DE19856510C2 - Verfahren und System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche einer Verkehrsfläche - Google Patents
Verfahren und System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche einer VerkehrsflächeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Unebenheiten und
Schadstellen in der Oberfläche einer Verkehrsfläche. Unter Verkehrsfläche wird
hierbei insbesondere eine Bundesstraße, eine Autobahn oder eine Start- und
Landebahn eines Flugplatzes verstanden. Die Erfindung bezieht sich weiter auf
ein System zur Durchführung des Verfahrens mit einer mobilen Prüfeinrichtung.
Abweichungen von der Oberflächenebenheit und fehlerhafte Stellen in der Ober
fläche von neuen und in Betrieb befindlichen Straßen, Flugplätzen und anderen
Verkehrsflächen oder Fahrbahnen können hohe dynamische Schwankungen der
Radlasten von Fahrzeugen verursachen. Des weiteren können derartige Uneben
heiten in der Oberfläche zu lokalen Wasseransammlungen auf der Verkehrsfläche
führen, deren Ablauf durch Bildung von unzulässig tiefen Mulden verhindert ist.
Dies wirkt nicht nur dem Fahrzeugverhalten bezüglich der Sicherheit und dem
Fahrkomfort entgegen, sondern führt auch zur Verringerung der Lebensdauer der
Verkehrsfläche und zu erheblichen Folgekosten.
Es werden daher wichtige Straßen, Flugplätze und andere Verkehrsflächen in re
gelmäßigen Zeitabständen auf Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche
geprüft. Zusätzlich zu quasi statischen Prüfungen gemäß einem im Entwurf vorlie
genden Regelwerk (EN13036-7) sind bereits dynamische Messungen mit mobilen
Meßfahrzeugen durchgeführt worden. In dem Aufsatz "Meßtechnische Zustander
fassung und -bewertung von Straßen in Berlin", abgedruckt in "Straße + Autobahn
4/91", Seiten 177 bis 185, sind verschiedene Meßmethoden beschrieben. Ein da
zu eingesetztes mobiles Meßfahrzeug erfaßt die Oberflächenebenheit und Spurril
len in der Oberfläche sowie deren Griffigkeit und Oberflächenrisse in der Fahr
bahn. Anhand der bei dieser Prüfung erfaßten Meßwerte oder Meßdaten können
Unebenheiten und Schadstellen ermittelt und zur Bewertung des Ausmaßes der
Schädigungen im Hinblick auf gefährdende Folgeerscheinungen analysiert wer
den. Die Prüfung erfolgt üblicherweise im laufenden Verkehr und bezieht sich je
weils auf einen Abschnitt der Fahrbahn, beispielsweise auf eine Fahrspur einer
Straße. Dabei werden jedoch durch angrenzende Abschnitte sich ergebende
übergeordnete Effekte nicht berücksichtigt. So können beispielsweise bisher keine
Aussagen über das Zusammenwirken von Schadstellen im Grenzbereich benach
barter Abschnitte gemacht werden. Beispielsweise werden zu Wasseransamm
lungen führende Unebenheiten und Schadstellen bei aus mehreren Fahrspuren
bestehenden Straßen nicht ermittelt.
Aus der US 5,549,412 ist eine Straßenbaumaschine (asphalt paver) bekannt, die
mit Mitteln zur Messung eines Oberflächenprofils ausgerüstet ist. Die globale Po
sition der Messeinrichtung zur Ermittlung des Oberflächenprofils kann hierbei
mittel GPS (Global Positioning System) erfasst werden.
Eine bewegte Prüfeinrichtung zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen
in der Oberfläche einer Verkehrsfläche ist z. B. auch aus der JP 08 08 6645 A be
kannt. Die Oberfläche wird hierbei abschnittsweise messtechnisch erfasst, wobei
in jedem Abschnitt die globale Position der Prüfeinrichtung anhand eines Ortungs
signals ermittelt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von
Unebenheiten und Schadstellen und damit zur Erfassung des Zustands der Ober
fläche einer Verkehrsfläche, insbesondere des Oberflächenzustands einer Straße
oder eines Flugplatzes, anzugeben, dass eine abschnittsübergreifende Analyse
der gesamten Verkehrsfläche ermöglicht. Des weiteren soll ein zur Durchführung
des Verfahrens besonders geeignetes System angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die
Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird bei einer abschnittsweisen meßtechni
schen Erfassung der Oberfläche in jedem Abschnitt die globale Position der Prüf
einrichtung anhand eines Ortungssignals ermittelt. Gleichzeitig wird eine benachbarten
Abschnitten gemeinsame Oberflächenmarkierung erfaßt, anhand derer
diese Abschnitte miteinander korreliert werden.
