Durch die Entwicklung eines neuartigen Bodenradarsystems und dessen Integration in eine Mobile Mapping-Lösung hat LEHMANN+PARTNER ein neues Sensorsystem entwickelt, das die Aussagekraft für die Straßenzustandserfassung steigert.
Risse im Straßenaufbau sind ein Zeichen von Schäden, die meist aus dem Straßenunterbau entstehen. Für eine genaue Bewertung und Interpretation reicht eine oberflächenorientierte Analyse meist nicht aus. Nun hat das Unternehmen LEHMANN + PARTNER GmbH, Spezialist für Mobile-Mapping-Systeme zur Straßenbefahrung, ein innovatives Verfahren zur Integration eines Bodenradars entwickelt, dass den systematischen Blick in den Untergrund von Verkehrswegen ermöglicht.
Messfahrzeug zur Aufnahme der Straßenoberflächen und des straßennahmen Umfelds auf Grundlage von Kameras und Lasersensoren. Für die Aufnahme des Straßenuntergrunds dienen Radarantennen am Heck des Fahrzeugs (rot).
LEHMANN + PARTNER GmbH verfügt über langjährige Erfahrung, um mit hochauflösender Kamera- und Lasertechnik mit ihren Mobile Mapping Systemen alle relevanten Oberflächenschäden aufzunehmen. „Selbst kleinste Risse mit einer Öffnungsweite von weniger als einem Millimeter können bei Messgeschwindigkeiten von bis zu 80 km/h zuverlässig erfasst werden“, sagt Mitarbeiter Ronny Stricker.
Innovationen aus dem Forschungsprojekt PoRaKiS
Die LEHMANN + PARTNER GmbH entwickelt im Rahmen des Forschungsprojekts PoRaKiS ein Bodenradar, um die zerstörungsfreie Aufnahme des Fahrbahnaufbaus zu ermöglichen und so potentielle Schadstellen im Untergrund für die Zustandserfassung und Bewertung zu nutzen.
PoRaKiS steht für „Polarimetrische Ultrabreitband-Radarsensorik für die intelligente Sensorfusion in der Straßenzustandserfassung“. Das Projekt wird durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie (REACT-EU) finanziert.
Bei dem Projekt wird ein innovatives Verfahren auf Grundlage der voll-polarimetrischen Ultrabreitband-Radarsensorik entwickelt. Als assoziierte Partner sind das Fachgebiet Elektronische Messtechnik und Signalverarbeitung der Technischen Universität Ilmenau und das Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP beteiligt.
Einer der Schlüssel des Verfahrens ist die Polarmetrie, also eine Messung von Radarreflektionen über alle Dimensionen. Aktuell verfügbare Sensorsysteme zur Straßenzustandsanalyse, die ein Bodenradar integriert haben, beschränken sich in der Regel auf eine einzige Polarisation der von dem Radar ausgesendeten elektromagnetischen Welle. „Da auf diese Weise keine zuverlässige Aussage über die Ausrichtung von Schäden getroffen werden kann, sind diese Systeme in ihrer Aussagekraft stark beschränkt“, so Stricker. Darüber hinaus können Objekte, die nicht in der Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle liegen, teilweise übersehen werden.
Durch die von der LEHMANN + PARTNER GmbH und der TU Ilmenau angewendete voll-polarimetrische Messung, bei der das Radar gleichzeitig horizontal und vertikal polarisierte Wellen nutzen kann, können Aussagen über die Ausrichtung der detektierten Objekte/Risse/Anomalien getroffen werden. „So kann die Robustheit des Gesamtsystems deutlich gesteigert werden“, sagt Stricker.
Hohe Bandbreite des Bodenradars
Das neue Bodenradar nutzt eine hohe Bandbreite von 6 GHz (Bandbreite abhängig von Tiefe) und ermöglicht sowohl eine hohe Auflösung in den oberen Straßenschichten als auch eine große Durchdringungstiefe. Dadurch ist es möglich, dass bereits sehr kleine Anomalien in den oberen, gebundenen Straßenschichten erkannt werden können. Gleichzeitig können mit dem neuen Bodenradar auch tiefere Schichten in Bezug auf ihre Mächtigkeit oder im Rahmen der Leitungs- und Rohrsuche analysiert werden können.
„Insgesamt führt das zu einer deutlich verbesserten Ortsauflösung und Lagebestimmung potenzieller Schadstellen, was gerade für die Charakterisierung von entstehenden und sich verändernden Rissen im Straßenaufbau enorme Vorteile verspricht“, so Stricker. Es liefert Erkenntnisse zu dimensionierungstechnischen und zur strukturellen Substanz von Straßen.
Nutzen von KI
Zu den Neuerungen von LEHMANN + Partner gehört auch die Künstliche-Intelligenz-Lösung DeepDTX. Sie dient der Detektion und Klassifikation von Oberflächenschäden in den aufgezeichneten Sensordaten. Sie ermöglicht es, dass die Befahrungsdaten auch flächendeckend und effizient durchgeführt werden können“, so Stricker. Der KI-Ansatz von DeepDTX ermögliche es, Auswertung der Ergebnisse zu automatisieren. Dadurch soll der Einsatz der Bodenradartechniken für die Dickenbestimmung im Rahmen der netzweiten Zustandserfassung durch gleichzeitigen Einsatz auch kosteneffizienter abbildbar sein, da eine ingenieurstechnische Interpretation der erfassten Daten durch die Automatisierung im Wesentlichen unterstützt wird.
Durch Integration der voll-polarimetrischen Ultrabreitband-Radarsensorik in das schnellfahrende Mobile Mapping System der LEHMANN + PARTNER GmbH können nunmehr neben automatisch erkannten Oberflächenschäden auch automatisch Informationen zum Straßenaufbau ermittelt werden. „Dies ermöglicht die flächendeckende Detektion von bisher nicht ermittelbaren Schadensbildern und bietet automatisch wesentliche und abgesicherte Erkenntnisse zur strukturellen Substanzbewertung im Straßenraum“, so Stricker.