Vorstellung eines neuen Messfahrzeuges für die Stadt Essen. V.r.n.l.: Dr. Frank Knospe, Fachbereichsleiter Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster, Oberbürgermeister Thomas Kufen und Beigeordneter Hans-Jürgen Best. Vorstellung eines neuen Messfahrzeuges für die Stadt Essen. V.r.n.l.: Dr. Frank Knospe, Fachbereichsleiter Amt für Geoinformation, Vermessung und Kataster, Oberbürgermeister Thomas Kufen und Beigeordneter Hans-Jürgen Best. Foto: Peter Prengel

Als erste Großstadt Deutschlands verfügt Essen über ein solches Messfahrzeug. Als erste Großstadt Deutschlands verfügt Essen über ein solches Messfahrzeug. Foto: Peter Prengel

Für die Vermessung der Stadt: Essen punktet mit neuem Messfahrzeug

15.05.2017

Als erste Großstadt Deutschlands führt die Stadt Essen jetzt ein "Multi-Sensor"- Messfahrzeug zur Erfassung von Straßen ein. Das Fahrzeug ist ausgestattet mit Messkameras, zwei Laserscannern sowie vier Bodenradarantennen. Die Informationen aus den Vermessungen benötigt unter anderem das Amt für Straßen und Verkehr auch, da es in Essen nicht nur 1.552 Kilometer Straßen zu betreuen gilt, sondern auch beispielsweise 49.000 Laternen, 60.000 Senkkästen und 62.000 Straßenbäume.

Lebensadern als Daueraufgabe

Die kommunale Straßeninfrastruktur ist Essens Lebensader. Sie hat einen Wert von 358 Millionen Euro (Straßenkörper) und damit einen erheblichen Anteil am Anlagevermögen der Stadt. Umso wichtiger sind Erhalt und Investitionen in die Infrastruktur. Auch vor diesem Hintergrund stellte der Rat der Stadt Essen im Jahr 2016 Fragen an die Verwaltung: Wie können die Grundlagen zur Planung von Sanierungs- und Neubaumaßnahmen verbessert und letztendlich Kosten optimiert oder gesenkt werden? Wie kann dies mit einem vertretbaren Aufwand und ohne kilometerlange Staus geschehen?

Die bautechnisch wirtschaftlichste Lösung für Sanierungs-, Erhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen beinhaltet im Allgemeinen eine gezielte Nutzung des vorhandenen Altbestandes (gebundene und ungebundene Schichten). Grundvoraussetzung ist jedoch eine möglichst genaue und lückenlose Kenntnis des "Bauwerks Straße".

Den Untergrund durchleuchten

Das nun von der Stadt Essen eingesetzte Georadarverfahren in Kombination mit Laserscanning und Kameratechnik setzt genau an diesem Punkt an. Georadar ist ein mobiles, zerstörungsfreies Messverfahren und basiert auf Aussendung und Empfang elektromagnetischer Strahlen. Beim Befahren der Straßen wird die vorhandene Fahrbahn bis in eine Tiefe von etwa einem Meter unter Geländeoberkante mit Radarantennen gemessen. Die Unterschiede in der Rückstrahlungsdauer stellen sich als "Streifenmuster" im Radarbild dar. Dabei erlaubt das eingesetzte Georadarmessystem Messgeschwindigkeiten von bis zu 80 Stundenkilometer, weshalb es ohne weitere Sicherungsmaßnahmen im fließenden Verkehr eingesetzt werden kann. Gleichzeitig wird dabei eine Fahrbahnbreite von bis zu drei Metern abgetastet. Mit der Technologie können viele Kilometer an einem Tag vermessen werden. Im Anschluss an die Aufzeichnung der Daten müssen diese ausgewertet werden. Hierbei dienen Bohrkerne der Analyse von Materialeigenschaften. Im Gegensatz zur heutigen Vorgehensweise, lassen sich diese aber im Radarbild gezielt an wenigen, "typischen" oder "auffälligen" Stellen platzieren. Im Computer entsteht aus Radargramm und Bohrkernansprache eine quasi lückenlose und flächendeckende Berechnung des Straßenuntergrundes – vergleichbar mit den Bildern einer 3D-Computertomographie. Gezielt lassen sich Aussagen über Schichtdicken, Schichtverteilungen und Schichtanordnungen treffen. Darüber hinaus werden eventuell auftretende Irregularitäten in Form von Störungen und Hohlräumen detektiert. Im Ergebnis liegt eine umfassende Basis für Grundsatzbeurteilungen und Kostenprognosen zur Sanierung des Straßenuntergrundes vor.