Durch eine hinreichend präzise Bestimmung des Meßortes mittels eines globalen
Positionierungssystems, z. B. mittels des "Differential Global Positioning System
(DGPS)", ist eine Zusammenfassung von Messungen mehrerer Abschnitte, z. B.
auf Fahrbahnen in gleicher Richtung (Autobahn) oder in entgegengesetzter Fahr
richtung (zweispurige Straße mit Gegenverkehr) möglich, indem identische Ober
flächenbereiche benachbarter Abschnitte in Überdeckung gebracht werden. Dazu
wird im Falle einer mehrspurigen Fahrbahn vorzugsweise dessen Mittelstreifen als
Oberflächenmarkierung herangezogen.
Da erkanntermaßen die Länge des Rasters des Fahrbahn-Mittelstreifens mit ei
nem Abstand von etwa 6 m zwischen zwei ebenfalls 6 m langen Markierungsstrei
fen kleiner ist als die vom globalen Positionierungssystem zu berücksichtigende
Abweichung von etwa 10 m, kann die Position des Meßortes sowohl bezogen auf
jeden Abschnitt als auch bezogen auf die Abschnitte untereinander ausreichend
exakt bestimmt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu zumindest der Startpunkt
jedes Abschnitts statisch geortet.
Zweckmäßigerweise wird sowohl das Längsprofil als auch das Querprofil jedes
Abschnitts erfaßt. Dazu werden Abstandssensoren eingesetzt, die in Form von
Ultraschallsensoren, kapazitiven Sensoren, Lasersensoren oder als mechanische
Taster mit elektronischen Sensoren, wie beispielsweise Potentiometern ausge
führt sein können. Zur Synchronisierung der abschnittsweisen Meßwert- oder
Meßdatenerfassung und der jeweiligen Datenaufzeichnung werden die Profile der
einzelnen Abschnitte zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von einem die zurück
gelegte Prüfstrecke angebenden Triggersignal ermittelt.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird zusammen mit der Erfassung der Oberflächen
ebenheit längs und quer zur Bewegungsrichtung der Meß- und Prüfeinrichtung die
Längs- und Querneigung jedes Oberflächenabschnitts erfaßt. Dabei wird sowohl
die Neigung der Prüfeinrichtung gegenüber der Oberfläche oder der Horizontalen
als auch gegenüber der Vertikalen bestimmt, so daß anhand dieser Meßdaten die
Inklination der Oberfläche bestimmt und das Oberflächenrelief ermittelt werden
kann. Die entsprechenden Daten werden für eine dreidimensionale und für eine
zweidimensionale Darstellung mit beliebig einstellbaren Längs- und Querschnitten
aufbereitet und verarbeitet.
Für eine augenscheinliche Untersuchung der Verkehrsfläche wird vorteilhafterwei
se die Oberfläche jedes Abschnitts fotografisch erfaßt. Der jeweilige Bildbereich
schließt dabei auch die Oberflächenmarkierung ein, z. B. den Mittelstreifen bei
einer Fahrbahnprüfung. Die Oberflächenbilder werden für die exakte Positionsbestimmung
der Prüfeinrichtung sowohl längs als auch quer zu deren Bewe
gungsrichtung herangezogen. Die Oberflächenbilder werden insbesondere auch
zur Ermittlung der Oberflächenrauhigkeit herangezogen. Dazu erfolgt vorzugswei
se eine automatische Mustererkennung.
Zusätzlich zur Oberflächenrauhigkeit wird zweckmäßiger auch die Oberflächen
griffigkeit erfaßt. Dazu ist eine Anzahl von Normrädern vorgesehen, die in einem
festen Winkel zur Bewegungs- oder Fahrtrichtung angestellt und mit einer definier
ten Kraft an die Oberfläche bzw. Fahrbahn gedrückt werden. Die jeweils resultie
rende Seitenkraft wird mittels Meßaufnehmern erfaßt, wobei während der Bewe
gung die Oberfläche vor dem jeweiligen Normrad mit Wasser benetzt wird.
Zur Analyse der erfaßten Meßdaten werden anhand eines Auswerteprogrammes
das Querprofil und das Längsprofil der einzelnen Abschnitte und der gesamten
Oberfläche der Verkehrsfläche mit der Längs- und Querneigung der Oberfläche
überlagert und im Falle eines Niederschlags sich ergebende maximale Wasser
höhe (Aquaplaning) rechnerisch bestimmt. Das Ergebnis der Analyse wird
zweckmäßigerweise sowohl graphisch als auch alphanumerisch dargestellt. Die
sich aufgrund der entsprechenden Wasserhöhe ergebende Gefährdung kann an
hand der Meßdaten klassifiziert und kartographisch dargestellt werden. Vorzugs
weise wird auf einer Landkarte der oder jeder klassifizierte Abschnitt farblich ge
kennzeichnet, so dass in einer Übersicht gefährdete Bereiche kenntlich gemacht
sind. Außerdem wird das Ergebnis der Analyse in einer Zusammenfassung und
als Statistik zur Verfügung gestellt.
