Finnischer Benchmark
Das RIEGL VMX-2HA Mobile Mapping System und die damit generierten Punktwolken zeigen, dass der Einsatz im Bereich Straßenbelagsanalyse nicht nur sehr präzise Messergebnisse liefert, sondern auch eine effiziente Datenerfassung und Auswertung ermöglicht.
Für die Erfassung des Straßenzustands wurden in der Vergangenheit meist verschiedene Sensoren eingesetzt. Eine Punktwolke alleine mit einem Laserscanner zu erzeugen, der zudem nicht nur die Straßenoberfläche, sondern den gesamten Straßenraum erfasst, wurde nun im Finnland getestet. Dort werden jährlich etwa 40.000 km des öffentlichen Straßennetzes vermessen, um ihren Zustand in Hinblick auf notwendige Reparaturen beziehungsweise eine Erneuerung des Straßen-belags zu beurteilen. Großteils werden diese Arbeiten mit speziellen Messfahrzeugen durchgeführt, die für diese Aufgaben in den letzten 30 bis 40 Jahren eigens entwickelt wurden.
Nun testete man den Einsatz von Mobile Laser Scanning (MLS). Der finnische Laserscanning-Spezialist Nordic Geo Center Oy, der auf die Ultimate LiDAR Technologie des österreichischen Herstellers RIEGL setzt, führt seit 2015 gemeinsam mit der finnischen Verkehrsinfrastrukturbehörde Tests durch, um herauszufinden, ob mit hochpräziser, IMU-basierter, mobiler Laserabtastung Straßenparameter für die Belagsanalyse auftragskonform erzeugt werden können, wie sie auch mit den bisher anerkannten Methoden bereitgestellt werden. MLS bietet nämlich zu den herkömmlichen Verfahren einige Vorteile, wie eine höhere Positionsgenauigkeit der Ergebnisse und weitaus bessere Informationen über die Straßengeometrie, insbesondere bei den problematischen Längswerten.
Die letzten Tests in dieser Reihe wurden – auf Ersuchen der finnischen Verkehrsinfrastrukturbehörde – im Herbst 2019 in Schweden durchgeführt. Das schwedische nationale Straßen- und Verkehrsforschungsinstitut (VTI) kam zum Schluss, dass die Ergebnisse innerhalb der Akzeptanzgrenzen liegen.
Hintergrund-Infos
Was aber bewegt einen MLS Anbieter wie Nordic Geo Center zur Zusammenarbeit mit dem VTI und zur Teilnahme an den entsprechenden Tests? Die Schlüsselperson in diesem Projekt ist Dipl.-Ing. (Geodätische Vermessung) Tauno Suominen, der mehrere Jahrzehnte lang für die Finnische Nationale Straßenverwaltung (heute Finnische Verkehrsinfrastrukturbehörde) gearbeitet hat. Grundsätzlich konzentriert sich die durchgeführte Straßenbelagsanalyse auf feine Details der Fahrbahndecke. Suominen kam zum Schluss, dass aber auch die genaue geometrische Analyse der Straße selbst wichtig ist. Nur so könne beurteilt werden, ob eine Straße den Sicherheitsstandards und ihrem ursprünglichen Einsatzzweck entspricht. Die traditionell für die Fahrbahnanalyse eingesetzten Messfahrzeuge sind für diese Aufgabe aber nicht ausgelegt.
