TECHNOLOGIE Wissenschaft Internationales Verkehrswesen (63) 2 | 2011 46 B eim Neubau oder bei der Sanierung von Flugbetriebsflächen sind allgemeine Zustandserfassungen für die Abnahme zur Betriebsaufnahme nach § 44 LuftVZO und zur baulichen Abnahme nach VOB/ B erforderlich. Weiterhin müssen als Basis für das kontinuierliche Erhaltungsmanagement allgemeine Zustandserfassungen in Abhängigkeit von der Intensität des Flugbetriebs bzw. von der allgemeinen Nutzung durchgeführt werden. Die bauliche Abnahme einer Flugbetriebsfläche erfolgt durch den Auftraggeber (Flughafenbetreiber) und bildet den Rahmen für sämtliche Zahlungs- und Gewährleistungsmodalitäten gegenüber dem Auftragnehmer (ausführende Firma) [5 - 9]. Im Gegensatz dazu erfolgt die Abnahme zur Betriebsaufnahme von der Genehmigungsbehörde des jeweiligen Bundeslandes und ermöglicht nach positivem Bescheid die bestimmungsgemäße Nutzung der Flugbetriebsfläche und die entsprechende Veröfentlichung im Luftfahrthandbuch (engl. aeronautical information publication, AIP). In der Regel entsprechen die vertraglich festgelegten baulichen Anforderungen den Standards und Empfehlungen des ICAO Annex 14 oder sie liegen sogar darüber, so dass im Anschluss an eine bauliche Abnahme ohne nennenswerte Beanstandungen die Abnahme zur Inbetriebnahme unproblematisch ist. Werden jedoch im Zuge der baulichen Abnahme Ausführungsmängel, beispielsweise nicht erreichte Oberflächeneigenschaften, festgestellt, so stellt sich meist die Frage, inwieweit einerseits diese Mängel betrieblich überhaupt relevant sind und ob andererseits die Verhältnismäßigkeit der Mängelbehebung zur zeitlichen Verzögerung und zum finanziellen Aufwand eine 100 %ige Mängelbeseitigung überhaupt rechtfertigt. Weiterhin werden in den Regelwerken der ICAO für Flugbetriebsflächen andere Messsysteme und -verfahren als bei Straßenverkehrsanlagen sonst üblich gefordert, so dass oftmals für die bauliche Abnahme nur Messwerte vorliegen, die aus dem Straßenwesen stammen [1 - 2]. Ein direkter Vergleich mit den Anforderungen der ICAO für Flugbetriebsflächen ist deshalb nur bedingt möglich. Aufgrund dieser Tatsache und der meist erheblichen Dimensionen von Flugbetriebsflächen ist eine umfassende Messung und Dokumentation von aussagekräftigen und detaillierten diskreten Einzelkriterien wie Längs- und Querebenheit, Längs- und Querneigung, Griigkeit usw. von grundlegender Bedeutung. Einsatz eines kinematischen Vermessungssystems Um die beschriebene Problematik zu lösen, haben bislang verschiedene Unternehmen kinematische Messsysteme erfolgreich im Bereich der Vermessung und Zustandserfassung von Straßenverkehrsanlagen eingesetzt [10 - 12]. Abbildung 1 zeigt als Beispiel das Mobile-Straßen- Erfassungs-System „MoSES“ der Firma 3D Mapping Solutions GmbH. Bei der Oberflächenvermessung wird durch das kinematische Vermessungssystem, im Folgenden „Fahrzeug“ genannt, ein sog. Befahrungskorridor digital erfasst. Die aufgenommenen Daten wer- Zustandserfassung von Flugbetriebsflächen Bislang existiert kein standardisiertes Verfahren für eine allgemeine Zustandserfassung von Flugbetriebsflächen. Eine innovative und aussagekräftige Lösung stellt die Oberflächenvermessung mit einem kinetischen Vermessungssystem in Kombination mit Videokameras und Laserscannern dar. Anhand der Datenerfassung können Modelle generiert werden, die exakte Vergleiche mit den Sollwerten der genehmigten Ausführungsplanung ermöglichen. Abb. 1: Mobile-Straßen-Erfassungs-System (MoSES) Internationales Verkehrswesen (63) 2 | 2011 47 Abb. 2: Laserscanner-Messdaten einer Flughafen-Erfassung Abb. 3: Laserscanner-Messdaten: Detailansicht S/ L-Bahn-System den gespeichert und stehen somit für die nachfolgende Auswertung sämtlicher Messfahrten zur Verfügung. Die Auswertung kann einerseits