2002 starteten die ersten Fahrzeuge der TU-Dresden. Sie lieferten mit einem frontseitig montierten Stereo-Kamerasystem bereits Daten über Abgrenzungen und Unregelmäßigkeiten der Fahrbahn.

Spätestens 2013 sollen alle Kommunen die so genannte Doppik, eine doppelte Buchführung einführen. Für die Eröffnungsbilanz dieses Systems müssen die Kommunen ihr komplettes Vermögen erfassen. Auch der Zustand der Straßen ist dabei zu bewerten.

Während ein Großteil der Bürgermeister und Kämmerer Techniker mit Bandmaß und Messrad auf die Straße schickt, beauftragen insbesondere größere Orte vermehrt solche Vermessungsbüros, die auf Hightech aus der Bildverarbeitung setzen. Die mobilen Messsysteme beantworten Fragen wie: Welche Schäden hat der Frost des letzten Winters angerichtet? Welche Straßenabschnitte sind besonders reparaturbedürftig? Wo ist die notwendige Baustellen-Ausfahrt gefährdungsfrei realisierbar? Ist die Fahrbahnbreite trotz geplanter Einengung noch ausreichend?

Fragen zur finanziellen Bewertung von Straßenschäden und zur Planung von Bauvorhaben beantworten diese Systeme quasi vom Schreibtisch aus. Bereits heute sind so gewonnene Daten häufig die Grundlage für Entscheidungen zur Entwicklung der Infrastruktur in der Stadt und auf dem Land.

„Wir haben unsere Versuche in diesem Bereich 2002 mit einem einfachen System zur Frontbild-Erfassung gestartet", erinnert sich Dr. Dirk Ebersbach, ehemaliger Team-Leiter an der TU-Dresden. Er und sein Team realisierten damals das erste Modell eines solchen Vermessungsfahrzeugs. Die Bildverarbeitung basierte auf zwei Firewire-Farbkameras des Herstellers Allied Vision Technologies. Ebersbachs Partner zur Entwicklung des Vision-Systems war das Ingenieurbüro Ulf Neubert, Vertriebspartner von Stemmer Imaging in Ostdeutschland.

Heckkameras erweitern die Fähigkeiten

Im Jahr 2009, nach 200 000 km im Einsatz, ersetzten die Partner Ebersbach und Neubert das erste Modell. Bei der Folge-Entwicklung sattelten sie nicht nur auf Gigabit-Ethernet um, sondern ergänzten das System um zwei zusätzliche Heckkameras. Während das erste System die Straße nur aus der Fahrersicht vermessen konnte, ist es nun möglich, die komplette Straßenoberfläche kontinuierlich auf Schlaglöcher, Risse und Spurrinnen zu untersuchen.

Die am Heck verbauten Kameras TM- 2040 des Herstellers JAI unterstützen den damals neuen Dual-Tap-Modus. Diese Betriebsart steht mittlerweile auch in einigen anderen Kameras zur Verfügung. Dabei werden die Daten des Kamera-Sensors über zwei Kanäle ausgelesen, um die Übertragung der Bilder zu beschleunigen.

... Beschädigungen gut erkennbar und erlaubt eine deutliche Verbesserung der Auswertemöglichkeiten beim Straßencheck.

„Damit waren wir erstmals in der Lage, bei der gewünschten Fahrtgeschwindigkeit von rund 100 km/h Bilder im Abstand von einem Meter aufzu nehmen", resümiert Ebersbach. Ergänzt wurden die Heckkameras um zwei Front-Farbkameras vom Typ TMC-4200 des gleichen Herstellers.

Zu Beginn des Jahres 2010 wechselte Ebersbach zur Firma Lehmann+Partner, einem Dienstleister für die Straßenerfassung. Dort ist das beschriebene Heckkamerasystem an dem Messfahrzeug Zeus angebracht. Mit Hilfe der Kameras und einem Beleuchtungssystem untersucht Zeus aktuell tausende Kilometer Straße in Deutschland. Dafür mussten die Bildaufnahmen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen für die Zustandsüberwachung zugelassen werden. „Unsere Lösung absolvierte diese Prüfung problemlos", berichtet Ebersbach.

Zwölf Kameras erlauben Rumdumsicht

Neben Front- und Heckbildern, liefert der für Eagle Eye Technologies entwickelte Mess-Mercedes zusätzliche Informationen zur Umgebung.

