Dr. Ulrike Stöckert ist seit dem 1. Februar 2025 neue Leiterin der Abteilung Straßenbautechnik der Bundesanstalt für Straßen- und Verkehrswesen (BASt) in Bergisch Gladbach. Ulrike Stöckert ist Bauingenieurin. 2020 folgte sie dem Ruf als Professorin an die Fachhochschule Aachen für das Lehrgebiet Straßenplanung und Straßenbau. Seit Juni 2021 ist sie Mitglied des Aufsichtsrates der DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH. Ulrike Stöckert ist seit vielen Jahren in verschiedenen Gremien der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) aktiv. Quelle: BaST

Frau Dr. Stöckert, wie steht es um den Zustand der Radwege in Deutschland allgemein?

Seit 15 Jahren fördert das Bundesministerium für Verkehr (BMV) die Studienreihe „Fahrrad-Monitor“ des SINUS-Instituts. Im aktuellen „Fahrrad-Monitor 2023“ gaben 40 % von insgesamt 3.253 Radfahrenden an, dass sie sich im Straßenverkehr unsicher fühlen, 38 % nannten als Grund den schlechten Zustand der Radwege. Das zeigt, dass für die Steigerung der Attraktivität des Fahrradfahrens nicht nur der Aus- und Neubau der Radinfrastruktur von Bedeutung ist, sondern auch die Bereitstellung von Radwegen in einem guten baulichen Zustand. Für die Zustandserfassung von Radwegen gibt es in Deutschland noch keine Standards. Zwar wurden in den letzten Jahren bereits Erfassungen in größerem Umfang durchgeführt, diese basieren jedoch auf unterschiedlichen Erfassungstechnologien, so dass Aussagen, wie es um den Zustand der Radwege in Deutschland steht, nicht anhand belastbarer Zustandsdaten möglich sind.

Man kennt die messtechnische Straßenbefahrung von kommunalen Straßen. Lässt sich das Verfahren einfach auf Radwege adaptieren?

In den letzten Jahren wurden im In- und Ausland auch messtechnische Zustandserfassungen von Radwegen mit Messfahrrädern und Messfahrzeugen durchgeführt, wobei sehr unterschiedliche Erfassungstechnologien genutzt wurden. Die Schadenscharakteristik auf Radverkehrsanlagen sowie deren Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit, den Fahrkomfort und den baulichen Zustand sind nur bedingt mit der Straße vergleichbar, deshalb ist die einfache Adaption der Verfahren der Straßenzustandserfassung hinsichtlich Messtechnik und Zustandsbewertung nicht ausreichend zielführend.

Wie verbreitet ist die Radwegebe­fahrung in deutschen Kommunen?

Insgesamt kann man feststellen, dass die Zustandserfassung der Radverkehrsinfrastruktur in den letzten Jahren an Bedeutung gewinnt. Einige Bundesländer haben bereits in den letzten 10 bis 15 Jahren messtechnische Zustandserfassungen von Radwegen an Bundes- und Landesstraßen durchgeführt. Dazu zählen Baden-Württemberg, Brandenburg, Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen oder Sachsen. Auf kommunaler Ebene wurde zum Beispiel in der Stadt Lübeck der Zustand der Radwege mit einem Messfahrzeug erfasst und bewertet. Ein anderes Beispiel ist das ca. 78 km lange Teilstück des Radfernweges Berlin – Usedom und des Ostseeradweges in Mecklenburg-Vorpommern. In den Kommunen wurden messtechnische Zustandserfassungen bislang überwiegend im Rahmen von Pilotprojekten erprobt. Für die Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) von Radwegen existieren in Deutschland derzeit noch keine einheitlichen Standards.

Welche Messwerte benötigt man für eine Zustandserfassung von Radwegen?

