FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PHYSIKALISCHE MESSTECHNIK IPM. Möglichkeiten und Grenzen des mobilen Laserscanning Dr. Alexander Reiterer
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1 FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PHYSIKALISCHE MESSTECHNIK IPM Dr. Alexander Reiterer
2 Fraunhofer-Gesellschaft In Freiburg, in Deutschland und weltweit Freiburg ist der größte Fraunhofer-Standort. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist global aktiv. Jedes der 60 Fraunhofer- Institute hat große Handlungsspielräume. Bremerhaven Oldenburg Bremen Itzehoe Hamburg Hannover Lübeck Braunschweig Oberhausen Paderborn Halle Dortmund Schkopau Duisburg Kassel Schmallenberg St. Augustin Erfurt Jena Aachen Euskirchen Gießen Wachtberg Ilmenau Rostock Potsdam Magdeburg Leipzig Darmstadt Würzburg Bayreuth Erlangen Bronnbach St. Ingbert Kaiserslautern Fürth Nürnberg Saarbrücken Karlsruhe Pfinztal Ettlingen Stuttgart Straubing Freising Freiburg Augsburg Garching München Oberpfaffenhofen Kandern Prien Efringen- Holzkirchen Kirchen Berlin Teltow Cottbus Dresden Freiberg Chemnitz Fraunhofer IPM / Folie 2
3 Fraunhofer IPM Überblick Geschichte 1963 Arbeitsgruppe Physikalische Weltraumforschung in Freiburg 1973 Fraunhofer-Institut 1980 Fraunhofer IPM 2005 Terahertz-Messtechnik in Kaiserslautern Personal 220 Mitarbeiter Betriebshaushalt Mio, davon 4,7 Mio Industrieerlöse Fraunhofer IPM / Folie 3
4 Fraunhofer IPM Mission: Effizienz Gute Ideen für bessere Lösungen Analysen-Messsysteme Abgasemissionen senken Optische Fertigungsmesstechnik Produktivität erhöhen Thermoelektrische Systeme Wärme verstromen Terahertz-Messtechnik und -Systeme Material zerstörungsfrei prüfen Fraunhofer IPM / Folie 4
5 Fraunhofer IPM Forschungsgruppe Laser Scanning LSC LSC entwickelt Systeme für industrielle Partner, kümmert sich aber gegebenenfalls auch um die Implementierung, Abnahme und um den Vertrieb (inkl. Service). Fraunhofer IPM / Folie 5
6 Fraunhofer IPM Forschungsgruppe Laser Scanning LSC Oberleitung Lichtraumprofil Straßenbelag Masten Geometrie Software Fraunhofer IPM / Folie 6
7 Mobiles Laserscanning (Überblick) Fraunhofer IPM / Folie 7
8 Mobiles Laserscanning (Aufbau) Schwachstelle (Genauigkeit) Quelle: Christian Wever, Marcus Wegener Fraunhofer IPM / Folie 8
9 Motivation Deutsches Straßennetz umfasst km. Wert der Straßen kann auf 470 Milliarden Euro beziffert werden. Budget zur Erhaltung der Straßen wird Milliarden Euro erreichen. 82% des Personenverkehrs und 65% des Güterverkehrs laufen über die Straße. Fraunhofer IPM / Folie 9
10 Problemstellung Zustandserfassung von Bundesfernstraßen und Landesstraßen soll alle 4 Jahre erfolgen Zustandserfassung inkludiert Ebenheit in Längs- und Querrichtung vorhandene Griffigkeit Substanzmerkmale der Oberfläche Aus Querebenheit/Querprofilen werden die Kenngrößen Spurrinnentiefe und fiktive Wassertiefe berechnet. Fraunhofer IPM / Folie 10
11 Anforderungen an das System Messbreite auf Bundesautobahnen von 3.20 m Punktabstand in Querprofile von 10 cm Punktgenauigkeit der Einzelmessung von 0.2 mm Bisher kommt immer ein Messbalken für die Messung der Querebenheit zum Einsatz (Breite ca m). Fraunhofer IPM / Folie 11
12 Lösungsansatz Laser Scanner zur Erfassung der Ebenheit in Querrichtung Montage in 3 m Höhe (ermöglicht das Scannen einer 4 m breiten Straße in einem Durchgang) Scanfrequenz ermöglicht Geschwindigkeiten von bis zu 80 km/h Fraunhofer IPM / Folie 12
13 Systemkonzept (Überblick) Phasenlaufzeitverfahren Systemtechnik modulare Systemkonzepte integrierte Datenverarbeitung robuste Gehäusetechnologie (IP67) Systemintegration Kombination mit Positionierungssystemen (z. B. GNSS und INS) Fraunhofer IPM / Folie 13
14 Systemkonzept (Scanning) 45 -Spiegel zur Strahlablenkung Polygonspiegel zur Strahlablenkung Fraunhofer IPM / Folie 14
15 Systemkonzept (Umsetzung) Fraunhofer IPM / Folie 15
16 Software Bestimmung der gefahrenen Linie (Trajektorie) Ermittlung der Messpunkte im 3D-Raum Zusammenfassung der Messpunkte auf einer Fläche von 10 x 10 cm Erzeugung eines validen Höhenmodells Ableitung von Querprofilen Bestimmung der bautechnischen Parameter aus den Querprofilen Fraunhofer IPM / Folie 16
17 Beispiele - 2,0 % - 2,3 % - 2,5 % Fraunhofer IPM / Folie 17
18 Labortest PPS 101, SN: Light Grey 35% and 80% (*) Mean Grey 20% (*) Noise (std. dev. < 0.2 middle 0 deg mm 0.16 side 35 deg mm 0.24 mm (*) on norm target, reference system = Leica Laser Tracker AT901B Fraunhofer IPM / Folie 18
19 Grenzen der Genauigkeit Quelle: APPLANIX Fraunhofer IPM / Folie 19
20 Zusammenfassung / Ausblick System für Querebenheitsmessung im Sub-mm Messung bei voller Geschwindigkeit möglich (80 km/h) Augensicher (1.500 nm) System erfolgreich am Markt positioniert (Lehmann und Partner haben mehr als km Straße erfasst) Ausblick: Erhöhung der Scandichte geplant Ausblick: Erhöhung der Messfrequenz geplant (1 MHz 2 MHz???) Ausblick: Automatisierte Risserkennung Fraunhofer IPM / Folie 20
21 Zusammenfassung / Ausblick Ausblick: Ganzheitliche hochgenaue Erfassung der Straßen(umgebung) Fraunhofer IPM / Folie 21
22 Zertifizierungen Referenzen Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Lehmann und Partner Austrian Institut of Technology (AIT) Auszeichnungen GIS Award 2013 Geoinformationswirtschaft Nominierung für Wichmann- Innovationspreis 2012 Fraunhofer IPM / Folie 22
23 Gute Ideen für bessere Lösungen Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Besuchen Sie uns auch im Internet Fraunhofer IPM / Folie 23
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