Bezüglich des Systems wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 12. Dazu umfasst die mobile Prüfeinrichtung eine
Anzahl von zweckmäßigerweise zueinander rechtwinklig angeordneten Meßbal
ken mit jeweils mehreren Abstandssensoren zur Messung des Längsprofils und
des Querprofils jedes Oberflächenabschnitts sowie dessen Neigung gegenüber
dem jeweiligen Meßbalken. Außerdem umfasst die Prüfeinrichtung mindestens
einen Neigungsmesser zur Ermittlung der Längsneigung und der Querneigung
des Meßbalkens gegenüber der Vertikalen. Des weiteren umfasst die Prüfeinrich
tung ein Ortungssystem zur Bestimmung der globalen Position der Prüfeinrich
tung, d. h. deren Position auf der Erdoberfläche, und eine Meßeinrichtung zur Er
fassung einer Oberflächenmarkierung. Ferner ist eine Datenverarbeitungsanlage
zur Auswertung der erfassten Meß- und Positionsdaten vorgesehen.
Die mobile Prüfeinrichtung in Form einer durch ein Fahrzeug bewegten Meß
anordnung mit einer Anzahl von Sensoren ermöglicht im Zusammenwirken mit der
die Meßdaten erfassenden und diese analytisch auswertenden Datenverarbei
tungsanlage die Ermittlung von Unebenheiten und Schädigungen sowie eine
Analyse der sich daraus ergebenden Gefahrenpotentiale für die aus miteinander
korrelierten Meßabschnitte zumindest annähernd exakt nachgebildete Oberfläche.
Die Datenverarbeitungsanlage ermittelt dabei anhand des Längs- und Querprofils
sowie der Neigung der Abschnitte zueinander und der Positionsdaten der Ab
schnitte das deckungskorreliert zusammengesetzte Oberflächenrelief der gesam
ten Oberfläche, z. B. einer mehrspurigen Fahrbahn. Die Meß- und Positionsdaten
werden dazu für eine zwei- und dreidimensionale Darstellung des Oberflächenre
liefs aufbereitet, so dass mittels der Datenverarbeitungsanlage beliebig auswähl
bare Oberflächendaten über Abmessungen und Ausdehnungen der Unebenheiten
oder Schadstellen angegeben werden können.
Die Neigung des Meßbalkens sowohl in Längs- als auch in Querrichtung wird
zweckmäßigerweise mittels einer Anzahl von Beschleunigungsaufnehmern paral
lel für jeden Meßvorgang erfasst. Zur Bestimmung der Position der Prüfeinrich
tung und damit der Meßbalken wirken zweckmäßigerweise das Ortungs- oder
Satellitennavigationssystem und ein Trägheitsnavigationssystem sowie das Sy
stem zur Erfassung der Oberflächenmarkierung in Richtung sowohl längs als auch
quer des Abschnitts bzw. der Fahrbahn zusammen. Dadurch wird eine lokale Zu
ordnung der Meßdaten sowohl längs als auch quer zur Bewegungs- oder Fahrt
richtung erreicht. Die ermittelte Position der Prüfeinrichtung wird zusammen mit
den Meßdaten mittels der Datenverarbeitungsanlage aufgezeichnet und abge
speichert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
eine ausreichend exakte Bestimmung der Position einer Prüfeinrichtung zur Er
fassung der Oberflächenbeschaffenheit einer Verkehrsfläche in jedem Abschnitt
einer abschnittsweise meßtechnisch erfassten Oberfläche die Meßdaten von
Prüffahrten benachbarter Abschnitte oder Fahrspuren derart miteinander korreliert
werden kann, dass als Ergebnis mehrerer Meß- oder Prüffahrten auf aneinander
grenzenden Fahrspuren von Straßen, Flugplätzen oder anderen Verkehrsflächen
eine Gesamtbeurteilung des Oberflächen- oder Fahrbahnzustands ermöglicht ist.