Im Forschungsprogramm Stadtverkehr (FoPS) wurde in den letzten drei Jahren unter dem Förderkennzeichen FE 70.0957 das Forschungsprojekt „Erfassung und Bewertung des baulichen Zustandes von städtischen Radverkehrsanlagen“ durchgeführt. Für die Festlegung relevanter Zustandsindikatoren zur Beschreibung des Fahrkomforts, von Teilaspekten der Verkehrssicherheit und des baulichen Zustandes von Radverkehrsanlagen wurden bautechnische Begutachtungen auf verschiedenen Radwegen in der Städteregion Aachen durchgeführt. Ein sehr häufiges Schadensbild auf Radwegen sind Unebenheiten durch Wurzelhebungen, die Höhendifferenzen bis zu 80 Millimeter zwischen dem Hochpunkt der Wurzelhebung und dem Sollniveau des Geh- und Radweges aufweisen können.
Ein anderes häufiges Schadensbild sind Risse in Form von Längs- und Querrissen sowie Risshäufungen, was durch geeignete Messtechnik im Zuge einer Zustandserfassung von Radwegen erfasst werden sollte. Im o.g. Forschungsprojekt wurde ein Messfahrzeug aufgebaut, das aufgrund seiner Abmessungen und Wendigkeit für die Befahrung von städtischen Radwegen sehr gut geeignet ist. Das Messfahrzeug ist mit verschiedenen Laser- und Kamerasystemen ausgestattet. Die Erfassung der Oberflächenschäden wie Risse, Ausbrüche und Abplatzungen erfolgt mit einer auf die Oberfläche des Radweges gerichteten Flächenkamera. Mit dem Ziel der Erfassung eines 2D oder 3D Profils der Radwegeoberfläche wurden im Projekt mögliche Technologien für die Erfassung detaillierter Höheninformationen untersucht. Gewählt wurde eine Stereokamera die eine 3D Punktewolke mit entsprechenden Höheninformationen liefert.

Ist die Erfassung der umliegenden Vegetation wichtig?

Zustandserfassung von Radwegen in Aachen mit dem im Rahmen des FoPS-Forschungsprojekts FE 70.0957 entwickelten Messfahrzeug. Quelle: BaST

Gerade im innerstädtischen Bereich sind an Geh- und Radwegen Baumpflanzungen vorhanden. Durch oberflächennahes Wurzelwachstum wird hier der Fahrbahnbelag sehr ungleichmäßig angehoben und es entstehen mitunter sogar Gefahrenstellen. Andererseits prägen Bepflanzungen und Baumbestände das Landschafts- und Stadtbild, spenden Schatten und erfüllen wichtige ökologische sowie gestalterische Funktionen. Um Schäden durch Wurzelhebungen zu vermeiden, ist es wichtig, im Zuge von Neu- und Erhaltungsmaßnahmen gute technische Lösungen wie Wurzelbrücken und Wurzelsperren zu planen.

Wie sieht es mit dem Grünbewuchs auf der Oberfläche des Radweges und der Grünbewuchs im Lichtraum aus?

Dies sind wichtige Informationen für die Bewertung des Fahrtkomforts und der Verkehrssicherheit. Grünbewuchs, der sich auf der Oberfläche von Radwegen oder vom Randbereich ausbreitet führt zu Beeinträchtigungen der verfügbaren Breite des Radweges. Grünbewuchs im Lichtraum führt zur Einengung der erforderlichen Verkehrs- und Sicherheitsräume. Vor diesem Hintergrund kann im Rahmen einer messtechnischen Zustandserfassung von Radwegen die Erfassung des Grünbewuchses zweckmäßig sein. Die eingesetzten Erfassungstechnologien lassen grundsätzlich auch die Aufnahme der umliegenden Vegetation zu. Hier liegt die Entscheidung bei der Kommune, ob diese Daten für den Betriebsdienst dienlich sind und Arbeitsabläufe erleichtern können.

Wie weit sind wir noch von Netzdaten für Radwege in der Verwaltung entfernt?

