CoRoCon - Ground (Contactless Road Condition) - Stationäre/Mobile-Berührungslose Messung von Fahrbahn-Oberflächenzuständen

CoRoCon fokussiert primär auf den Einsatz im Straßen-Winterdienst. Das System ist als mobiles als auch stationäres Entscheidungs-Unterstützungssystem, welches mittels innovativer, berührungsloser Messungen der Fahrbahnoberfläche permanente Aufzeichnungen durchführt und digitale Protokolle erstellt, als integrierte Lösung in Form eines landesweiten Serviceportals ausgeführt.

Durch die Hinzunahme weiterer Standard-Messwerte und durch das zusammenspielen der Messwerte liegen so viele Werte vor,dass dem Fahrer daraus bereits unterstützende Entscheidungshilfen in Echtzeit am Display zur Verfügung gestellt werden können.

Eckdaten des Projekts

• Projektdauer: 1,5 Jahre
• Projektträger: Amt der Burgenländischen Landesregierung, Abteilung 5 - Baudirektion
• Geplantes Beschaffungsvolumen: € 200.000

Ausgangssituation

Der gesamte Straßenerhaltungsbetrieb ist landesweit fix mittels eines Schichtbetriebskalenders eingeteilt. Aufgrund von gesetzlichen Notwendigkeiten sind zyklische Einsatzfahrten durchzuführen, auch wenn diese nur als Kontrollfahrt enden. Daraus ergeben sich zwangsläufig hohe Einsatzgrundkosten unabhängig davon, welche Wetterlage vorherrscht. Mittels der Umstellung auf ein digitales System können Erfahrungswerte generiert werden, welche diese Basiskosten entsprechend reduzieren können.

Der heutige Standard der Winterdienstplanung beruht auf Kontrollfahrten mit Winterdienst-LKW (Pflug- und Streugerät) und der großteils manuellen Feststellung der Umweltsituation auf der Fahrbahn durch den LKW-Fahrer. Die Beobachtungen/Feststellungen des Fahrers werden in einem manuellen Protokoll festgehalten und der Fahrer entscheidet während der Fahrt aufgrund seiner Erfahrung und Einschätzung, welche Maßnahmen (Pflugfahrt, Streuerbetrieb, Streumitteldosierung) er für die gegenwärtige Situation setzt. Dieses Service funktioniert seit Jahrzehnten, bringt jedoch auch Unschärfen und Reklamationen mit sich, weil sich Fahrbahnzustände auch schnell ändern und die Aufzeichnungen des Fahrers im Beweislastfall nicht verifiziert werden können.Weiters ist es im Zuge der Instandhaltung und Wartung des Straßennetzes notwendig gewisse Fahrbahnbeschaffenheiten zu ermitteln und für den Fall von Sonderzuständen geeignete Maßnahmen einzuleiten.

Vorgehensweise

1. Mobile-Berührungslose Messung von Fahrbahn-Oberflächenzuständen:
   Als innovative Ausbaustufe dieser digitalen Basis wurden anhand von Vorgesprächen und Computersimulationen mit Messtechnikern eine berührungslosen Messtechnik umgestzt, die am Fahrzeug verbaut wurde und in das Basissystem integriert wurde. Grundsätzlich bot sich der Einsatz von Strahlungsthermometern an. Diese Komponenten werden in der stationären Industrie zur Messung von Oberflächentemperaturen bereits vielfach eingesetzt. Unsere Tests haben ergeben, dass damit grundsätzlich auch die Fahrbahnoberflächentemperatur gemessen werden kann. Die Herausforderungen lag jedoch darin, dass bei Messungen während der Fahrt sowohl Schwingungen, als auch Umwelteinflüsse (Schmutz, Wasser, Schnee,…) kompensiert werden mussten, damit präzise und konstante Messergebnisse erzielt werden konnten. Mittels eines Pyrometer-Prototyps wurden in den Wintermonaten Tests durchgeführt um verifizieren zu können, ob mittels dieser Technik eine Lösung erzielt werden kann. Daraus haben wir erkannt, dass unser Ansatz praktikabel ist, weil die Messwellenlänge im Infrarotbereich auf die zu messende Oberfläche eingestellt/angepasst werden kann.
    