Durch eine Aufzeichnung der Meßdaten im Hinblick auf eine zwei- oder dreidi
mensionale Darstellung der Fahrbahn-Oberfläche mit den korrelierten Abschnitten
können sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen über das Ausmaß von
Unebenheiten und Schadstellen auch im Grenzbereich benachbarter Abschnitte
zuverlässig abgeleitet werden. Anhand der ausgewerteten Meßdaten kann die aus
miteinander korrelierten Abschnitten zusammengesetzte Oberfläche in ihrer Ge
samtheit in verschiedenen Ansichten, insbesondere perspektivisch sowie in be
liebigen Längs- und Querschnitten, dargestellt werden. Dabei können die absolu
ten Werte der Abmessungen der einzelnen Unebenheiten und Schadstellen zu
sätzlich angegeben werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Meßfahrzeug mit einer Prüfein
richtung sowie mit einer Datenerfassungs- und -verarbeitungsanla
ge,
Fig. 2 ein Flußdiagramm mit zur Prüfmessung einer Fahrbahnoberfläche
vorgesehenen Verarbeitungsschritten,
Fig. 3 ein Flußdiagramm mit zur fotografischen Inspektion der Fahrbahn
oberfläche vorgesehenen Verarbeitungsschritten,
Fig. 4 in einer Konzeptionsdarstellung Komponenten zur Positionsaufnah
me und -erfassung der Prüfeinrichtung,
Fig. 5 ein Flußdiagramm mit zur Korrelation mehrerer Prüfabschnitte und
Prüffahrten vorgesehenen Verarbeitungsschritten,
Fig. 6 ein ermitteltes Oberflächenprofil einer Straße mit zwei Fahrbahnen
gemäß Fig. 1 in einer zweidimensionalen Darstellung,
Fig. 7 eine Straßenkarte mit einer Fenstermarkierung des geprüften
Wegabschnitts, und
Fig. 8 ein Diagramm der Griffigkeit einer Fahrbahnoberfläche entlang einer
Fahrstrecke.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszei
chen versehen.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Prüfeinrichtung zur meßtechnischen
Erfassung der Oberflächenstruktur einer Straße mit zwei nachfolgend als Ab
schnitte A1 und A2 bezeichneten Fahrbahnen oder Fahrspuren als Beispiel für
eine Verkehrsfläche mit einem Trägerfahrzeug 1. Mit diesem sind längs und quer
zur Fahrt- oder Bewegungsrichtung R angeordnete Meßbalken verbunden. Dazu
ist ein erster Meßbalken 2 in Fahrtrichtung R verlaufend an einer Seite des Trä
gerfahrzeugs 1 angebracht. Der Meßbalken 2 weist eine Anzahl von - bezogen auf
die Fahrtrichtung R - hintereinander in Reihe angeordneten Abstandssensoren 3
sowie mindestens einen Beschleunigungsmesser 4 auf. Ein quer zur Fahrtrich
tung R verlaufender Meßbalken 5 ist am Heck des Trägerfahrzeugs 1 angebracht
und weist ebenfalls nebeneinander angeordnete Abstandssensoren 6 sowie min
destens einen Beschleunigungsmesser 7 auf. Der Meßbalken 2 mit den Ab
standssensoren 3 dient zur Ermittlung der Ebenheit der Oberfläche F längs der
Fahrbahn oder Verkehrsfläche in Fahrtrichtung R, während der Beschleuni
gungsmesser 4 die Neigung des Meßbalkens 2 gegenüber der Oberfläche F er
mittelt. Analog dient der Meßbalken 5 mit den in Reihe angeordneten Ab
standssensoren 6 zur Ermittlung der Ebenheit der Oberfläche F quer zur Fahrt
richtung R, während der Beschleunigungsmesser 7 zur Ermittlung der Neigung
dieses Meßbalkens 5 dient.
Ein Längenmeßsystem 8 erfasst die Anzahl der Umdrehung eines Rades des
Trägerfahrzeugs 1 und ermittelt daraus die von der Prüfeinrichtung zurückgelegte
Fahrstrecke. Die entsprechenden Meßdaten werden außerdem zur Triggerung
einer Datenerfassung und Datenaufzeichnung in einer Datenverarbeitungsanla
ge 9 herangezogen. Eine Antenne 10 dient zum Empfangen eines Navigations
signals des "Global Positioning System (GPS, DGPS)" zur Bestimmung der globa
len Position der Prüfeinrichtung. Die Funktionsweise der Positionsaufnahme und
Positionsbestimmung ist in Fig. 4 konzeptionell dargestellt.
Zwei am Heck des Trägerfahrzeugs 1 angeordnete Videokameras 11, 12 erfassen
den aktuelle geprüften Abschnitt A1 der Oberfläche F der Fahrbahn. Dabei erfasst
die der Fahrbahnmitte und damit dem benachbarten Abschnitt A2 zugewandte
Kamera 12 eine in diesem Grenzbereich vorgesehene Oberflächenmarkierung M.
Diese ist im Ausführungsbeispiel im Falle einer mehrspurigen Straße zweckmäßi
gerweise deren Mittelstreifen. Es können jedoch auch andere Markierungen, z. B.
eine vor der Prüffahrt aufgestellte Ortsmarkierung, aufgenommen werden.
Ein von dem Trägerfahrzeug 1 außerdem mitgeführtes Trägheitsnavigationssy
stem 13 erfasst die Vertikalbewegung der Prüfeinrichtung relativ zur Oberfläche F.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Trägheitsnavigationssystems
sind z. B. unter dem Stichwort "Trägheitsnavigation" im Brockhaus, Band 22, 19.
Auflage (1993), Seite 299, beschrieben. Ein ebenfalls vom Trägerfahrzeug 1 und
damit von der Prüfeinrichtung mitgeführtes Normrad 14 erfasst die Griffigkeit der
Oberfläche F. Dazu wird dieses in einem festen Winkel zur Fahrtrichtung R ange
stellt und mit einer definierten Kraft an die Oberfläche F gedrückt. Die daraus re
sultierende Seitenkraft wird meßtechnisch erfasst und zur Ermittlung der Oberflä
chengriffigkeit herangezogen.