auf ein spezielles technisches Zustandskriterium zugeschnitten, andererseits aber auch schrittweise verfeinert werden. Naturgemäß hängt die Präzision der Messdaten im Wesentlichen von den verwendeten Hochleistungs-Laserscannern ab. Grundlage für die visuelle Zustandserfassung sind die erfassten Bilddaten der am Fahrzeug installierten Dokumentationskameras (Multikamerasystem). Die Bilddaten werden für die Auswertung georeferenziert aubereitet. Die Erfassung vom Fahrzeug aus hat den Vorteil, dass die Aufnahme der Flugbetriebsflächen in relativ kurzer Zeit und auch bei Nacht stattfinden kann, so dass es in der Regel zu keinerlei flugbetrieblichen Einschränkungen kommt. Die vollständige Erfassung eines Großflughafens kann deshalb innerhalb weniger Nächte erfolgen. Messprinzip und Leistungsdaten [10] Zu jedem Zeitpunkt der Messung werden die 3D- Positionen (Lage und Höhe) und der Lagewinkel (Nick-, Roll- und Azimutwinkel) des Fahrzeugs mit Hilfe eines sich selbst kalibrierenden Systems kontinuierlich ermittelt. Die eingesetzten Hochleistungs-Laserscanner können einen Entfernungsbereich von bis zu 80 m abdecken. Pro Messprofil werden dabei bis zu 10 000 Punkte gemessen. Dies entspricht ca. 1 bis 4 Mio. Punkte pro Sekunde. Die Wiederholgenauigkeit der lasergescannten Einzelpunkte liegt bei ca. 0,5 mm, so dass detaillierte Plausibilitätskontrollen der Messdaten möglich sind. Die Diferenz der Messpunkte relativ zum Fahrzeug beträgt lediglich wenige Millimeter. Für hoch genaue Messungen, beispielsweise von der vorhandenen Textur, werden in der Regel maximale Breiten von 15 bis 20 m gemessen. Bei breiteren Flächen werden die Messergebnisse mehrerer Befahrungen zu einem homogenen Ergebnisbild zusammengesetzt. Die visuelle Erfassung erfolgt mit Kameras variabler Ausrichtung (Multikamerasystem). Es kommen dabei infrarotempfindliche Grauwertkameras sowie Farbkameras zum Einsatz. Die unmittelbar auf die Oberfläche ausgerichteten Kameras dienen der visuellen Dokumentation des jeweiligen Befahrungskorridors. Sämtliche Kameras sind photogrammetrisch kalibriert und werden analog zu den gescannten Messdaten präzise örtlich referenziert. Mit Hilfe photogrammetrischer Messungen in den Aufnahmen können Objekte in dreidimensionalen Koordinaten inklusive einer Objekttypisierung erfasst werden. Auf diese Weise erhält man zusätzlich zu der allgemeinen Zustandserfassung infrastrukturelle Bestandsdaten, z. B. von der Beschilderung einer Flugbetriebsfläche, die in ein Verwaltungssystem integriert werden können. In der Regel sind Messgenauigkeiten von 1 bis 5 cm erreichbar. Analyse der Messwerte und Zustandserfassung Für die exakte Analyse der Laserscanner-Messdaten müssen die Messpunkte zunächst in ein Oberflächenmodell umgesetzt werden. Dieses Modell wird in Form von Querprofilen entlang einer Bestandsachse erzeugt (siehe Abbildung 5). Zur Gewährleistung der Genauigkeit und zum Anschluss an ein lokales Koordinatensystem werden Passpunkte verwendet, die bei der Aufnahme von Flugbetriebsflächen ca. 100 bis 250 m auseinanderliegen. Aus den Daten des digitalen Oberflächenmodells lassen sich Zustandsgrößen der Längs- und Querebenheit ableiten. Die Abweichungen gegenüber einem Regelquerschnitt bzw. einem „Idealprofil“ können dargestellt werden (Mulden, Senken usw.). Weiterhin ist die Erfassungstiefe so detailliert, dass Markierungen, Unterflurbefeuerungen u. Ä. ersichtlich werden. Zusammenfassend kann eine exakte allgemeine Zustandserfassung diskreter Bereiche von Flugbetriebsflächen bis hin zu einer einzelnen Betonplatte der Verkehrsflächenbefestigung durchgeführt werden. Ein direkter Vergleich verschiedener Verfahren zur Aufnahme von einzelnen Zustandskriterien (ICAO, FGSV usw.) ist nicht notwendig. TECHNOLOGIE Wissenschaft Internationales