2. Sationäre-Berührungslose Messung von Fahrbahn-Oberflächenzuständen:
   Für die Messung über die Wintermonate haben sich in die Fahrbahn eingegossene Sensoren etabliert. Diese Sensoren können je nach Bauart verschiedene Zustände wie Temperatur, Verschleiß, Oberflächenbelegung usw. messen. Um diese Eigenschaften zu erreichen, dürfen diese Sensoren aber nur knapp unter oder direkt auf Höhe der Asphaltoberfläche eingebaut werden. Durch die mechanische Beanspruchung der Fahrzeuge, sowie durch potenzielle mechanische Einflüsse im Winterdienst (Pflugräumung, Salzstreuung,….) werden diese Sensoren naturgemäß stark beansprucht. Im „Idealfall“ fällt der Sensor aus – im schlechtesten Fall liefert der Sensor über eine Zeit lang verfälschte Werte. Bei Sanierungsarbeiten müssen die Sensoren aus- und wieder eingebaut werden. Ein weiterer Schwachpunkt dieser Technik liegt darin, dass die Stromversorgung schwierig zu organisieren ist, weil auch die Verkabelung in der Fahrbahn große Herausforderungen mit sich bringt. Sofern diese Hürden geschafft sind, stellt sich noch die Frage der Datenübermittlung. Auch dabei stellt unsere Marktrecherche fest, dass es keine Standards gibt und eine Einbindung in hausinterne Portale eher nur mit größerem Aufwand realisierbar ist. Eine Verfügbarkeit der Messdaten in Echtzeit, bzw. eine Echtzeit-Übertragung in die Straßendienstfahrzeuge zur schnellen Reaktion bei über-/unterschreiten von Schwellenwerten scheint eher schwierig realisierbar. Diese Sensoren sind daher nicht sehr weit verbreitet, weil die laufenden Kosten und die Präzision der Messergebnisse aufgrund der mechanischen Einflüsse in keiner Relation zu den üblichen Zielen stehen.
   
   Erste Ansätze zu neben der Fahrbahn angebrachter Messstationen sind vorhanden. Diese beschränken sich aktuell meist mit der Erfassung von Standardwerten wie Luftfeuchte, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeiten. Eine innovative, berührungslose Messung der Fahrbahnoberfläche und die Ermittlung von Oberflächeneinflüssen (Trocken/Feucht/Nass ; Wassermenge ; Schneemenge ; Taupunkt ; Vereisung ; ….) in einem Gerät war am Markt noch nicht vorhanden.Die umgestzte Lösung basiert auf einem Produkt welches in der Landwirtschaft aktuell zu den innovativsten Ansätzen gehört. Am Feldrand befindliche Mess-/Sensorstationen ermitteln relevante Parameter des Bodens und stellen diese in Echtzeit über Server zur Verfügung. Das Düngeaggregat des Traktors wird mit den aus der Messstation verarbeiteten Daten versorgt und steuert so die Menge und Zusammensetzung des Düngemittels. Diese Idee verlagerten wir auf die Straße. Die bereits vorhandenen Basisstationen wurden auf unsere Bedürfnisse mit geänderter Sensorik bestückt. Mittels kippbarer 4,5 Meter hoher Masten wuden diese Stationen an definierten Punkten neben der Straße aufgestellt. Das Kernelement der Innovation besteht darin, dass sämtliche Werte berührungslos ermittelt werden und keine fixen Verbauten im Straßenbelag notwendig werden. Ein weiterer Meilenstein wird mit der am Modul befindlichen PV-Zelle zur Stromversorgung erreicht. Eine eingebaute Pufferbatterie speichert so viel Energie, dass ein vom Stromnetz unabhängiger 24-Stunden Betrieb gewährleistet werden kann. Die ermittelten Daten werden über ein GSM-Mobilfunkmodul an unseren Server übermittelt. Es ist bekannt, dass die Datenübermittlung über Mobilfunk energieintensiv ist, jedoch beginnt sich in letzter Zeit der sogenannte „Narrow Band“ Standard durchzusetzen. Damit ist es möglich mit besonders wenig Energieaufwand Daten über Mobilfunk zu transportieren.
   
   Es wurde mittels Ausschreibungsverfahren (ANKÖ Portal) ein Grundsystem für die Ausrüstung der Winterdienst-LKW mittels Telematiksystem durchgeführt und vergeben. Aufbauend auf diesem System wurde das System CoRoCon - Ground (Contactless Road Condition) - Stationäre -Mobile-Berührungslose Messung von Fahrbahn-Oberflächenzuständen umgestezt, diese Vergaben fanden im Rahmen von gesonderten Ausschreibungsverfahren.
   
   Ein Ausweitung auf den gesamten Fuhrpark ist derzeit in Planung. An dem Projekt waren sowohl die beschaffende Stelle als auch die Betriebswerkstätten mit ca. 20 Personen für den Einbau und die im Winterdienst eingesetzte Mannschaft mit ca. 400 Mitarbeitern beschäftigt welche das System aktuell nutzen.

Ergebnis und Mehrwert

Das Kernziele der digitalen Datenerfassung während der Einsatzfahrten, der GPS-gestützten Protokollierung, sowie der Echtzeit-Unterstützung des Fahrpersonals zum Setzen geeigneter Maßnahmen konnte damit voll erreicht werden.

Durch die Erhebung und Auswertung von Echtzeit-Messwerten können aber auch die variablen Kosten (Personal, Kraftstoff, Streumittel…) entsprechend reduziert werden. Es ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt jedoch schwierig zu berechnen, welche Kosteneinsparungen daraus erzielt werden können. Unsere Schätzungen gehen davon aus, dass sich diese Investitionen innerhalb von 2-3 Jahren amortisieren werden. Neben der notwendigen betriebswirtschaftlichen Betrachtung stehen für uns aber die Steigerung von Servicegrades und Sicherheit im Mittelpunkt.

Ansprechpartner

Hr. Ing. Jürgen Glöckl

Amt der Burgenländischen Landesregierung
Abteilung 5 - Baudirektion
Hauptreferat Allgemeine Dienste
Referat Anlagen, Geräte und Fuhrpark