Aktuell gibt es in den Kommunen und Bundesländern verschiedene Informationen zum Radwegenetz. Hierzu gehören die Straßeninformationsbanken (SIB) der Bundesländer, landesweite Routenplaner für Alltags- und Freizeitverkehr, die meist über die SIB hinausgehende Informationen bieten. Es existieren auch verschiedene Apps bzw. Navigationssysteme für den Radverkehr, wie Komoot oder Naviki auf Basis frei zugänglicher Kartengrundlagen. Trotz dieser vielfältiger Daten fehlt bisher eine bundesweit einheitliche Grundlage für das Radnetz. Für eine Zustandserfassung von Radwegen ist eine eigenständige Definition des Radnetzes mit den zugehörigen Geometriedaten erforderlich. Die Definition des Straßennetzes wird in der Anweisung Straßeninformationsbank (ASB) verbindlich beschrieben. Um neben dem klassifizierten Straßennetz auch das kommunale Straßennetz und weitere additive Netze zu definieren, z. B. Radverkehrsnetze, gibt es in der Fachgruppe ASB die Unterarbeitsgruppe „untergeordnete Netze“. Im letzten Jahr wurde die AG Radnetz gegründet, die einen Vorschlag zur Integration des Radnetzes in die ASB erarbeitet hat. Für die Umsetzung sind die Verwaltungen zuständig.

KI ist für die Auswertung von Massendaten enorm wichtig. Wo steht man bei der Bewertung von Verkehrswegen? Was geht bereits, was noch nicht?

Die BASt befasst sich derzeit mit der Erarbeitung grundlegender Voraussetzungen für den Einsatz von KI-basierten Verfahren zur automatisierten Auswertung von Bilddaten im Rahmen der Straßenzustandserfassung. Eine zentrale Herausforderung besteht nach wie vor in der großen Varianz von Rissbildern und -ausprägungen. Während geometrisch klar definierte Strukturen von KI-Modellen zuverlässig erkannt werden können, stellen unregelmäßige Formen und uneinheitliche Konturen eine deutlich größere Schwierigkeit dar. Insgesamt verfügen KI-gestützte Ansätze über ein erhebliches Potenzial für die teil- oder vollautomatisierte Analyse bildbasierter Zustandsdaten, das zunehmend erschlossen und praktisch angewendet wird.

www.bast.de

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Müll- und Messfahrzeug gleichzeitig: Mit der kompakten und robusten Sensorbox auf dem Dach wird jedes Fahrzeug zum Messfahrzeug. Im März fuhr ein Müllfahrzeug der AWG durch das Stadtgebiet Wuppertal. Quelle: AWG Wuppertal

Immer mehr Kommunen bauen urbane digitale Zwillinge auf. Dabei gilt: Je aktueller und präziser die Daten, desto genauer lassen sich Prozesse innerhalb des virtuellen Stadtabbildes simulieren. Die am Fraunhofer IPM entwickelte mobile Sensorbox MUM mini geht dabei neue Wege. Sie erfasst hochpräzise 3D-Geodaten und kann an beliebigen Fahrzeugen implementiert werden. So kann das urbane Umfeld zeitlich engmaschig aufgenommen werden, ohne dass spezielle Messfahrzeuge im Einsatz sind.

MUM mini verarbeitet und reduziert Daten von zwei Laserscannern, mehreren Kameras und weiteren Sensoren direkt auf dem Messfahrzeug. Auch schmale Objekte wie z. B. Leitungen oder Schilder sind in der semantisch segmentierten 3D-Punktwolke erkennbar – Menschen oder Fahrzeuge hingegen werden anonymisiert, noch bevor die Daten an Geoinformationssysteme übermittelt werden.

Mit Saugnäpfen auf dem Fahrzeugdach befestigt

Die Sensorik des MUM mini Sensorik besteht aus zwei Laserscannern, mehreren Kameras, Positionierungseinheit, Rechen- und Speichermedien sowie der Stromversorgung.
Quelle: Fraunhofer IPM

