Das Zusammenspiel von Feuchtigkeit, Frost und Verschleiß hinterlässt in den Asphaltdecken von Straßen zahlreiche Schlaglöcher. Ingenieure vom Fraunhofer-Institut haben jetzt ein Laser-Verfahren entwickelt, mit dem sich während der Fahrt Unebenheiten erfassen lassen.
Straßenschäden verursachen jedes Jahr wirtschaftliche Schäden in einer Höhe von mehreren Milliarden Euro. Dazu gehören die Aufwendungen von Bund, Länder, Städten und Kommunen für die Sanierung ebenso wie Defekte an Fahrwerken. Das Budget zur Instandhaltung des Straßennetzes soll bis zum Jahr 2016 auf bis zu 3,5 Milliarden Euro steigen. Viele Schlaglöcher kündigen sich lange vorher durch minimale Absenkungen im Asphalt an. Solche Unebenheiten auf der Straßenoberfläche frühestmöglich zu erkennen ist Ziel eines Laser-Verfahrens, das jetzt Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg entwickelt haben.
Straßen-Scann bei Tempo 100
Konventionelle Messverfahren erfordern mit Kamerasystemen ausgerüstete Fahrzeuge, die die jeweiligen Straßen langsam abfahren müssen. Aufwendig ist das Ganze vor allem bei mehrspurigen Autobahnen, da entsprechend breite Anbauten notwendig sind. Hingegen sitzt die Messeinrichtung der Freiburger Fraunhofer-Mitarbeiter in einem nur Schuhschachtel-großen Kasten, der auf dem Dach eines Kommunalfahrzeugs montiert ist. Das System, der Pavement Profile Scanner (PPS) erfasst eine Straßenbreite von vier Meter. Für die Bestimmung der Position des PPS-Fahrzeugs sorgt das Satellitennavigationssystem GNSS. Der Laserscanner arbeitet unabhängig von Lichteinflüssen, während der Datenerhebung kann das damit ausgerüstete Fahrzeug mit bis zu 100 Kilometer in der Stunde fahren.
Laserablenkung mit achtseitigem Spiegel
Das neue Abtastverfahren basiert auf einem speziellen Scanner und einem rotierenden achtseitigen Spiegelkörper, der einen Laserstrahl quer zur Fahrtrichtung wirft. Die Straßenoberfläche reflektiert den Laserstrahl und lenkt ihn zurück auf eine Detektoreinheit im Scanner. Abweichungen der Ebenheit auf der Straßenbahnoberfläche errechnet das System aus der Laufzeit des Lasers zum Scanner. Unebenheiten lassen sich so laut Alexander Reiterer, Leiter der Forschungsgruppe Laser Scanning am Freiburger Fraunhofer-Institut, bis zu einer Genauigkeit von 0,15 bis 0,3 Millimeter erfassen.
Schäden frühzeitig erkennen
Sollte sich das System bewähren, wäre es bei der Straßeninstandhaltung von enormer Bedeutung. Allein das deutsche Straßennetz mit allen Autobahnen, Bundes-, Landes-, Kreis- und Gemeindestraßen misst 644.480 Kilometer, das entspricht fast der Entfernung zum Mond und wieder zurück. Eine frühzeitige Erkennung von Straßenschäden wie beispielsweise Spurrinnen könnten Schäden vermeiden, bevor tiefere Schichten betroffen sind.
Kleine Risse in der Straßenoberfläche
Die Messgenauigkeit ihres Laserscanners wollen die Ingenieure am Fraunhofer-Institut noch weiter steigern. Der aktuelle Prototyp arbeitet mit einer Frequenz von einem Megahertz, also mit zwei Millionen Messungen pro Sekunde. In einem neuen Prototyp ist die Frequenz auf zwei Megahertz erhöht. Damit lassen sich nicht nur Unebenheiten erkennen sondern auch kleinste Risse in der Straßenoberfläche. Bisher sind dazu noch Kameras notwendig.
