Mobile Mapping auf der Überholspur

Auf der Überholspur - Mobile Mapping

Für die Erneuerung der Fahrbahndecke eines 19 km langen Teilstückes der A 27 benötigte die niedersächsische Straßenbauverwaltung vermessungstechnische Bestandsdaten. Die bundesweit agierende Ingenieur- und Vermessungsgesellschaft RMK hat die Daten per Mobile Mapping erfasst und mit card_1 ausgewertet.

CARD_1 Punktraster (südliche Fahrbahn), DGM als Höhenliniendarstellung (nördliche Fahrbahn).

Fotorealistisch – 3D-Modell inkl. DGM, Orthofoto und Punktwolke.

Bilddokumentation: Bilder erleichtern die Orientierung vor Ort – Aufnahmestandpunkt mit Einzelfotos in Blickrichtung.

Die vermessungstechnische Bestandsdatenerfassung für die Planung, den Bau und die Unterhaltung öffentlicher Verkehrsflächen unterliegt in den vergangenen Jahren einem rasanten Wandel durch den Einsatz neuer Messverfahren. Die Erfassung mit Tachymetern und GNSS Systemen wird insbesondere durch den Einsatz von Mobile Mapping Systemen und UAV Technologien ergänzt. Die technischen Anforderungen an Ingenieurbüros und die Vorhaltung dieser Systeme nehmen stetig zu. Für viele Projektanforderungen ist darüber hinaus erst eine Kombination der einzelnen Verfahren zielführend. Ein wesentlicher Fokus liegt bereits bei der Planung der Projektdurchführung auf der Auswahl des geeigneten Messsystems. Hierbei müssen besonders Aspekte der erreichbaren Genauigkeit, der Arbeitssicherheit, der Verkehrsbeeinflussung und der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt werden. Die Wirtschaftlichkeit muss sich nicht zwangsläufig aus der Datenerfassung alleine ergeben, sondern kann auch durch die Weitergabe zusätzlich erfasster Daten, wie Orthofotos, Bilddokumentationen oder Punktwolken, im Gesamtprojekt entstehen.

Mobile Mapping

Als Grundlage für die Berechnung von Gradienten und die Erstellung von Deckenhöhenplänen hat sich die Datenerfassung mit Mobile Mapping Systemen als besonders geeignet gezeigt. Durch die Beschränkung der Erfassung auf den unmittelbaren Straßenraum kommen die methodenbedingten Nachteile des Systems im unbefestigten Seitenraum mit hoher Vegetationsdichte weniger zum Tragen. Im Vergleich zur tachymetrischen Bestandsaufnahme ergeben sich wesentliche Vorteile für:

1. Datenerfassung

reduzierte Verkehrsbeeinflussung
reduzierte Verkehrssicherungskosten
höhere Arbeitssicherheit
mit steigender Abschnittslänge niedrigere Gesamtkosten

2. Planung

flächendeckende Aufnahme der Fahrbahnoberfläche
flächendeckende Aufnahme der Brückenkonstruktionen
georeferenzierte Fotodokumentation

Projekt A 27

Für die Erneuerung der Fahrbahndecke der A 27 zwischen den Anschlussstellen Uthlede und Bremerhaven Süd wurde auf einer Länge von ca. 19 km eine vermessungstechnische Grundlage benötigt. Diese sollte zur Berechnung einer auf dem Bestand beruhenden optimierten Gradiente dienen. Die Datenerfassung wurde im Auftrag der niedersächsischen Straßenbauverwaltung durch das Unternehmen RMK durchgeführt. Aufgrund der bereits zuvor beschriebenen Vorteile des Mobile Mapping wurde das System MX8 von Trimble eingesetzt. Das System besteht aus einer Kombination unterschiedlicher Messsensoren. Die Sensoren werden über ein im Fahrzeug integriertes EDV-System gesteuert und die jeweiligen Messungen auf dem Datenspeicher aufgezeichnet. Während der Aufnahmebereich durch sieben Bildkameras und zwei Laserscanner aufgezeichnet wird, entsteht die Georeferenzierung der Punktwolke und der Einzelbilder im Postprozessing durch Verwendung der ebenfalls aufgezeichneten Informationen aus DGNSS, IMU und DMI.

Projektgebiet A 27 AS Uthlede bis AS Bremerhaven Süd (Auszug NWSIB Niedersachsen).