Das am Fraunhofer IPM entwickelte Sensorsystem MUM mini (Mobile Urban Mapping System) schafft die Voraussetzung dafür, hochgenaue digitale Infrastrukturdaten zeitlich engmaschiger als bisher zu erfassen und instantan für digitale Stadtmodelle zur Verfügung zu stellen. Die gesamte Sensorik – bestehend aus zwei Laserscannern, mehreren Kameras, Positionierungseinheit, Rechen- und Speichermedien sowie der Stromversorgung – ist in einer kompakten Box untergebracht. Das zirka 20 Kilogramm leichte System ist nicht viel größer als zwei Schuhkartons und kann mithilfe von Saugnäpfen auf dem Dach beliebiger Fahrzeuge installiert werden. So werden Müllwagen, Taxis oder Busse zu Messfahrzeugen. »Unsere Sensorbox nimmt kontinuierlich Daten der Umgebung auf«, sagt Professor Dr. Alexander Reiterer, Leiter der Abteilung Objekt- und Formerfassung am Fraunhofer IPM. »Im Grunde ähnlich wie eine Smart Watch für den Menschen, nur eben für die Stadt.«

Intelligente Datenauswertung in Echtzeit

In einem automatisierten Prozess erkennen und klassifizieren spezifisch trainierte KI-basierte Algorithmen typische Objekte des urbanen Umfelds in den Kameradaten. Die Daten sind so genau, dass auch schmale Objekte wie z. B. Zäune, Schilder, Mülleimer oder Bäume erkannt werden. Durch Fusion mit den 3D-Daten der Laserscanner entsteht eine 3D-Punktwolke.

Um die großen Datenmengen in Echtzeit für digitale Stadtmodelle bereitstellen zu können, werden die Messdaten noch auf dem Fahrzeug mit einer speziellen KI vorverarbeitet und reduziert und vor dem lokalen Speichern automatisch anonymisiert. Über das 5G-Netz können sie direkt in Geoinformationssysteme gestreamt werden. Das System wurde im Rahmen des im Frühjahr 2025 abgeschlossenen Projekts MuSiS entwickelt.

Unterwegs in mehreren Städten

Müll- und Messfahrzeug gleichzeitig: Mit der kompakten und robusten Sensorbox auf dem Dach wird jedes Fahrzeug zum Messfahrzeug. Im März fuhr ein Müllfahrzeug der AWG durch das Stadtgebiet Wuppertal.
Quelle: AWG Wuppertal

Erste Messfahrten fanden in Heidelberg statt. Seit März ist MUM mini in Wuppertal unterwegs und wird bis Ende 2026 Messkampagnen zu unterschiedlichen Jahreszeiten durchführen. Fraunhofer IPM und die Stadt Wuppertal kooperieren im Rahmen der Forschungskooperation »DigiTal Zwilling«, die vom Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen gefördert wird. Auch die Stadt Freiburg plant Messfahrten mit dem MUM mini-System für ihre digitale Stadtentwicklung.

In Wuppertal sind insgesamt vier Messkampagnen geplant, die zu verschiedenen Jahreszeiten durchgeführt werden. Die ersten Messfahrten fanden an zwei Tagen Mitte März statt.

Nächste Schritte

Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik verwandelt die in Wuppertal aufgenommenen Rohdaten anschließend in nutzbare Objektdaten, die dann in den DigiTal Zwilling eingepflegt werden. Da der Einsatz der Sensorbox MUM-mini in Kommunen bisher noch weitestgehend unerforscht ist, liefern die Befahrungen in Wuppertal einen ersten wertvollen Beitrag zur Erforschung des Nutzens von flexiblen Mobile Mapping Daten in Urbanen Digitalen Zwillingen.

Straßenumfeld – Fraunhofer IPM

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Digitale Zwillinge gelten als die Zukunft der Geoinformationswirtschaft. Nicht nur die hochgenaue 3D-Vermessung, sondern auch die hohe Aktualität der Daten, ihr zentraler Zugriff über das Internet und neue Formen der Zusammenarbeit in verteilten Projektteams beflügeln die Vision der Digitalen Zwillinge. Bis zur flächendeckenden Umsetzung des Konzepts ist es allerdings noch weit. Einen Meilenstein auf diesem Weg hat nun das Forschungsprojekt Twin4Road genommen. Hier geht es darum, alle möglichen Daten aus dem Straßenraum mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) auszuwerten und so den detaillierten, aber auch heterogenen und speicherintensiven Daten mehr Nutzwert zu verleihen. Ein Hebel, um die Potenziale digitaler Zwillinge zu heben. Die Verwaltung und Instandhaltung der Straßeninfrastruktur soll dadurch nachhaltiger, effizienter und kostengünstiger werden.

