Lasermesstechnik Laser scannt die Qualität der Straßenoberfläche

Straßen gelten als die Lebensadern moderner Industrienationen. Doch ihr Zustand muss ständig kontrolliert werden. Laser-Messtechnik soll helfen, die Qualität der Straßen zu bestimmen. Dabei kann der Messwagen bis zu 100 km/h schnell sein.

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Straßen zu unterhalten ist teuer. Doch wie lassen sich der aktuelle Zustand und der Wert einer Straße ermitteln? Dabei spielt die Qualität der Oberfläche eine wichtige Rolle. Denn je ebener eine Straße ist, desto höher ihr qualitativer Zustand. Zu diesem Schluß kommt Dr. Alexander Reiterer, Leiter der Forschungsgruppe »Laser Scanning« am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg.

Er und sein Team haben den ersten Laserscanner entwickelt, den die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) zur Messung der Straßenebenheit zugelassen hat. Die Technologie, die sich bereits in der Bahnmesstechnik bewährt hat, ist schneller, genauer und kostengünstiger als die bisher angewandte Methode. Ein einzelner hochauflösender Laserscanner genügt, um die Fahrbahnoberfläche auf einer Breite von vier Metern mit einem Laserstrahl abzutasten und zu vermessen.

Scanner in der Größe eines Schuhkartons

Der Scanner hat die Maße eines Schuhkartons und ist in drei Metern Höhe am Messfahrzeug befestigt. In dessen Innern rotiert ein achtseitiger Spiegelkörper, der den Laserstrahl quer zur Fahrtrichtung über die Straße lenkt. Ein Öffnungswinkel von 70° genügt, um die komplette Straßenbreite auf vier Metern Breite abzutasten – und das bei normaler Fahrzeugbreite. Das Signal wird vom Asphalt zurück auf den Scanner reflektiert und trifft dort auf einen speziellen Detektorchip. Aus der Laufzeit des Laserlichts lässt sich dann die Distanz zwischen Scanner und Straßenoberfläche bestimmen.

Die Genauigkeit liegt dabei zwischen 0,15 und 0,3 mm. Breite Anbauten am Fahrzeug wie bei herkömmlichen Messapparaturen sind nicht nötig. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass Orientierung und Position des Messfahrzeugs bestimmt werden können. Dies geschieht durch den Einsatz des globalen Navigationssatellitensystems GNSS und eines inertialen Messsystems. »Die Messung ist unabhängig von äußeren Lichteinflüssen und kann bei Geschwindigkeiten von bis zu 100 km/h erfolgen«, beschreibt Reiterer die Vorteile.

Strenge Kriterien für die Straßenzulassung

Erste Praxistests hat der »Pavement Profile Scanner PPS« des IPM bereits bestanden. Deutschlandweit insgesamt 15.000 km Autobahnen und Bundesstraßen hat man zusammen mit den Straßengutachtern seit Sommer letzten Jahres gescannt. Im Frühjahr nehmen die Vermessungsprofis die Start- und Landebahnen des Hamburger Flughafens unter die Lupe. »Für die Zulassung auf der Straße stellte die BASt strenge Kriterien auf: Der Laser sollte nicht nur auf 0,3 mm genau messen, sondern augensicher sein.

Das heißt, wenn man längere Zeit in den Laser blickt, darf dies für die Augen nicht gefährlich sein. Beide Hürden hat die Technologie der Entwicklungspartner problemlos genommen. Das Erfurter Ingenieurbüro Lehmann + Partner erfasst Daten für die Straßeninformationsbanken der Länder und Kommunen und bewertet die Verkehrsinfrastruktur in Deutschland. Im Durchschnitt beträgt die Lebensdauer einer Straße etwa 30 Jahre. Dabei kommt die Asphaltdecke meist nur auf zwölf Jahre. Die Erfassung von Unebenheiten oder Verformungen, wie zum Beispiel Spurrinnen, muss in einem frühen Stadium erfolgen, um durch rechtzeitige Sanierungsmaßnahmen Schädigungen an tiefer liegenden Schichten zu vermeiden.

Künftig auch kleinste Risse aufspüren

In den Laboren am Freiburger IPM verfeinern die Forscher den Laserscanner währenddessen weiter. Sie wollen vor allem an der Messgenauigkeit schrauben: Der Prototyp der neuen Scannerversion misst mit einer Frequenz von 2 MHz. Das entspricht zwei Millionen Messungen pro Sekunde. Das aktuelle Modell kommt noch mit 1 MHz aus.

In Zukunft soll nicht nur die Ebenheit einer Straße untersucht werden, sondern es sollen gezielt kleinste Risse aufgespürt werden. Das beugt Schäden besser vor. Bislang wird das noch mit Kameras gemacht. Das Untersuchungsobjekt wird den Forschern jedenfalls nicht ausgehen: Das deutsche Straßennetz allein umfasst ca. 626.000 km. Das entspricht knapp der Distanz von der Erde bis zum Mond und wieder zurück.

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