In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Auswerteprogramms der Datenverarbei
tungsanlage 9 dargestellt. Dieses zeigt den Programmablauf zur Ermittlung von
Unebenheiten des jeweiligen Abschnitts A1, A2 der Oberfläche F und der Neigung
der Meßbalken 2 und 5 des Trägerfahrzeugs und somit der Prüfeinrichtung gegenüber
der Oberfläche F sowie der aus Unebenheiten und Schadstellen resultie
renden möglichen Wassertiefe in lokalen Mulden oder Vertiefungen in der Ober
fläche F. Dazu wird aus den Meßdaten MA der Abstandssensoren 3 und 6 das
Fahrbahnrelief oder -profil FQ, FL sowohl quer als auch längs zur Fahrtrichtung R
erfasst. Dieses wird mit den mittels der Beschleunigungsmesser 4 und 7 und dem
Trägheitsnavigationssystem 13 ermittelten Meßdaten MN hinsichtlich der Neigung
des Trägerfahrzeugs 1 und damit der Prüfeinrichtung relativ zur Oberfläche F, d. h.
sowohl quer und längs als auch vertikal zur Fahrtrichtung R, verknüpft. Das die
Neigung berücksichtigende Fahrbahnrelief FP1 des Abschnitts A1 wird mit dem
Fahrbahnrelief FP2 des Abschnitts A2 der Oberfläche F unter Berücksichtigung
dessen Neigung korreliert, so dass insgesamt ein Oberflächenrelief oder Fahr
bahnprofil OP der gesamten Fahrbahn F vorliegt. Anhand der entsprechenden
Daten werden die maximal zu erwartenden Wassertiefen W berechnet und die
Oberflächenunebenheiten OU einschließlich der Fahrbahn- oder Oberflächennei
gung ON sowohl graphisch (GO) als auch numerisch (NO) dargestellt (Fig. 6 und
7). Die entsprechenden Daten stehen dann für einen numerischen Ausdruck NA
oder für einen mehrdimensionalen Farbausdruck GA zur Verfügung. Die Daten
werden zudem zur kartographischen Darstellung KD, KD' bezüglich der Wasser
tiefe W bzw. der Fahrbahnunebenheiten OU einschließlich der Neigung ON her
angezogen.
Fig. 3 zeigt ebenfalls anhand eines Flußdiagramms die Erfassung und analytische
Auswertung fotografisch aufgenommener Bilder der Oberfläche F des jeweiligen
Abschnitts A1, 2. Dazu erfolgt zunächst eine Digitalisierung DB der von den vor
zugsweise in CCD-Technik ausgeführten Kameras 11 und 12. Diese Kamerabilder
KB(11), KB(12) der Oberfläche F werden mit den Positionsdaten PD der globalen
Positionserfassung korreliert und mittels Videorekordern V1, V2 abgespeichert.
Die entsprechenden Oberflächenbilder DB werden außerdem einer Vorverarbei
tung VB und Bewertung BB unterzogen sowie anschließend in dieser Form in ei
nem Speicher SP abgelegt. Anhand der jederzeit aufrufbaren Bilder können be
liebige Ausschnitte der Oberfläche F, beispielsweise im Hinblick auf Rißbildungen,
visuell ausgebildet werden.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen die globale und exakte Positionsaufnahme
der Prüfeinrichtung anhand des DGP-Satellitennavigationssystems und der Erfas
sung der Oberflächenmarkierung M in konzeptioneller Darstellung bzw. anhand
des Flußdiagramms eines entsprechenden Auswerteprogramms der Datenverar
beitungsanlage 9. Dazu werden das DGPS-Signal S' von einem zweikanaligen
Empfänger 15 und zusätzlich ein GPS-Satellitensignal S von drei Empfängern 16
erfasst. Das Trägheitsnavigationssystem 13 der Prüfeinrichtung sowie das Län
genmeßsystem 8 liefern ihre Meßdaten über ein Interface I einem Datenspeicher
gerät, das Teil der Datenverarbeitungsanlage 9 ist. Die anhand der Ortungssigna
le S, S' ermittelte globale Position der Prüfeinrichtung wird anhand der erfassten
Oberflächenmarkierung M korrigiert. Dadurch wird eine ausreichend exakte Be
stimmung der Position des Trägerfahrzeugs 1 und damit der Prüfeinrichtung er
reicht, so dass die nacheinander abgefahrenen und geprüften Abschnitte A1 und
A2 der Oberfläche F positionsgenau rechnerisch zusammengefügt werden kön
nen.
