Messtechnik
Kernstück des Pavement-Scanners ist das Messsystem Traffic-Speed-Deflectometer (TSD). Bei dieser Messung belastet der Sattelauflieger die Straßenkonstruktion im Regelmessbetrieb mit einer statischen Achslast von 10 t, wobei für spezielle Anwendungen auch Achslasten von 11,5 t und 13 t möglich sind.
Während der Fahrt werden die dynamischen Achslasten kontinuierlich erfasst. Über die Zwillingsbereifung wird die Last auf die Straßenoberfläche eingeleitet. Die Reaktion der Straße darauf ist eine kurzzeitige und nahezu vollständig elastische Verformung der Fahrbahnoberfläche. In der rechten Rollspur wird diese Reaktion vor und hinter der Lastachse mit insgesamt 11 Doppler-Lasersensoren erfasst, indem die Verformungsgeschwindigkeiten der Fahrbahnoberfläche gemessen werden. Unter Anwendung physikalisch-mathematischer Zusammenhänge wird die Verformungsmulde bestimmt.
Die in sehr kurzen zeitlichen Messpunktabständen ermittelten Daten werden als 10-m-Mittelwerte aggregiert und weiterverarbeitet. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Erfassung des Be- und Entlastungsastes es ermöglicht, auch die Phasenverschiebung zwischen dem Auftreten der maximalen Achslast und der maximalen Deformation zu erfassen und bei der Tragfähigkeitsanalyse zu berücksichtigen. Bislang werden Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD-Prinzip auf Asphaltstraßen eingesetzt. Die Anwendung auf Betonstraßen ist Gegenstand derzeitiger Forschung.
Der HRM-Balken befindet sich in der rechten Rollspur des Pavement-Scanners und wird verwendet, um die Längsebenheit nach dem Prinzip der Mehrfachabtastung (HRM-Prinzip) zu erfassen. Hiermit ist grundsätzlich eine Messung der Ebenheit im Längsprofil gemäß ZEB TP1b möglich.
Darüber hinaus wird simultan der International-Roughness-Index (IRI) unter Anwendung eines Punktlasers mit Beschleunigungsmesser erfasst.
Der Pavement-Profile Scanner (PPS-Plus) ist ein Laser-Scanner, der in der Rückwand des Sattelaufliegers des Pavement-Scanners integriert ist und zur Erfassung der Querebenheit dient. Mit ihm ist grundsätzlich eine Messung der Ebenheit im Querprofil gemäß ZEB TP1a möglich. Durch die Nutzung von Lasertechnologie zeichnet der PPS-Plus Informationen zur Ebenheit der Straßenoberfläche des jeweiligen Fahrstreifens mit sehr dichten Messpunktabständen auf. Aus diesen Messdaten lassen sich nicht nur zusätzliche Informationen zur Geometrie, sondern auch zur Längsebenheit ableiten.
Darüber hinaus kann das PPS-Plus als bildgebendes Messsystem eingesetzt werden, um Oberflächenbilder über die gesamte Breite eines Fahrstreifens aufzunehmen.
Das Georadar, auch als "Ground Penetrating Radar" bekannt, wird verwendet, um den Aufbau der Straßenoberfläche zu analysieren. Das Messsystem nutzt hochfrequente elektromagnetische Wellen, um die Straßenstruktur zerstörungsfrei zu charakterisieren. Hierbei kommt das Georadar-Impulssystem mit einer "2-GHz-Hornantenne" zum Einsatz, um die Anzahl und Dicke der Oberflächenschichten herzuleiten und Anomalien bzw. Inhomogenitäten in der Struktur aufzudecken.
Die Schichtdickeninformationen ermöglichen in Verbindung mit den TSD-Tragfähigkeitskennwerten eine fundierte Analyse. Im Vergleich zu den Oberflächenmerkmalen sind die aus TSD- und GPR-Informationen abgeleiteten "inneren" Merkmale der Straßenstruktur deutlich aussagekräftiger und zuverlässiger.
Zusätzlich werden bildgebende Messsysteme in Form von Digitalkameras eingesetzt, um Front- sowie Rückbilder in HD-Qualität aufzunehmen. Diese Aufnahmen dienen der Plausibilitätskontrolle und ermöglichen weiterführende Analysen wie z. B. Erkennung von Rissen- und Flickstellen.
Aufgrund der Vielzahl an Messsystemen erfordert die Auswertung einen besonders umfangreichen Prozess.
Im ersten Schritt werden die mit den verschiedenen Messsystemen erfassten Rohdaten durch eine speziell von "greenwood" entwickelte Software in ein gängiges und lesbares Format überführt, bei dem maßgeschneidete Exportfilter relevante Informationen und Berechnungen synchronisieren und zusammenstellen. Die exportierten TSD-Dateien werden beispielsweise als Excel-Datei sowie als Textdatei gespeichert, während Längs- und Querprofildaten als XML-Datei abgelegt werden.
Im zweiten Schritt erfolgt die Netzprojektion unter Anwendung der Programmiersprache "Python". Hierbei werden die Datensätze, die mit GPS-Koordinaten versehen sind, gemäß den Vorgaben der Straßeninformationsbank (ASB), dem klassifizierten Straßennetz zugeordnet. Somit kann jeder Datensatz eindeutig den Attributen wie z. B. Netzknoten, Station, Stationierungsrichtung oder Straßenbezeichnung zugeordnet werden.
Im dritten Schritt werden die Datensätze unter Anwendung der Datenbanksprache Structured Query Language (SQL) in eine relationale Datenbank eingepflegt, um den Datenbestand beliebig abfragen und analysieren zu können. So können einzelne Messstrecken oder mehrere Messstrecken einer Straßenklasse bzw. eines Straßenabschnittes ganzheitlich untersucht und ausgewertet werden.
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