Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Als übergeordnete Ziele untersuchte das Forschungsvorhaben die Möglichkeiten zur zerstörungsfreien Ableitung der Tragfähigkeit von Forststrassen durch Nutzung von Ground Penetrating Radar (GPR) sowie die objektive Ableitung des Strassenzustands durch Nutzung verschiedener Technologien, um die Grundlage für ein umfassendes Unterhaltskonzept zu schaffen.
Im Teil 1 des Forschungsvorhabens wurden verschiedene GPR-Systeme bezüglich ihrer Eignung zur Erkennung von Schichtstärken bei Forststrassen verglichen. In einer Kiesgrube wurden Strassenaufbau-Profile mit metallischen Referenzobjekten zur eindeutigen Erkennung der Schichtgrenzen erstellt.
Bei Nutzung eines Ultrabreitband-Sensors mit einer Frequenz war die 500 MHz-Frequenz zur Erkennung von Schichtgrenzen bis zu einer Tiefe von rund 1 m geeignet. Die 1000 MHz-Frequenz erreichte diese Detektionstiefe nicht bei allen Profilen, erkannte die Deckschicht jedoch zuverlässiger als die niedrigere Frequenz. Ein GPR mit moduliertem Frequenzbereich ermöglichte dank grösserer Bandbreite in den meisten Fällen die gleichzeitige Interpretation von Schichtgrenzen in unterschiedlicher Tiefe. Schwierigkeiten bereitet bei allen Systemen das Erkennen von Grenzen zwischen ähnlichen Materialien.
Im Anschluss wurden auf Forststrassen Rasteraufnahmen durchgeführt, welche bei erhöhtem Messaufwand zusätzlich eine 3D-Darstellung der GPR-Untersuchungen ermöglichen. Der Strassenaufbau wurde durch Aufreissen der Strasse verifiziert. Die Rasteraufnahmen brachten keinen Mehrwert zur Detektion der Schichtgrenzen.
Weitere Tests auf Strassen mit unbekanntem Aufbau haben die mögliche Detektionstiefe von rund 1 m bestätigt. Fast immer war eine Schichtgrenze erkennbar, die vermutlich auf den Übergang von Oberbau zu Unterbau zurückzuführen ist. Die grundsätzliche Eignung der beiden getesteten GPR-Technologien zur Erkennung der Stärke des Oberbaus kann bestätigt werden. Datenerhebung und -bearbeitung sind jedoch zeitaufwändig, weswegen die Technologie ohne Teilautomatisierung der Prozesse noch nicht für grössere Datenerhebungskampagnen auf Waldstrassen geeignet scheint.
Nach Ermittlung der Mächtigkeit des Oberbaus mit GPR, kann daraus gefolgert werden, welche Massnahmen erforderlich sind, um die Tragfähigkeit der Strasse zu gewährleisten. Der Stärkenindex bestehender Strassen wurde dazu anhand der Schichtstärke und Tragfähigkeit des Materials berechnet. Der erforderliche Stärkenindex wurde anhand der über die Lebensdauer der Strasse zu erwartenden Belastung mit einer Dimensionierungsformel berechnet. Deren Faktoren waren bis auf die Untergrund-tragfähigkeit einfach zu erheben. Böden mit geringer Untergrundtragfähigkeit sowie Strassen mit mehrschichtigem Aufbau und unbekanntem Baumaterial erfordern auch bei der Nutzung von GPR eine Verifizierung durch Aufreissen der Strasse. Dies empfiehlt sich vor allem vor teuren Massnahmen.
Teil 2 des Projekts untersuchte die Eignung von zwei Aufnahmegeräten zur Beurteilung des Strassenzustands. Getestet wurden die auf Ultraschall-Sensoren basierte «BFH- Messlanze» und das Solid-State LiDAR System «Cube1» der Firma Blickfeld. Hierzu wurden die Systeme Messungen eines hochauflösenden terrestrischen Laserscanners gegenübergestellt und deren Eignung zur Erfassung der Wegezustandsparameter Fahrbahngeometrie und Oberfläche, Graben, Böschung und Lichtraumprofil diskutiert und getestet. Anschliessend wurde darauf aufbauend ein automatisiertes Auswertekonzept erarbeitet und eine Zustandsklassifizierung einer Forststrasse vorgenommen.
Mit dem Solid State LiDAR System «Cube1» war es möglich, die Fahrbahngeometrie auch bei geringer Dachprofilausprägung zu beurteilen und auf längeren Streckenabschnitten dynamisch anzuwenden. Das System zeigte damit die grundsätzliche Eignung als Basis für ein Wegemonitoring- Konzept. Aufgesetzt auf der richtigen Plattform, verspricht es in niedrigem Preissegment die Mehrzahl praxisrelevanter Wegeparameter ausreichend genau zu erfassen und stellt dabei Funktionen für eine vollautomatisierte Echtzeitauswertung bereit, um eine andernfalls erforderliche Datenspeicherung zu umgehen. Für eine vollumfängliche Nutzung zur Wegezustandsbeurteilung fehlen jedoch Sensoren wie GPS, welche, ähnlich zum Konzept der Messlanze, integriert werden müssen.
Die Messlanzentechnik hingegen konnte in ihrem aktuellen Entwicklungszustand nicht zufriedenstellend in Anwendung gebracht werden. Durch die fehlende ständige Nivellierung des Systems, als auch die limitierte Auflösung der Sensorik, ist der Anwendungsbereich der Messtechnik stark auf spezielle Wegeausbaustandards mit überhöhtem Dachprofil limitiert, welche sich nicht mit den Wegebau-Standards der Partner-Forstbetriebe deckten.
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