Dazu wird gemäß Fig. 5 bei Beginn einer Prüffahrt P1, d. h. bei stehendem Träger
fahrzeug 1, der Standort SO der Prüfeinrichtung mittels des Satellitennavigations
systems GPS, DGPS ermittelt. Analog wird der Beginn SO jeder weiteren Prüf
fahrt Pn ermittelt. Das vom Längenmeßsystem 8 aufgenommene Wegsignal wird
während einer Prüffahrt zur Triggerung TG verwendet. Dadurch ist der Ort der
Prüfeinrichtung innerhalb des jeweiligen Abschnitts A1 . . . An zu jedem Zeitpunkt
exakt bestimmbar. Diese Positionsdaten PD1 werden mit den aus der Oberflä
chenmarkierung M ermittelten Daten zur exakten Positionsbestimmung des Prüf-
oder Trägerfahrzeugs 1 verknüpft. Die entsprechenden Positionsdaten PD1 wer
den anschließend aufgezeichnet (APD1. . .n) und mit den Positionsdaten PDn der
übrigen Prüffahrten verknüpft (PD1. . .n). Eine daraus abgeleitete Gesamtauswer
tung GA aller Prüffahrten wird zur Auswertung der Oberflächenstruktur der gesam
ten Oberfläche F herangezogen.
Das Ergebnis aller Prüffahrten in Form der aus den Meßdaten abgeleiteten Ober
flächenstrukturerfassung ist in Form unterschiedlicher Darstellungsarten abrufbar.
So zeigt Fig. 6 in einer zweidimensionalen Darstellung eines Oberflächenaus
schnitts die aus den miteinander korrelierten Abschnitten A1 und A2 nachgebilde
te Oberfläche F. In einem Bezugs- oder Koordinatensystem (Teilbereich T1) mit
entsprechender Längenangabe der Straße in Kilometern (Abszisse) und Breiten
angabe der Straße in Metern (Ordinate) sind die beiden Abschnitte A1 und A2 -
und somit die Fahrbahnen der Straße - im Positiven bzw. im Negativen dargestellt,
während der Mittelstreifen M auf der Null-Linie liegt. Die Darstellung erfolgt
zweckmäßigerweise in einem sogenannten C-Bild, das das Höhenniveau der
Oberfläche F farbig kodiert zeigt. Wahlweise kann hier ein geodätisches Höhenni
veau oder ein aus der Ausbildung von Senken oder Mulden in der Fahrbahn-
Oberfläche sich bei Niederschlag von Regen ergebender maximaler Wasserstand
als Maß für die Gefährdung des rollenden Fahrzeugverkehrs durch Aquaplaning
abgebildet werden.
Der Teilbereich T2 in Fig. 6 zeigt den Ist-Zustand IF des Oberflächen- oder Fahr
bahnquerprofils FQ an einer Stelle, die im Teilbereich T1 mit einer vertikalen Linie
eines Cursors C1 gekennzeichnet ist. Auf der Abszisse ist eine Skalierung ange
geben, mittels der das graphisch dargestellte Profil FQ vermessen werden kann.
Auf der Ordinate ist wiederum die Fahrbahnbreite angegeben. Mittels des beweg
lichen Cursers C1 kann jeder beliebige Querschnitt der Oberfläche F in einem
zweidimensionalen Profil über die gesamte Fahrbahnbreite dargestellt werden.
Der Teilbereich T1 des dargestellten Oberflächenausschnitts lässt sich analog in
beliebigen Längsschnitten darstellen, wozu ein entsprechender Cursor C2 entlang
der Fahrbahnbreite verfahren wird. Der der Position des beweglichen Cursors C2
entlang der horizontalen Linie im Teilbereich T1 entsprechende Ist-Zustand IF des
Fahrbahnlängsprofils FL zeigt der Teilbereich T3.
Die jeweiligen Abmessungen oder Ausdehnungen der Senken oder Mulden und
der Erhebungen der Oberfläche F in den Profilabschnitten der Quer- und Längs
schnitte LQ, FL des Oberflächenabschnitts werden durch numerische Angaben
ergänzt. Daraus lassen sich Höhen, Tiefen und Breiten von Schadstellen exakt
bestimmen.
Ein wesentliches Kriterium dabei ist auch die mögliche Wassertiefe W einer er
fassten muldenartigen Vertiefung. Aus der Profildarstellung FQ des Querschnitts
entlang der Fahrbahnbreite erschließt sich vorteilhafterweise auch die Neigung
jeder Fahrbahn F, d. h. jedes Abschnitts A1, A2. Durch diese relative Lage der
Fahrbahnabschnitte A1 und A2 zueinander werden somit auch mögliche Wasser
stände im Bereich der Fahrbahnmitte (0-Punkt im Teilbereich T2) erkannt. Auch
lässt sich im Falle einer Muldenbildung im Bereich der Fahrbahnmitte feststellen,
ob entlang der Fahrbahn in Fahrtrichtung R oder quer dazu ein Gefälle vorhanden
ist, über das sich möglicherweise im Bereich der Fahrbahnmitte ansammelndes
Wasser abfließen kann oder nicht. Aufgrund dieser hochaufgelösten und exakt
ermittelten Oberflächenstruktur durch Korrelation geprüfter Abschnitte A1, A2 einer
Fahrbahn F kann sowohl der Grad von Unebenheiten und Schadstellen als auch
ein sich daraus ergebendes Gefahrenpotential abgeleitet werden. Diese ermög
licht gezielt Gegenmaßnahmen zu ergreifen, indem die Schadstellen entspre
chend ihrem Gefahrenpotential priorisiert werden können.