Verkehrswesen (63) 2 | 2011 48 Abb. 6: Erfassung von Luftfahrthindernissen [1] International Civil Aviation Organization (ICAO): Aerodrome Design Manual - Part 3 - Pavements, 2 nd Edition, Montreal, 1983 [2] International Civil Aviation Organization (ICAO): Aerodromes - Annex 14, Volume I, Aerodrome Design and Operations, 5 th Edition, Montreal, 2009 [3] HORONJEFF, MCKELVEY, SPROULE, YOUNG: Planning & Design of Airports, 5 th Edition, McGraw-Hill, USA, 2010 [4] WALKER D.: PASER-Manual - Asphalt Airfield Pavements/ Concrete Airfield Pavements, University of Wisconsin-Madison, FAA, 2004 [5] Technische Prüfvorschriften für Gri gkeitsmessungen im Straßenbau; Teil: „Seitenkraftmessverfahren (SKM)“, TP Grif-StB 07 (SKM), FGSV, 2007 [6] Technische Prüfvorschriften für Gri gkeitsmessungen im Straßenbau; Teil: „Messverfahren Skid Resistance Tester (SRT)“, TP Grif-StB 04 (SRT), FGSV, 2004 [7] Technische Prüfvorschriften für Gri gkeitsmessungen im Straßenbau; Teil: „Messverfahren Skid Resistance Tester (SRT)“, TP Grif-StB 04 (SRT), FGSV, 2004 [8] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton, ZTV Beton-StB 07, FGSV, 2007 [9] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigung aus Asphalt, ZTV Asphalt-StB 07, FGSV, 2007 [10] www.3d-mapping.de: 3D Mapping Solutions GmbH, Oberhaching [11] www.schnierig.com: SCHNIERIG Ing.-GmbH, Essen [12] www.iwsmesstechnik.de: IWS Messtechnik GmbH, Celle QUELLEN Abb. 4: Laserscanner-Messdaten: Detailansicht Parallelrollweg Abb. 5: Oberflächenmodell der S/ L-Bahn (vgl. Abb. 3) Zusammenfassung Die Oberflächenvermessung mit einem kinematischen Vermessungssystem zur allgemeinen Zustandserfassung von Flugbetriebsflächen bietet umfassende Möglichkeiten für eine Detailauswertung. Parallel dazu kann die erforderliche ICAO-Konformität nachgewiesen werden, so dass die Ergebnisse als Grundlage für ein Erhaltungsmanagement von Flugbetriebsflächen geeignet sind. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Zustandserfassungsmethoden aus dem Bereich der Straßenverkehrsanlagen kann eine kinematische Vermessung kurzfristig, schnell, ganzheitlich und mit vergleichsweise geringem Aufwand erfolgen. Alles in allem stellt sie damit eine kostengünstige und gleichzeitig eiziente Methode dar. Der Kostenrahmen für eine kinematische Vermessung beläuft sich - je nach Größe des S/ L-Bahn-Systems und je nach gewünschter Erfassungstiefe - auf ca. 1 EUR pro lfd. Meter Messstrecke bei einer Messbreite von ca. 15 - 20 m. Die Ergebnisse sind präzise und können bei Bedarf durch Wiederholungsmessungen bestätigt werden. Nachträgliche Diskussionen werden somit minimiert. Als zusätzliches „add on“ können von den befahrenen Korridoren aus angrenzende Luftfahrthindernisse (Gebäude, Masten, Bewuchs usw.) mit aufgenommen und vermessen werden, so dass alle relevanten Abstände und Hindernisfreiflächen gleichermaßen ausgewertet und dokumentiert werden (siehe Abbildung 6). Unabhängig von dem Einsatzgebiet auf Flugbetriebsflächen wird die Oberflächenvermessung mit kinematischen Vermessungssystemen bereits erfolgreich im Bereich von Straßen- und Schienenverkehrsanlagen eingesetzt. Hier können als Beispiele die Vermessung des gesamten Straßenkorridors sowie die Bestimmung der Bestandsachsen und -daten in Teilbereichen der Autobahnen A3, A6, A9 genannt werden. Weiterhin wurden beispielsweise große Bereiche des U-Bahn-Systems der Millionenstadt Madrid in einem Winkel von 360° gescannt und vermessen [10]. Dass die Integration der Oberflächenvermessung mit einem kinematischen Vermessungssystem in die entsprechenden Vorschriften für die Zustandserfassung von Verkehrsflächen sollte deshalb angestrebt werden. ɷ Ulrich Häp, Dr.-Ing. ö.b.v. Sachverständiger für Flugplätze TÜV NORD Cert GmbH, Abt. Aviation, Berlin uhaep@tuev-nord.de