Bild 1: Die auf Testfahrzeugen montierten hochdynamischen Beschleunigungs- und Laser-Höhensensoren erfassen die Profile der Straßenoberfläche in hoher Auflösung und bilden damit die Grundlage für eine genaue Zustandsbewertung des Straßenbelags während der Bauphase

Der 594 km lange Ganga Expressway, der sich durch den indischen Bundesstaat Uttar Pradesh erstreckt, ist derzeit im Bau. Es handelt sich dabei um ein Infrastrukturprojekt von enormer Wichtigkeit. Es verbindet Millionen von Menschen und fördert die regionale Wirtschaft. Bei einem der ehrgeizigsten Straßenbauprojekte Asiens gibt es jedoch eine zentrale Herausforderung: die Bauqualität zu sichern, ohne den Fortschritt auszubremsen. 

In Indien wurden Zustandsbewertungen des Straßenbelags bisher traditionell während der Bauphase durchgeführt. Die Methoden erforderten jedoch einen erheblichen manuellen Aufwand und erreichten weder Geschwindigkeit noch Präzision integrierter, sensorbasierter Systeme. Für ein Großprojekt wie den Ganga Expressway suchte die Uttar Pradesh Expressways Industrial Development Authority (UPEIDA) daher nach einem proaktiveren, datenbasierten Ansatz. Das System sollte Abweichungen der Straßenqualität nahezu in Echtzeit erkennen, direkt vor Ort und während des laufenden Baus. Gleichzeitig sollte die Lösung objektive Evaluierungen von Fahrkomfort und Sicherheit nach internationalen Standards liefern und die Grundlage für eine vorausschauende Instandhaltungsplanung schaffen.

Bild 2: Die Kombination von optoelektronischen Geschwindigkeitssensoren und Trägheitssensoren generiert präzise Bewegungs- und Geschwindigkeitsdaten für jeden Straßenabschnitt und erlaubt eine kontextbezogene Analyse der Qualität des Fahrbahnbelags

Die Lösung: End-to-End-Messsystem zur Zustandsbewertung des Straßenbelags
Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, entwickelte das schweizerische Messtechnikunternehmen Kistler zusammen mit RTDT Laboratories AG, einem Start-up der ETH Zürich, ein umfassendes System zur Bewertung der Straßenqualität, das alle Komponenten von der Sensorik bis zur Cloud umfasst. Die Technologie vereint präzise Messungen, lokale Datenverarbeitung, Cloud-basierte Analysen und eine anschauliche Visualisierung der Ergebnisse.

Bild 3: Das von der RTDT Laboratories AG entwickelte Cloud-basierte Dashboard visualisiert Qualitätsdaten zur Zustandserfassung der Fahrbahnoberfläche pro Fahrbahnspur. Diese unterstützen fundierte Entscheidungen beim Bau und der Instandhaltung von Straßen

Dieses auf Testfahrzeugen montierte Messsystem zur Zustandserfassung des Straßenbelags verwendet hochdynamische Beschleunigungssensoren und Laser-Höhensensoren der HF-Serie von Kistler, um das Straßenoberflächenprofil mit hoher Präzision und räumlicher Auflösung zu messen. Die HF-Sensoren arbeiten mit optischer Triangulation, um berührungslose Höhenmessungen durchzuführen. Optoelektronische Geschwindigkeitssensoren wie Correvit S-Motion und inertiale Messeinheiten ergänzen das System. Gemeinsam ermöglichen sie eine synchronisierte Erfassung von Bewegungs- und Positionsdaten für jeden Abschnitt der Fahrbahnoberfläche. Dank geringer Signalverzögerung und der Einbindung von GPS sowie Beschleunigungssensoren liefern sie dabei exakte Informationen zur Position und Dynamik jedes Straßenabschnitts.

Edge-Computing-Module verarbeiten die erfassten Daten zunächst direkt vor Ort im Fahrzeug. Dadurch werden Latenzzeiten minimiert und die Datenmenge für die Übertragung reduziert. Anschließend werden die Informationen sicher an die Kistler-Cloud übermittelt. Die Cloud-basierte Analyse von RTDT wertet dann die Rohdaten mithilfe von domänspezifischen Algorithmen aus. Hierzu zählen u. a. die Berechnung der Ebenheit des Straßenbelags nach dem International Roughness Index (IRI) sowie die Bewertung von Fahrkomfort und Vibrationen gemäß ISO 2631.

Ein interaktives, kartenbasiertes Dashboard stellt alle Ergebnisse bereit. Bauunternehmen, Aufsichtsbehörden und Projektverantwortliche können damit die Straßenqualität pro Fahrspur und pro 100 m Straßenabschnitt nahezu in Echtzeit visualisieren. 

Das Ergebnis: Früherkennung der Qualität des Straßenbelags statt teurer Nacharbeit
In enger Zusammenarbeit haben alle Partner die Umsetzung in nur drei Monaten abgeschlossen und dabei technische Innovationen aus verschiedenen Bereichen zusammengeführt. Qualitätsabweichungen des Straßenbelags und die Vibrationswerte werden mithilfe der neuen Technologie erfasst, verfolgt und dokumentiert. So gewährleisten die Verantwortlichen die Einhaltung von Sicherheitsstandards und optimieren die Bauqualität in jeder Phase. Dieser Ansatz senkt die langfristigen Instandhaltungskosten, ermöglicht eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und ist auch nach der Inbetriebnahme der Straße noch von Nutzen. Mithilfe der kontinuierlichen Überwachung bei Baufortschritt können Infrastrukturmanager Oberflächenverschleiß nachvollziehen, aufkommende Probleme frühzeitig erkennen und vorausschauende Instandhaltungsmaßnahmen planen. So trägt die Überwachung dazu bei, die Fahrqualität zu erhalten, Sicherheitsstandards einzuhalten und die Lebensdauer der Straße zu verlängern.

Bild 4: Das Dashboard zeigt Referenzprofile für die Rauheit des Straßenbelags und die Vibrationswerte an und ermöglicht so einen präzisen Vergleich, bspw. mit dem International Roughness Index (IRI) sowie Kennzahlen basierend auf ISO 2631

Nach der erfolgreichen Implementierung auf dem Ganga Expressway kommt die End-to-End-Sensorlösung zur Zustandsbewertung des Straßenbelags nun auch auf anderen wichtigen indischen Schnellstraßen zum Einsatz, darunter die Gorakhpur Link Expressway, Agra-Lucknow Expressway, Purvanchal Expressway und Bundelkhand Expressway.

Weitere Informationen
Kistler Group
CH-8408 Winterthur
www.kistler.com