Mobile Vermessung 4.0

Doch damit nicht genug: In der Vermessungsbranche haben sich mobile Datenerfassungssysteme im Bereich von Verkehrswegen etabliert. Bestückt sind sie mit Laserscannern in Kombination mit kalibrierten Kameras. Charakteristisch ist auch hier das schnelle Messen im fließenden Verkehr. Ein weiterer Wert der erzeugten 3D-Daten ist deren gewaltige Informationstiefe: Sie bildet die erfassten Objekte nicht nur in einer hohen Genauigkeit ab, sondern liefert systematisch Informationen von allen Gegenständen im gesamten Straßenraum – Laternen, Straßenschilder, Fahrbahnmarkierungen, Straßenbäume, Oberleitungen von Straßenbahnen und vieles mehr. Im Ergebnis liegen ganzheitlich Daten in Bildern und Messpunkten vor. Das System kann 1.100.000 Messpunkte in der Sekunde produzieren: In Fahrzeug-nähe erreicht man bei Geschwindigkeiten von 50 Stundenkilometern schnell eine Punktdichte von mehr als 1.500 Punkten pro Quadratmeter. Bislang hat die Stadt Essen dies in zwei Pilotprojekten (Ortsdurchfahrt Werden und Ausbau Frankenstraße) in Kooperation mit der Firma Trimble eindrucksvoll bewiesen. Doch insbesondere mit der kombinierten Vermessung des Untergrundes mittels Georadar hat die Stadt Essen den Grundstein für eine umfassende Datenbasis zum "Bauwerk Straße" gelegt. Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Straßenoberfläche und des Untergrundes lassen sich so herstellen – Ursache und Wirkung können durch den Fachmann erkannt werden. Der Einsatz des Multi-Sensorik Messfahrzeugs wird im Dreiklang "Umfassende Grundlagen für Ausschreibungsunterlagen", "Abnahme von Baumaßnahmen" und "Prüfen möglicher Gewährleistungsansprüche" zu einer Kosteneffizienz und zur Minderung von Nachträgen führen.

Von der Messung direkt auf den Tisch

Um in dieser üppigen Geodatenwelt jetzt wichtige von weniger wichtigen Daten unterscheiden zu können, bedarf es einer tragfähigen Visualisierung und Analytik, die automatisch filtert und strukturiert. Die Bereitstellung der in einer zentralen Vermessungsdatenbank vorgehaltenen Informationen erfolgt über eine interaktive Web-Anwendung. Dies geschieht einfach und intuitiv auf Standardrechnern mittels Webbrowser. Darüber hinaus kann zusätzlich auf sogenannte Mobile-Mapping-Daten direkt zugegriffen und diese mit den vorhandenen GDI-Informationen überlagert und ausgewertet werden. Themen wie Straßenzustand, Rauigkeit, Schlaglöcher, Neigung, Spurrillen, Durchfahrtshöhen und Lichtraumprofile kommen damit aus der Messung zeitnah in den Arbeitsprozess.

Ergebnisse überzeugen

Bei der Stadt Essen wird derzeit im Innen- und Außendienst der Vermessung auf die mobile Erfassung umgestellt. Die eingesetzten Technologien kommen aus verwandten Anwendungsbereichen (Photogrammmetrie und 3D-Rekonstruktion), die in Essen langjährig in der Anwendung sind. Vor diesem Hintergrund werden sich die Vorteile der neuen Messtechnik kurzfristig einstellen:

  • fahrzeuggestützte Georadarmessung mit zeitgleicher Bild- und Laserscan-Befahrung beschreiben das "Bauwerk Straße" ganzheitlich
  • größere Sicherheit für den Messtrupp und andere Verkehrsteilnehmerinnen und Teilnehmer
  • Messung ohne Behinderung des Verkehrsflusses
  • hochauflösende Untersuchung der Straßeninfrastruktur
  • zerstörungsfreie Erfassung und genaue Angabe der Mächtigkeit und Mengengerüste von Asphaltdeckschicht, Binderschicht, Asphalttragschicht und der ungebundenen Tragschicht in Lage und Tiefe
  • in Verbindung mit gezielten Bohrkernsondierungen sind qualitative Aussagen zum Untergrund möglich
  • fundierte Zustandsinformationen als Grundlage für wirtschaftliche Erhaltungsentscheidungen und damit verlässliche (digitale) Grundlagen für Ausschreibungsunterlagen
  • Möglichkeit zur Bauabnahme von sanierten Straßenbereichen zur Überprüfung der vorgegebenen Standards sowie Überwachung von Mängeln und deren Beseitigung im Rahmen der entsprechenden Verjährungsfristen
  • Vielfachnutzen, nicht nur für die Straßenbauverwaltung

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