Wie Abbildung 1 zeigt, enthält die nationale finnische Datenbank Digiroad immer noch grobe Fehler wie diesen plötzlichen Sprung von mehreren Metern in der Mittellinie der Straße. Die RIEGL VMX-Technologie mit hochgenauer IMU hingegen liefert exakte Grunddaten, die die Analyse der Breiten- und Längsgeometrie für die Bewertung von Fahrbahnunebenheiten sowie die genaue Positionierung von Fahrbahnmarkierungen ermöglichen. Die durchgeführten Tests haben aber auch bewiesen, dass die traditionell geforderten Straßenbelagsparameter, zum Beispiel Rauigkeit (IRI) und Spurrinnentiefen, in einer Qualität geliefert werden, die denen der bisher eingesetzten Technologie in nichts nachstehen. Hervorgehoben werden sollte auch, dass die Informationen über Rauheit und Spurrinnentiefe eine Genauigkeit im Sub-Millimeter-Bereich erreichen können. Die aufgenommenen Scandaten gestatten es, die Straßenoberfläche so zu modellieren, dass die wahre Form der Spurrinnen viel besser erkennbar ist als es bei einer Technologie, die nur detaillierte Längsprofile des Lasers im 10-cm-Abstand liefert, möglich ist.
Die hohe Qualität der Scandaten und eine voll integrierte IMU sind die Basis für hochgenaue Ergebnisse unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der Position des Messfahrzeugs auf der Straße. So kann das Vermessungsfahrzeug flexibel am Straßenverkehr teilnehmen, außerdem muss es nicht der Mittellinie möglichst exakt folgen, um konsistente Daten erfassen zu können.
Der Maßstab: VTI-Test
Die VTI-Tests für Finnland im Herbst 2019 bestanden aus zwei Teilen: Fünf 1,2 km langen Straßenabschnitten, die fünfzehnmal (5-mal / 3 verschiedene Geschwindigkeiten) gemessen werden mussten, um die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit des Systems zu überprüfen, und zwei ca. 120 km langen Straßenschleifen, die jeweils zweimal befahren wurden. Die erforderlichen Straßenparameter waren unter anderen IRI (Rauigkeit, links und rechts), Spurrinnentiefe (links, rechts und max.), Querneigung, Fahrbahnunebenheiten, Megatextur rechts und Position. Alle diese Werte mit Ausnahme der Textur können direkt aus den Laserdaten des RIEGL VMX-2HA verarbeitet werden. Nordic Geo Center hat die damit gewonnenen Querprofildaten mit jenen, die vom VTI Referenz-Vermessungsfahrzeug aufgenommen worden waren, verglichen. Dieses verwendet sieben Gocator 2375-Profilometer, um das Profil alle 10 cm (in Längsrichtung) und alle 0,1 mm (seitlich) zu erfassen. Die vom VMX-2HA erzeugten Querprofile lagen innerhalb der geforderten Grenzen.
Wie effizient Mobile Laser Scanning im Vergleich zu den traditionellen Methoden ist, wird deutlich, wenn man die Unterschiede in der benötigten Zeit für die Datenaufnahme betrachtet. „Wir haben in nur 2 Tagen über 600 km Teststraßen abgescannt“, streicht Hannu Heinonen, Geodätischer Manager bei Nordic Geo Center, die Leistungsfähigkeit des Systems heraus, „Generell sind für die Testfahrten mehrere Wochen veranschlagt.“Im Allgemeinen waren die VTI-Testabschnitte durch ausreichende GNSS-Abdeckung nicht allzu anspruchsvoll und daher eigentlich nicht typisch für finnische Anforderungen, wo dichte Wälder den GNSS-Empfang teilweise extrem blockieren. Erst wenn der GNSS-Empfang lückenhaft wird, zeige sich, so Nordic Geo Center, ob System und Betreiber wirklich gut arbeiten. Gängige Praxis ist dann das Einbeziehen von hochgenau vermessenen Kontrollpunkten. Die RIEGL MLS Systeme bieten aber, so der Hersteller, nicht nur die hochtechnologische Hardware, sondern auch ausgereifte Post-Prozessierungssoftware, um GNSS und IMU robust zu koppeln sowie ausgefeilte Ausgleichsmethoden der Punktwolke bei Mehrfachbefahrung der Strecke zu ermöglichen und damit auch in Gebieten mit schlechten GNSS Bedingungen exzellente Daten zu erfassen. (sg)