PPS-Plus erfasst als Teil von MESAS die Querebenheit der Straßenoberfläche mit hoher Präzision. Das Basissystem PPS ist als einziges laserbasiertes Messsystem von der BASt für die Querebenheitsmessung von Straßenoberflächen zugelassen und gilt laut Anbieterangaben als weltweit führend bezüglich Präzision und Auflösung. Der schuhkartongroße Scanner ist auf Messfahrzeugen montiert und tastet die Straßenoberfläche mit einem augensicheren Laserstrahl auf einer Breite von etwa 4 m ab. Der Abstand zur Fahrbahn wird per Phasenlaufzeitverfahren submillimetergenau bestimmt.

Der Laser scannt die Oberfläche per rotierendem Polygonspiegel quer zur Vorwärtsbewegung und erzeugt dabei 800 Profile pro Sekunde. Jedes besteht aus bis zu 900 Messpunkten, je nach gewählter Messfrequenz. So erzeugt der PPS ein detailliertes 3D-Höhenprofil des Fahrbahnbelags. Bei Geschwindigkeiten von 80 km/h beträgt der Messpunktabstand in Längsrichtung circa 28 mm, in Querrichtung sind es 4,5 mm.


Intensitätslaser ersetzt Kameras

Der im MESAS-Fahrzeug integrierte Scanner PPS-Plus liefert neben den geometrischen 3D-Informationen zusätzlich fotorealistische Grauwertbilder der Fahrbahnoberfläche, auf denen selbst millimeterfeine Strukturen erkennbar sind. Um solche Bilder zu erzeugen, waren bisher zusätzliche Kameras notwendig. Fraunhofer IPM hat den Laserscanner dazu mit einem separaten Intensitätslaser ausgerüstet, bei dem Wellenlänge, Messfrequenz und Fokusgröße optimal für die Messung der Intensität des rückgestreuten Lichts gewählt sind. »Unser patentierter Ansatz, die Kameras durch einen Intensitätslaser zu ersetzen, bringt gleich mehrere Vorteile gegenüber der klassischen Kameratechnik mit sich«, betont Prof. Dr. Alexander Reiterer vom Fraunhofer IPM. Kameras benötigen eine starke zusätzliche Beleuchtung, um eine durchgängige Bildqualität zu erreichen. Für Intensitätsmessungen hingegen stellt die hohe farbliche Dynamik der Straße – von dunklem Asphalt bis zur hellen Fahrbahnmarkierung – kein Problem dar. Im Gegensatz zur Kameratechnik erlaubt der integrierte Distanz- und Intensitätsscanner im PPS-Plus einen kompakten optischen Aufbau und ein flexibles Systemdesign zur Installation auf mobilen Plattformen.

Das Zusammenfügen einzelner Kamerabilder und die aufwendige nachträgliche Fusion von Scanner- und Kameradaten entfällt ebenso. Beim PPS-Plus werden Abstands- und Intensitätslaser über einen Scanspiegel abgelenkt, sodass Geometrie- und Bilddaten grundsätzlich exakt übereinanderliegen. Die räumliche Merkmalszuordnung ist somit systemimmanent.    t

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