Alexander Reiterer, Martin Dambacher, Ingo Maindorfer, Heinrich Höfler, Dirk Ebersbach, Carsten Frey, Steffen Scheller, Dirk Klose

Straßenzustandserfassung
Neue Laserscanner-Technologie zur Ebenheitsmessung von Straßenbelägen

Eine intakte Straßeninfrastruktur ist eine wesentliche Voraussetzung für eine funktionierende Wirtschaft. In der Bundesrepublik Deutschland ist das Straßennetz nahezu flächendeckend ausgebaut. Erhalt und Unterhalt des bestehenden Netzes sind daher die wichtigsten Aufgaben für die Zukunft. Vor dem Hintergrund der angespannten Haushaltslage sind verlässliche und stabile Prognosen der zu erwartenden Kosten unerlässlich. Basis für die Kostenkalkulation von Instandhaltungsmaßnahmen sind Messdaten, die Auskunft über den Zustand der Straßen geben. Für die Erhebung dieser Daten werden heute sogenannte Pavement-Management-Systeme eingesetzt.

Eine der wesentlichen Kenngrößen einer Straßenoberfläche ist ihre Ebenheit: Sie beeinflusst den Gebrauchswert, aber auch den Substanzwert der Straße. Heute stehen diverse messtechnische Verfahren zur Ebenheitsmessung zur Verfügung. Insbesondere bei der Querebenheitsmessung war man bislang auf unflexible und aufgrund der Vielzahl von Sensoren auch sehr teure Systeme angewiesen.

Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM mit Sitz in Freiburg hat nun den ersten Laserscanner entwickelt, der alle Anforderungen zur Erfassung der Querebenheit im Rahmen von Zustandserfassungen und Bauabnahmen erfüllt. Der „Pavement Profile Scanner PPS“ ist auf einem Fahrzeug des Spezialisten für Straßenbegutachtung LEHMANN+PARTNER GmbH angebracht, der auch die Software für das System entwickelt hat. Der PPS erhielt im Mai 2012 eine zeitbefristete Betriebszulassung der Bundesanstalt für Straßenwesen BASt. Damit wurde erstmalig ein Laserscanner zur Erfassung der Ebenheit zugelassen.

In diesem Beitrag werden die Besonderheiten des Laserscanners sowie der darauf angepassten Auswertesoftware beschrieben.

Jochen Wohlers

Geometrische Kontrolle für Walzen beim Asphalteinbau
GNSS und GIS helfen, die Qualität von Straßen zu verbessern

Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle sind wesentliche Elemente in Bauprozessen, so auch beim Einbau von Asphaltschichten im Straßenbau. Hier spielen neben dem Mischgut, der Schichtstärke auch die Verdichtung und die Temperatur des Mischguts bei der Verdichtung eine wichtige Rolle für die Haltbarkeit des Belages. Der nachfolgende Beitrag zeigt anhand eines Beispiels auf, wie vor allem die Verdichtung mittels GIS und GNSS objektiv dokumentiert werden kann, und wie ein System aussehen sollte, mit dem während des Asphalteinbaus steuernd in den Verdichtungsprozess eingegriffen werden könnte.

Manfred Bauer und Michael Mink

Wofür steht das Akronym RAIM?
GNSS-gestützte Navigation in der Luftfahrt

Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) kommt überwiegend in der Luftfahrt zum Einsatz. Hier gibt es sicherheitskritische Anwendungen, bei denen die Funktionsfähigkeit der GNSS-Navigation in besonderer Weise gewährleistet sein muss. Die Anforderungen, die dabei an die GNSS-Navigation gestellt werden sind von der Internationalen Zivilen Luftfahrtbehörde fest vorgegeben. Der Hauptaspekt ist hierbei die Integrität der Navigation und deren Auswirkung auf die Sicherheit des Nutzers. Integrität ist gegeben, wenn das Navigationssystem über die Fähigkeit verfügt, innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Warnung an den Nutzer dann auszugeben, wenn das System nicht für die jeweilige Operation verwendet werden sollte.

Anette Rietdorf, Ditte Becker, Jürgen Rüffer, Carlos Miguel Fischer, Jörg Gothow und Christian Hotz

Geomonitoring an einem Steilküstenabbruch auf Rügen          
 

Schöne Landschaften, Steilküsten mit den weltberühmten Kreidefelsen und nicht zuletzt traumhafte Sonnenuntergänge am Meer locken besonders im Sommer viele Gäste auf Deutschlands größte Sonneninsel – nach Rügen.

Doch an den Rügener Steilküsten kommt es immer wieder zu Hangrutschungen und Abbrüchen in den Kreidefelsen. Zum außergewöhnlichen Naturraum der Ostseeinsel gehören auch solche Erosionsereignisse. In Lohme, einem ehemaligen Fischerdorf, kam es 2005 zu einer folgenschweren Hangrutschung, bei der ca. 100.000 m³ Gestein und Sediment von dem 45 m hohen Kliffbereich talwärts abglitten und Teile des Hafens verschütteten. Das oberhalb der Rutschung gerade aufwändig sanierte Gebäude der Diakonie sowie mehrere Wohnhäuser mussten aus Sicherheitsgründen gesperrt werden.

