Optische Messtechnik Straßenschäden vermessen – mit 100 km/h

Ein einzelner Laserscanner genügt, um die Ebenheit einer vier Meter breiten Straße mit einem Laserstrahl zu vermessen.
Ein einzelner Laserscanner genügt, um die Ebenheit einer vier Meter breiten Straße mit einem Laserstrahl zu vermessen.

Witterung und Verschleiß setzen Deutschlands Straßen stark zu. Wie groß die Schäden an den Asphalt- und Betonbelägen wirklich sind, soll künftig ein neuer Laserscanner messen – und das quasi im Vorbeifahren mit bis zu 100 km/h.

Der von Wissenschaftlern am Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickelte »Pavement Profile Scanner PPS« ist in drei Metern Höhe am Messfahrzeug befestigt. In dessen Inneren rotiert ein achtseitiger Spiegelkörper, der den Laserstrahl quer zur Fahrtrichtung über die Straße lenkt. Ein Öffnungswinkel von 70 Grad 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«, erklärt Dr. Alexander Reiterer, Leiter der Forschungsgruppe »Laser Scanning« am Fraunhofer IPM.

Erste Praxistests hat der etwa Schuhkarton-große Laserscanner des IPM bereits bestanden. Deutschlandweit insgesamt 15.000 Kilometer Autobahnen und Bundesstraßen hat man zusammen mit den Straßengutachtern der Firma Lehmann + Partner GmbH 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 hat die BASt strenge Kriterien aufgestellt: Der Laser sollte nicht nur auf 0,3 Millimeter genau messen, sondern auch augensicher sein«, berichtet Dr. Dirk Ebersbach, Geschäftsführer von Lehmann + Partner. »Das heißt, auch 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.

In den Laboren am Freiburger IPM verfeinern die Forscher den Laserscanner laufend weiter. Sie wollen vor allem an der Messgenauigkeit schrauben: Der Prototyp der neuen Scannerversion misst mit einer Frequenz von 2 MHz; dies entspricht zwei Millionen Messungen pro Sekunde. Das aktuelle Modell kommt noch mit 1 MHz aus. »Zukünftig wollen wir nicht nur die Ebenheit einer Straße untersuchen, sondern auch gezielt kleinste Risse aufspüren«, schildert Reiterer. »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 zirka 626.000 Kilometer. Das entspricht knapp der Distanz von der Erde bis zum Mond und wieder zurück.