Eine weitere Herausforderung trug der Vermessungsdienstleister Eagle Eye Technologies noch im Jahr 2009 an Ebersbach heran: Um weitere Merkmale der Straße zu erfassen - wie Einfahrten, Bürgersteigabsenkungen, Gewege - und um eine Rundumsicht zu ermöglichen, galt es, die erarbeitete Bildverarbeitungs-Technik mit zwölf Kameras auf ein neues Vermessungsfahrzeug zu adaptieren. Dabei war das Kamerasystem an die firmeneigene Navigationslösung des Dienstleisters anzubinden. Wegen der großen Datenmengen musste die PC-Technik angepasst und die Stromversorgung neu konzipiert werden.

Die Schnittstellen-Entscheidung fi el nicht leicht: „GigEVision- Kameras sind erst seit etwa 2006 am Markt erhältlich und zum Zeitpunkt der Entwicklung war die Gigabit-Ethernet- Technologie in der Bildverarbeitung noch nicht sehr weit verbreitet. Zunächst hatten wir daher mit einer Cameralink- Architektur geliebäugelt. CameraLink ist ein ausgereifter Standard und schneller als GigE, jedoch für die Anforderungen dieses Systems mit Blick auf die erforderlichen 15 Meter Kabellänge eher ungeeignet und wegen der notwendigen Frame-Grabber im PC zu aufwendig. Im Nachhinein sind wir mit der Entscheidung pro GigE sehr glücklich", beschreibt Ebersbach die Schnittstellenauswahl bei diesem Projekt.

Die Fahrzeuge sind bei jedem Wetter unterwegs, deshalb sind die Kameras in Schutz gehäusen auf dem Fahrzeugdach untergebracht. Die IP66-Kameraköpfe sind einzeln abnehmbar und somit je nach Bedarf auf verschiedene Fahrzeuge montierbar. Dieser Vorteil kommt besonders bei Eagle Eye Technologies zum Tragen. Denn dort gehören neben mehreren Messfahrzeugen für Autobahn, Bundes- und Kommunalstraßen ein geländegängiges Schmalspurfahrzeug für Fuß-, Wald- und Feldwege zum Fuhrpark.

Bei 130 km/h Daten für Google Earth sammeln

Mess-Vans erfassen den Zustand der Straßen und Gewege in einer Auflösung von einem halben Meter. Die Geo-Daten lassen sich in Dienste wie Google Earth einbinden. Auf einem Blick ist zu erkennen, wo Handlungsbedarf besteht.

Die aktuelle Generation der Straßenvermessungsfahrzeuge ermöglicht die Aufnahme von Bildsequenzen bei Geschwindigkeiten von bis zu 130 km/h. Zwölf Kameras dokumentieren Zustand, Breite und Markierung der Fahrbahn, liefern Bilder von Randstreifen, Leitplanken und Fußwegen sowie Aufnahmen aus Sicht des Fahrers.

Die dabei anfallenden Datenmengen sind enorm und liegen bei 2 MByte pro Meter Straße. Dies erfordert ein Konzept zur Speicherung der Bilder. Es sieht vor, dass zunächst nur Sensor- Rohdaten gespeichert werden. In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung erfolgen die Konvertierung in RGB-Daten sowie die Bildauswertung erst offline am PC.

Zudem sind alle aufgenommenen Bilder mit den Geo-Daten versehen. Zur Positionsbestimmung – auf einen halben Meter genau – kombinieren die Mess-Vans Informationen einer GPS-Ortung, Daten eines Wegmess-Systems und Messungen von Winkeln und Beschleunigungen in allen drei Raum-Achsen. So ist es möglich, die Bilddaten in einem Geo-Informations-System wie Google Earth darzustellen.

Mit dem aktuellen Vermessungsfahrzeug ist laut Ebersbach die Basis für weitere Anwendungen geschaffen. Vergleichbare Systeme könnten Tunnel und Schienen vermessen, Routen für Schwerlast-Transporte planen oder für eine behindertengerechte Gestaltung von Verkehrswegen sorgen.

Autoren:

Ulf Neubert ist Inhaber des Ingenieurbüros Neubert in Bockau.

Peter Stiefenhöfer ist Leiter Marketing bei Stemmer Imaging.