Die Gemeinde Lohme hat sich verstärkt für eine dauerhafte Sicherung des Hanges engagiert. 2009 entschloss man sich im Zusammenhang mit konkreten Baumaßnahmen zu einer mittel- bis langfristigen messtechnischen Überwachung (Geomonitoring) des Hanges. Hierzu wurden zunächst umfangreiche geologische und hydrogeologische Untersuchungen durchgeführt. Ergebnis der Gutachten war, dass insbesondere ein hoher Wassergehalt in den hangnahen Schichten den Boden ins Rutschen bringt. Hier setzten die Sanierungsmaßnahmen an: von der Seeseite aus wurden am Hangfuß Horizontaldränagen in den Hang gebohrt. Dadurch sollte mittelfristig der Hangwasserspiegel gesenkt und eine signifikante Erhöhung der Standsicherheit erreicht werden. Da für den Bereich des Steilhanges eine eingeschränkte Standsicherheit nachgewiesen wurde, sollte vor Beginn der Bauarbeiten ein Beobachtungs- und Alarmierungssystem installiert werden, um die Arbeitssicherheit zu erhöhen und die Auswirkungen der Arbeiten im Hinblick auf die Stabilität des Hanges zu überwachen.

Michael Müller und Sabrina Kabon

Szenariotechnik und Demografie

Demografische Szenarien für ländlich geprägte Regionen

Die demografische Entwicklung hat Auswirkungen auf nahezu alle Lebensbereiche wie z. B. Arbeit, Kitas, Schulen, Sportstätten, Wohnungs- und Pflegeinfrastruktur, Wasserver- und -entsorgung usw. Besonders die öffentlichen und kommunalen Infrastrukturen der medizinischen, sozialen und technischen Versorgung sind von schwindenden Bevölkerungszahlen in besonderer Weise betroffen. In kleineren Städten (bis ca. 10.000 Einwohner) oder kleinräumigeren Einheiten, wie z. B. Stadtquartiere sowie in ländlich geprägten Regionen haben sich die Rahmenbedingungen durch die demografischen Veränderungen gewandelt. Damit die Kreise und Gemeinden sich auf die strukturellen Herausforderungen einstellen können, greifen Stadtplaner oft auf Prognosen und Vorausberechnungen des Bundes und der Länder zurück. Quantitative Prognosen sind jedoch auf eine bestimmte Grundgesamtheit für mathematische Berechnungen angewiesen. Je geringer der Datenbestand, desto ungenauer sind die Prognosen und damit die qualitative Aussage. Um mögliche Unsicherheiten berücksichtigen zu können – die gerade im ländlichen Raum durch den geringeren Datenbestand entstehen – ist es sinnvoll, Szenarien für die Untersuchungsgebiete zu erstellen.

Die Szenariotechnik soll als ein (Planungs-) Instrumentarium vorgestellt und im folgenden Beitrag genauer beschrieben werden. Der Artikel behandelt hierbei die Arbeit im Bereich der Szenariotechnik während des GIS Camps 2011. Das GIS Camp ist eine Sommerschule, an der sowohl Direktstudenten als auch Onlinestudenten der Hochschule Anhalt teilnehmen und in einer zweiwöchigen Projektphase vielfältige Themen bearbeiten.

Folkmar Bethmann

Entwicklung einer Monte-Carlo-Simulation zur Optimierung der 6DOF-Navigation mit einem mikroskopintegrierten Einkamerasystem“

In der „computerassistierten Chirurgie“ kommen komplexe bildbasierte Navigationssysteme zum Einsatz, die dem Chirurgen als Hilfsmittel zur Planung und Durchführung von operativen Eingriffen zur Verfügung stehen. Sie helfen bei der Realisierung möglichst minimal-invasiver Eingriffe und führen zu einer Verringerung von Risiken.

Die Funktionsweise eines bildbasierten Navigationssystems basiert prinzipiell auf der kontinuierlichen Erfassung der sechs Freiheitsgrade („Six degrees of freedom“, 6DOF) zur Beschreibung der relativen Position und Orientierung zwischen Patient und medizinischen Geräten (z. B. chirurgischen Instrumenten) und der Verknüpfung dieser 3D-Informationen mit Planungsdaten, die im Zuge der Operationsplanung in präoperativ aufgezeichneten CT- oder MRT-Schichtbilddaten erzeugt wurden.

Für das 6DOF-Tracking werden als Lokalisierungssysteme heute je nach klinischer Anwendung unterschiedliche Systeme eingesetzt. Dazu gehören u. a. mechanische Messgeber, ultraschallbasierte Systeme, elektromagnetische Systeme und optische Systeme (Birkfellner 2011). Optische Systeme werden vorwiegend als Stereosysteme realisiert (physikalisch stabile Anordnung zweier Kameras auf einer festen Basis) und liefern die höchsten Genauigkeiten. Sie sind üblicherweise als „Stand-Alone“-Systeme konzipiert und werden neben dem Operationstisch aufgebaut, so dass es für spezielle chirurgische Teilgebiete mit besonders beengten Platzverhältnissen (Neurochirurgie, HNO-Chirurgie) zu Problemen durch Verdeckungen und mangelnde Sicht auf das Operationsfeld kommen kann.

Galileo kurz und bündig

Folge 9: Die Galileo Navigationsnachricht

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