Scanner von Fraunhofer

Ein Straßen-Scanner von Fraunhofer IPM, eingesetzt von der Bundesanstalt für Straßenwesen BASt, erfasst den Zustand von Straßenoberflächen und liefert die Grundlage für eine optimale Erhaltungsplanung.

Der Pavement Profile Scanner PPS-Plus von Fraunhofer IPM ist Teil des neuesten 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 Kilometer des Bundesfernstraßennetzes hat MESAS im Rahmen von Tests bereits erfolgreich vermessen. Nun startet der Regelbetrieb.

Neben dem 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.

Ebenheitsmessung: mm-Präzision bei 80 km/h

Der von Fraunhofer IPM entwickelte Pavement Profile Scanner 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 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 vier Metern ab. Der Abstand zur Fahrbahn wird per Phasenlaufzeitverfahren submillimetergenau bestimmt.

Der Laser scannt die Oberfläche mithilfe eines rotierenden Polygonspiegels quer zur Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs und erzeugt dabei 800 Profile pro Sekunde. Jedes Profil besteht aus bis zu 900 Messpunkten, je nach gewählter Messfrequenz. So erzeugt der PPS ein detailliertes 3D-Höhenprofil des Fahrbahnbelags. Bei Fahrgeschwindigkeiten von 80 km/h beträgt der Messpunktabstand in Längsrichtung zirka 28 Millimeter, in Querrichtung sind es 4,5 Millimeter.

Intensitätslaser ersetzt Kameras für die Erfassung von Strukturmerkmalen

Die im MESAS-Fahrzeug integrierte Scanner-Variante PPS-Plus liefert 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.

Während der Distanzlaser mit einer Messfrequenz von 1 MHz ausreichend schnell misst, arbeitet der Intensitätslaser bei einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h mit einer Pixelmessfrequenz von zirka 4 MHz. Daraus ergibt sich eine Ortsauflösung von zirka 1mm über die Scanbreite von 4 Metern. Um auch in Fahrtrichtung eine höhere Punktdichte zu erreichen, wird der zweite Laserstrahl in Fahrtrichtung zusätzlich aufgefächert und mit 16 Detektoren gleichzeitig erfasst.

Im Gegensatz zur sperrigen Kameratechnik erlaubt der integrierte Distanz- und Intensitätsscanner im PPS-Plus einen kompakten optischen Aufbau und ein flexibles Systemdesign zur Installation auf verschiedenen mobilen Plattformen. Ein weiteres Plus: Das Zusammenfügen der einzelnen Kamerabilder und die aufwändige nachträgliche Fusion von Scanner- und Kameradaten entfällt. Beim PPS-Plus werden Abstands- und Intensitätslaser über einen einzigen Scan-Spiegel abgelenkt, sodass Geometrie- und Bilddaten grundsätzlich exakt übereinanderliegen. Die räumliche Merkmalszuordnung ist somit systemimmanent.

Fraunhofer-Institut für Phys. Messtechnik IPM

www.ipm.fraunhofer.de

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