Forschungsprojekt Twin4Road

Messfahrzeug der Stadt Essen inklusive Georadar (hinten). Die Stadt Essen hat 2024 ein Mobile- Mapping-Fahrzeug in einer verbesserten Konfiguration beschafft. Quelle: Stadt Essen

Das Forschungsprojekt Twin4Road startete im Dezember 2021. Ziel ist es, mit Hilfe von KI die Zustandserfassung zu automatisieren und eine Infrastrukturdatenbank für den Straßenraum aufzubauen. Dazu sollen die Daten des Digitalen Zwillings schnell und einfach zugänglich gemacht, umfangreiche Trainingsdaten generiert und die KI-basierten Fachanwendungen als Internetdienst zur Verfügung gestellt werden. Wichtig bei Twin4Road ist die Unabhängigkeit von Erfassungssystemen. Die KI verarbeitet Daten beliebiger mobiler Erfassungssysteme.
Neben 3D-Punktwolken und Bilddaten können auch Bodenradardaten verwendet werden. Das Projekt konnte auf die umfassenden Vorarbeiten und Daten der Stadt Essen zurückgreifen, die seit 2017 ein eigenes Fahrzeug betreibt. Die Daten werden fusioniert und gemeinsam ausgewertet. Im Projekt Twin4Road wurden bereits Daten verschiedener Systemtypen, z.B. von Trimble, verwendet. Projektpartner sind die Point Cloud Technology GmbH aus Potsdam als Konsortialführer, die Stadt Essen, das Hasso-Plattner-Institut für Digital Engineering gGmbH und der Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen.

Für alle Kommunen gedacht

Ziel des Projektes ist die Erforschung und Erprobung der Grundlagen für eine allgemein verfügbare Standardlösung für Kommunen und andere Betreiber von Verkehrsinfrastrukturen. Diese wird von Point Cloud Technology angeboten. Kunden können dann ihre Daten über einen SaaS-Dienst visualisieren und auswerten. „Die Idee ist, eine Art KI-basierte Fachschale für den Digitalen Zwilling des Straßenraums anzubieten“, beschreibt Geschäftsführer Dr. Rico Richter. Nicht jede Kommune muss dann zusätzlich zur Befahrung entsprechende Viewer und Auswertesoftware anschaffen und Systeme im eigenen IT-Netz installieren. Aus Sicht der KI stehen damit immer mehr Daten zur Verfügung, was eine Steigerung der Analysequalität bedeutet – ein üblicher Mechanismus bei KI-Anwendungen, von dem in diesem Fall alle Akteure gemeinsam profitieren. „Dahinter steht die Idee, wie ein KI-basiertes Straßenmanagementsystem der Zukunft für alle rund 830.000 Kilometer Straßen in Deutschland aussehen könnte“, beschreibt Richter. Das KI-basierte Software-Ökosystem verfolgt dabei das Ziel, mit möglichst geringem Ressourceneinsatz den größtmöglichen Nutzen für möglichst viele Nutzerinnen und Nutzer zu schaffen. Die Wirtschaftlichkeit einer Cloud-basierten Lösung ist für Nutzer dabei ein wichtiges Kriterium.
Weitere Kommunen in NRW haben bereits Interesse bekundet. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die Kommunen die erhobenen Straßendaten ohne Lizenzbeschränkungen und in standardisierten Formaten bereitstellen können. Die Komponenten der Datenhaltung, Visualisierung und Auswertung sind unabhängig voneinander. Viele Städte beschaffen sich heute sogar eigene Systeme für das Mobile Mapping, um hier maximale Freiheit und Gestaltungsmöglichkeiten zu haben.