Fig. 7 zeigt in einer kartographischen Darstellung den geprüften Wegabschnitt WS
der Straße. Mittels der Datenverarbeitungsanlage 9 kann auf der jeweiligen Strec
kenkarte ein Fenster B entlang des geprüften Straßenabschnitts verschoben und
die Oberfläche F des ausgewählten Ausschnitts zwei- oder dreidimensional dar
gestellt werden. Eine dreidimensionale Darstellung enthält dann analog zur Dar
stellung gemäß Fig. 6 zweckmäßigerweise eine numerische Anzeige der Weg
strecke WS in km und der Fahrbahnbreite in m sowie der Tiefe von Oberflächen
strukturen, insbesondere von Spurrillen, in cm. Insgesamt können somit beliebige
geprüfte Oberflächenausschnitte nach verschiedenen Kriterien unterschiedlich
dargestellt werden.
Fig. 8 zeigt in einer Diagrammdarstellung den relativen Grad der Griffigkeit GR der
Oberfläche F als Ist-Verlauf IV entlang einer in km angegebenen Wegstrecke der
Fahrbahn F. Dabei ist der Grad der Griffigkeit am jeweiligen Ort auch numerisch
darstellbar. Dies ist beispielhaft anhand der maximalen und der minimalen Griffig
keit Gmax, Gmin am jeweiligen Ort des Fahrbahnausschnitts dargestellt.
Auch ist eine Zusammenfassung des hinsichtlich des Ausmaßes einer Schädi
gung der Oberfläche F klassifizierten Ergebnisses von durchgeführten Meßfahrten
in Form von z. B. farbigen Markierungen auf einer Straßenkarte darstellbar. Diese
Art der Darstellung erfolgt für unterschiedliche Schadenstypen, wie z. B. einem
maximalen Wasserstand der Oberflächen-Welligkeit in Längs- und Querrichtung,
die Anzahl vorhandener Risse in der Oberfläche F usw. Auch ist eine entspre
chende Zusammenfassung in Form einer Tabelle oder Liste darstellbar. Diese Art
der Darstellung erfolgt ebenfalls für unterschiedliche Schadenstypen. Die Klassifi
zierung der Schäden kann bei einer Off-line-Auswertung der erfassten und ermit
telten Daten durch Eintragung in eine Graphik in einfacher Weise verändert wer
den und ermöglicht somit eine Optimierung geplanter Erneuerungs- oder Repara
turarbeiten.
1
Trägerfahrzeug
2
Meßbalken
3
Abstandssensor
4
Beschleunigungsmesser
5
Meßbalken
6
Abstandssensor
7
Beschleunigungsmesser
8
Längenmeßsystem
9
Datenverarbeitungsanlage
10
Antenne
11
,
12
Kamera
13
Trägheitsnavigationssystem
14
Normrad
15
,
16
Empfänger
A1, 2 Oberflächenabschnitt
B Fenster
C1, 2 Cursor
DB Oberflächenbild
F Oberfläche
FB Fahrbahnbreite
FL Längsprofil
FP1, 2 Fahrbahnrelief/-profil
FQ Querprofil
GR Griffigkeit
I Interface
IF Ist-Zustand
KB Kamerabild
M Oberflächenmarkierung
MA Meßdaten
MN Meßdaten
ON Oberflächenneigung
OP Fahrbahn-/Oberflächenrelief
OU Oberflächenunebenheiten
PD Positionsdaten
R Fahrtrichtung
S, S' Ortungssignal
SO Standort
SP Speicher
T1, 2, 3 Teilbereich
TG Triggerung
TO Tiefe
V1, 2 Videokamera
W Wassertiefe
WS Wegabschnitt
A1, 2 Oberflächenabschnitt
B Fenster
C1, 2 Cursor
DB Oberflächenbild
F Oberfläche
FB Fahrbahnbreite
FL Längsprofil
FP1, 2 Fahrbahnrelief/-profil
FQ Querprofil
GR Griffigkeit
I Interface
IF Ist-Zustand
KB Kamerabild
M Oberflächenmarkierung
MA Meßdaten
MN Meßdaten
ON Oberflächenneigung
OP Fahrbahn-/Oberflächenrelief
OU Oberflächenunebenheiten
PD Positionsdaten
R Fahrtrichtung
S, S' Ortungssignal
SO Standort
SP Speicher
T1, 2, 3 Teilbereich
TG Triggerung
TO Tiefe
V1, 2 Videokamera
W Wassertiefe
WS Wegabschnitt
Claims (17)
1. Verfahren zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberflä
che (F) einer Verkehrsfläche mittels einer bewegten Prüfeinrichtung (1), wobei
die Oberfläche (F) abschnittsweise messtechnisch erfasst wird,
in jedem Abschnitt (A1, 2) die globale Position der Prüfeinrichtung (1) an hand eines Ortungssignals (S, S') ermittelt wird und
benachbarte Abschnitte (A1, 2) durch Erfassung einer diesen Abschnit ten (A1, 2) gemeinsamen Oberflächenmarkierung (M) miteinander korreliert werden.