Terrestrische Messungen

Zur Steigerung der absoluten Genauigkeit der Punktwolke wurden vor der Messfahrt insgesamt 144 Passpunkte auf dem Standstreifen signalisiert und durch GNSS Messungen und Nivellement bestimmt. Die Signalisierung und Bestimmung der Passpunkte erfolgte in einem Zuge mit der Vermarkung und Messung des für die spätere Bauausführung benötigten Festpunktfeldes. Auf diese Weise wird der zusätzliche Verkehrssicherungsbedarf für die Signalisierung und die Messung der Passpunkte minimiert.

Messfahrt mit Trimble MX8

RMK führte die Messfahrt mit einer Geschwindigkeit von ca. 60 - 80 km/h durch. Um eventuelle Abschattungen durch andere Verkehrsteilnehmer zu eliminieren, wurden alle Bereiche durch mindestens zwei Messfahrten abgedeckt. Die reine Fahrtzeit betrug ca. 3,5 Stunden.

Während der Messfahrt stehen dem Operateur Möglichkeiten zur kontinuierlichen Überwachung der Sensoren zur Verfügung. Bei Ausfall eines Sensors kann dadurch sofort gehandelt werden.

Datenauswertung mit card_1

Nach der Datenprozessierung inklusive der Georeferenzierung der gemessenen Passpunkte liegt für die weitere Auswertung eine Echtfarben-3D-Punktwolke im LAS-Format vor, die den Genauigkeitsanforderungen der RAS-Verm entspricht. Die Daten der Punktwolke werden im ersten Arbeitsschritt in card_1 importiert. Die für die Deckenoptimierung benötigten Elemente lassen sich anschließend aus der Punktwolke extrahieren. Hierzu gehören alle Zwangspunkte der Fahrbahn und Bauwerke, wie Fahrbahnkanten, Bankett, Brückenkappen, Brückenwiderlager, Schilderfundamente und sonstige befestigte Flächen. Zusätzlich zu extrahierende Elemente sind Schächte, Abläufe, Rinnen, Schilder und passive Schutzeinrichtungen. Für die Extraktion der Linienobjekte stellt card_1 Funktionen zur Längs- und Querschnittsansicht der Punktwolke zur Verfügung. Im Regelfall werden senkrecht zur Achse Punktwolkenkorridore mit einer Breite von ca. 30 cm betrachtet. Der CAD Operateur digitalisiert im Schnitt die Linienpunkte und vergibt zusätzliche Liniencodes. Über die Liniencodes lassen sich anschließend alle Punkte einer Linie automatisch verbin- Aus der Praxis | interAktiv 2/2014 | 15 den. Über die extrahierten Fahrbahnkanten wurden geschlossene Umringe gelegt. Innerhalb der Umringe können mithilfe von card_1 Funktionen Punkte in einem beliebigen Rasterabstand auf die Fahrbahndecke gerechnet werden. Hierfür stellt das card_1 Punktwolkenmodul unterschiedliche Rechenansätze zur Verfügung. Nach der automatischen Generierung des Punktrasters lässt sich mithilfe der Punkte und der Fahrbahnkanten ein flächendeckendes DGM über die Fahrbahndecke erzeugen. Das DGM dient für die weiteren Berechnungen der Gradientenoptimierung und für die Erstellung eines Deckenhöhenplans.

CARD/1 Auswertung im Querschnitt mit Liniencodierung.

CARD/1 Auswertung – Rasterpunkte aus Punktwolke generieren.

Bilddokumentation in card_1

Während der kompletten Punktwolkenauswertung sowie für die anschließende Ausführungsplanung stehen die aufgenommenen Bilddaten dem Bearbeiter über das card_1 Modul Bilddokumentation zur Verfügung.

Die geocodierten Bilder enthalten Informationen über den Aufnahmestandpunkt und die Aufnahmerichtung und werden dadurch automatisch im Projekt positioniert. Auf diese Weise lassen sich Informationen der Bestandsobjekte, wie das Material, zuverlässig verifizieren.

3D-Visualisierung der Punktwolke

Unter Verwendung der aufgezeichneten Daten lassen sich zusätzliche 3D-Visualisierungen erstellen. Diese bestehen in der Regel aus einer Kombination von Luftbild, DGM und bereinigter Punktwolke. Durch das Zusammenfügen der Daten ist der Bestand fotorealistisch abbildbar. Und in einem weiteren Arbeitsschritt lassen sich anschließend 3D-Modelle der Planung in den Bestand eingefügen. Sie helfen dem Planer bei der grafischen Kontrolle und veranschaulichen allen Präsentationsbeteiligten die Situation vor Ort.