Funktionale Vorteile

Klassifizierte Daten. In dem Projekt ist wichtig, dass Daten jeglicher Erfassungssysteme von der KI verarbeitet werden können. Quelle: Point Cloud Technology GmbH

Solche zukunftsorientierten Konzepte sind vor dem Hintergrund der heutigen Praxis gerechtfertigt. Verschiedene Dienstleister und Sensortechnologien liefern Daten und Datenformate, wobei eine gemeinsame Verarbeitung oder Visualisierung schlecht möglich ist. „Folglich ist die Bedienung der Anwendungen viel zu kompliziert, die Visualisierung im Internet oft auch zu langsam und ein kooperatives Arbeiten erheblich erschwert – ganz davon abgesehen, dass so an eine erfolgreiche Implementierung von KI überhaupt nicht zu denken ist“, so Richter.
Darüber hinaus bietet dieser Ansatz zahlreiche funktionale Vorteile. Die Datenfusion ermöglicht es z.B. auch, Daten aus verschiedenen Erhebungen vergleichbarer zu machen und so z.B. Zeitreihenanalysen durchzuführen. Das Teilen und Exportieren von Daten ist jederzeit möglich, ebenso das Zusammenführen heterogener Daten. Große Datenmengen können problemlos verarbeitet werden. Funktionalitäten bezüglich Authentifizierung (Sicherheit), Rollen oder hierarchischem Zugriff sind einfach und flexibel implementierbar. Zudem werden Kommunen langfristig unabhängig von Methoden, Sensorsystemen und Herstellerlösungen bei der Datenerfassung.

KI erkennt schon heute bis zu 95 Prozent aller Objekte

Bei Twin4Road hat sich bereits gezeigt, dass KI in der Lage ist, bis zu 95 Prozent aller gesuchten Objekte zu identifizieren. Ampeln, Schilder, Fahrbahnmarkierungen, Bordsteine oder Schäden können sehr gut erkannt werden. „Was das menschliche Auge in den Rohdaten an Objekten erkennt, kann die KI mindestens auch“, sagt Richter und verweist auf andere Bereiche der KI-basierten Analyse, die bereits weit entwickelt sind. „Im Bereich Mobile Mapping stehen wir noch am Anfang, weil die Fusion der entsprechenden Datensätze noch nicht so weit fortgeschritten ist und umfassende Trainingsdaten fehlen“, beschreibt Richter.
Der Ansatz in Twin4Road profitiert enorm davon, dass verschiedene Sensordaten parallel verarbeitet werden. „Die KI holt das Beste aus den jeweiligen Datensätzen heraus und kann so zum Beispiel Informationen über Schlaglöcher oder Spurrillen viel besser erkennen und den Zustand der Straßen bewerten“, beschreibt Richter.

Panoramabild (oben) und die mit KI klassifizierte Punktwolke im gleichen Bildausschnitt. Die KI erkennt Objekte, die der Mensch auch erkennen würde, automatisch.
Quelle: Point Cloud Technology GmbH

www.pointcloudtechnology.com
www.essen.de
www.strassen.nrw.de
www.hpi.de

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Mobile Mapping System: Das neue Erfassungssystem SMARIX der iNovitas. Foto: iNovitas

Verwaltungen, Planungsbüros und Infrastrukturbetreibende stehen vor der Aufgabe, immer umfangreichere Datenmengen effizient zu erfassen, auszuwerten und nutzbar zu machen. Die infra3D Plattform bietet mit der neuen Content Version 3.0 eine weiterentwickelte Erfassungs- und Verarbeitungstechnologie, die genau hier ansetzt. „Datenbasierte Entscheidungen sind der Schlüssel zu effizientem Infrastrukturmanagement. Mit infra3D liefern wir nicht nur Bilder, sondern eine intelligente, georeferenzierte Datengrundlage, die Verwaltungen und Fachplanende in ihrer täglichen Arbeit unterstützt – präzise, objektiv und direkt nutzbar.“ so Martin Montag, CCO der iNovitas.

Erfassungssystem SMARIX

Die neue Generation der infra3D-Erfassungssysteme soll Mobile Mapping noch vielseitiger einsetzbar machen. Denn neben neuester Sensortechnik und einer optimierten Datenverarbeitung ermöglichen es die kompakteren Erfassungsfahrzeuge, schmale Verkehrswege wie Radwege oder enge Gassen präzise zu digitalisieren. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten für eine netzabdeckende und detaillierte digitale Erfassung urbaner Mobilitätsstruktur.