die Oberfläche (F) abschnittsweise messtechnisch erfasst wird,
in jedem Abschnitt (A1, 2) die globale Position der Prüfeinrichtung (1) an hand eines Ortungssignals (S, S') ermittelt wird und
benachbarte Abschnitte (A1, 2) durch Erfassung einer diesen Abschnit ten (A1, 2) gemeinsamen Oberflächenmarkierung (M) miteinander korreliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Oberflächenmarkierung (M) der Mittelstreifen (F) einer Fahrbahn her
angezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Startpunkt (SO) jedes Abschnitts (A1, 2) statisch geortet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Längsprofil (FL) und das Querprofil (FQ) jedes Abschnittes (A1, 2) in
Abhängigkeit von einem die zurückgelegte Prüfstrecke angebenden Triggersi
gnal (TG) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Neigung der Prüfeinrichtung (1) sowohl gegenüber der Oberfläche (F)
als auch gegenüber der Vertikalen bestimmt und daraus die Inklination der
Oberfläche (F) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Oberflächenrelief (OP) dreidimensional und/oder in einstellbaren
Längs- und Querschnitten dargestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche (F) jedes Abschnitts (A1, 2) fotografisch erfasst wird, wo
bei jedem Oberflächenbild (KB) die Position der Prüfeinrichtung (1) zugeord
net wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch automatische Mustererkennung anhand des Oberflächenbil
des (KB) die Oberflächenrauhigkeit und/oder Schadstellen (OU) der Oberflä
che (F) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels eines schräg gestellten Normrades (14) die Oberflächengriffig
keit (GR) erfasst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine mögliche Wassertiefe (W) jeder geschlossenen Vertiefung der
Oberfläche (F) ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die geprüften Abschnitte (A1, 2) zusammen mit den ermittelten Oberflä
chendaten kartographisch dargestellt werden.
12. System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberflä
che (F) einer Verkehrsfläche, mit einer mobilen Prüfeinrichtung (1), die
eine Anzahl von auf mindestens einem Messbalken (2, 5) angeordneten Abstandssensoren (3, 6) zur Messung des Profils der Oberfläche (F),
mindestens einen Neigungsmesser (4, 7, 13) zur Ermittlung der Neigung des Messbalkens (2, 5) gegenüber der Oberfläche (F) und der Vertikalen,
ein Ortungssystem (10, 15, 16) zur Bestimmung deren globaler Position in jedem Abschnitt (A1, 2) der Oberfläche (F)
eine Messeinrichtung (11, 12) zur Erfassung einer Oberflächenmarkie rung (M), und
eine Datenverarbeitungsanlage (9), die die erfassten Mess- und Positions daten (MA, MN, PD) auswertet und eine Analyse der aus miteinander korre lierten Messabschnitten (A1, 2) nachgebildeten Oberfläche (F) durchführt aufweist.
eine Anzahl von auf mindestens einem Messbalken (2, 5) angeordneten Abstandssensoren (3, 6) zur Messung des Profils der Oberfläche (F),
mindestens einen Neigungsmesser (4, 7, 13) zur Ermittlung der Neigung des Messbalkens (2, 5) gegenüber der Oberfläche (F) und der Vertikalen,
ein Ortungssystem (10, 15, 16) zur Bestimmung deren globaler Position in jedem Abschnitt (A1, 2) der Oberfläche (F)
eine Messeinrichtung (11, 12) zur Erfassung einer Oberflächenmarkie rung (M), und
eine Datenverarbeitungsanlage (9), die die erfassten Mess- und Positions daten (MA, MN, PD) auswertet und eine Analyse der aus miteinander korre lierten Messabschnitten (A1, 2) nachgebildeten Oberfläche (F) durchführt aufweist.
13. System nach Anspruch 12,
gekennzeichnet durch
einen ersten Meßbalken (5) zur Messung des Querprofils (FQ) der Oberflä
che (F), und durch einen quer zu diesem angeordneten zweiten Meßbalken (2)
zur Messung des Längsprofils (FL) der Oberfläche (F).
14. System nach Anspruch 12 oder 13,
gekennzeichnet durch
mindestens ein Bildaufzeichnungsgerät (11, 12) zur Aufnahme der Oberflä
che (F) und der Oberflächenmarkierung (M).
15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
gekennzeichnet durch
einen Trägheitsnavigationsmesser (13) zur Erfassung von Vertikalbewegun
gen der Prüfeinrichtung (1).
16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
gekennzeichnet durch
mindestens einen Empfänger (15, 16) zur Erfassung eines Ortungssi
gnals (S, S').
17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
gekennzeichnet durch
ein Längenmeßsystem (8) zur Erfassung einer von der Prüfeinrichtung (1) zu
rückgelegten Strecke.
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- 1998-12-08 DE DE19856510A patent/DE19856510C2/de not_active Expired - Fee Related
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