Die hochauflösenden 360°-Panoramabilder und Frontkamerabilder erfassen Straßenzüge, Gehwege und städtische Infrastrukturen mit hoher Detailgenauigkeit. Eine präzisere KI-gestützte Datenanalyse und optimierte Algorithmen erkennen automatisch Schadstellen in der Fahrbahn, unterstützen präventive Verkehrssicherheitsmaßnahmen oder liefern eine schnelle Basis für die Inventarisierung von Straßenmobiliar. Diese Kombination bietet Kommunen, Ingenieurbüros und Versorgungsunternehmen eine wertvolle Entscheidungsgrundlage.

Digitale Zwillinge – Neue Dimension der 3D-Datenverarbeitung

Die KI-gestützten Analysen in infra3D ermöglichen eine automatische Erfassung von Verkehrsschildern, Schächten und Straßenzustand. Foto: iNovitas

Die neu integrierte Dual-Scanner-Technologie ermöglicht eine verbesserte Punktwolken-Erfassung mit komplementären Scanperspektiven. Das Ergebnis: hohe Punktdichte und Messsicherheit sowie eine optimierte Nutzung von 3D-Daten ohne Störfaktoren. In Tunneln und Bereichen mit schwierigen Lichtverhältnissen liefern die neuen Grauwertkameras beispielsweise eine bessere Bildqualität mit erhöhter Grauwertstufung. Eine weiterentwickelte Punktwolkenfilterung entfernt Objekte wie Fahrzeuge und Passanten, auch wenn sie sich bewegen, automatisch aus den LiDAR-Daten und schafft so eine exaktere Infrastrukturkartierung.

Die neue Content Version 3.0 verbessert auch die Nutzererfahrung. Die Web-Viewer-Technologie ermöglicht eine flexible Nutzung der Daten in Verbindung mit Drittsystemen, infra3D-Daten lassen sich beispielsweise einfach in bestehende (GIS-)Systeme integrieren lassen. Dafür steht eine neue, aktualisierte Version der infra3D JavaScript API zur Verfügung.

Großprojekte in der Schweiz

Ein groß angelegtes Projekt zeigt die Potenziale der neuen Technologie: Gemeinsam mit einem Partnerunternehmen digitalisiert iNovitas derzeit flächendeckend Straßennetze in der Ostschweiz. Zuvor erfolgte die Digitalisierung kommunaler Straßennetze in der Region Zürich Oberland – diese Daten sind seit Anfang des Jahres auf der infra3D Platform lizenzierbar. Ziel ist die Erstellung eines digitalen Zwillings, der Fachstellen und Infrastrukturbetreibenden hochpräzise 3D-Bilddaten zur Verfügung stellt. Durch diese umfassende Digitalisierung können verschiedene Fachbereiche erstmals mit denselben hochauflösenden Geodaten arbeiten, was Prozesse vereinfacht und die Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten Personen – intern und extern – verbessert. Martin Montag unterstreicht die Relevanz: „Solche großflächigen Digitalisierungsprojekte sind ein echter Meilenstein für das Infrastrukturmanagement. Sie zeigen, wie eine einheitliche, hochpräzise Datengrundlage verschiedene Fachbereiche effizient vernetzt und Prozesse verschlankt. Auch in Deutschland wäre ein flächendeckender digitaler Zwilling von Straßen und Infrastrukturen eine visionäre Entwicklung mit enormem Potenzial.“

Durch hochpräzise 3D-Daten und intelligente Messwerkzeuge lassen sich in infra3D vielfältige Anwendungen realisieren, wie beispielsweise digitale Geländemodelle. Foto: iNovitas

Die Nutzung hochauflösender 3D-Daten reicht, so Montag, mittlerweile weit über die klassische Infrastrukturplanung hinaus. Im Ingenieurwesen werden Machbarkeitsstudien, Projektierungen und Digitale Modelle oder Analysen für Straßenwerterhalt, Sicherheit und Lärmschutz erstellt. Versorgungsunternehmen können Hausanschlüsse und Leitungsstraßen planen oder präzise Bestandsdokumentation für die Netzbewirtschaftung realisieren. Auch das Versicherungswesen gehört zu den neuen Nutzergruppen, etwa im Umfeld von Risikobewertungen und Schadensanalysen. „Ob datenbasierte Entscheidungsprozesse, effizientere Abläufe oder nachhaltigere Planungen – die Digitale Straße eröffnet Unternehmen neue Perspektiven, um zukunftsorientiert zu agieren“, so Montag.

www.infra3d.com

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Strassenbefahrung via Smartphone: Die Vialytics-Lösung nutzt KI, um die Bilddaten der in kommunalen Fahrzeugen angebrachten Geräte auszuwerten. Fotos: Vialytics

Das digitale Werkzeug von vialytics ermöglicht es, den Straßenzustand automatisch über mobile Endgeräte zu erfassen, Maßnahmen auf Basis aktueller Daten zu planen und sämtliche Instandhaltungsaufgaben transparent und ämterübergreifend zu verwalten.

Das Unternehmen hat diese Form intelligenten Straßenmanagementsystems erstmalig entwickelt und gilt als Innovationsführer. Das Stuttgarter KI-Unternehmen mit 100 Mitarbeitenden zählt inzwischen über 600 Partnerkommunen in sieben Ländern, die ihre Infrastruktur mit künstlicher Intelligenz auszuwerten und darauf basierend die richtigen Instandhaltungsmaßnahmen ableiten.

Einheitliches System gibt Überblick

Knapp 350 Kilometer Straßennetz müssen die städtischen Mitarbeitenden in Goslar im Blick behalten, um die gesetzliche Verkehrssicherungspflicht für alle Bürger*innen zu garantieren. Kaputte Straßen, Forstwege und Bürgersteige, verblasste Markierungen und Verkehrszeichen, morsche Sitzbänke und Spielplatzgeräte – die Flut an Aufgaben in der Stadt mit 50.000 Einwohnern ist groß. Neben den regelmäßigen Kontrollen müssen dringliche Schäden schnell repariert und langfristige Erhaltungsmaßnahmen rechtzeitig in den Finanzhaushalt geplant werden. Bisher bedienten sich Betriebshof und Tiefbauamt unterschiedlicher Mittel, um den Zustand der Infrastruktur zu überblicken und Aufträge zu verteilen. „Von Stift und Papier über Excel und E-Mail bis hin zum Fax war alles dabei. Informationen gingen verloren oder kamen nicht bei den richtigen Personen an. Wir wussten oft nicht genau, welche Straßen den höchsten Reparaturbedarf hatten“, erklärt der Goslarer Digitalisierungsbeauftragte Holger Dettmer.

Künstliche Intelligenz und Smartphone-App

Seit der Einführung Anfang 2024 hat das vialytics System in Goslar sein volles Potenzial entfaltet: Im Erfassungsprozess werden Asphaltoberflächen alle vier Meter mit einem Smartphone in der Windschutzscheibe abfotografiert, sodass ähnlich wie bei 3D-Kartendiensten von Google oder Apple ein flächendeckender Katalog des 350 Kilometer fassenden Streckennetzes entsteht. Kennzeichen und Gesichter werden aus Datenschutzgründen verpixelt. Aufgezeichnete Straßen bewertet der Algorithmus anschließend in 15 Kriterien mit Noten von 1 bis 5 und markiert diese farbig auf einer Karte. Das Straßenmanagementsystem kann noch mehr: Es liefert Vorschläge für die Sanierungsplanung, verortet jedes einzelne Straßenschild der Stadt mit einer Schadensauswertung und dokumentiert beispielsweise auch die Wege des Winterdienstes. Damit bewegen sich alle beteiligten Ämter auf einer einzigen Plattform, mit der die erfassten Daten immer aktuell und in transparenten Prozessen verarbeitet werden.

„Mittlerweile sind zwei Drittel unserer Mitarbeitenden mit dem vialytics System auf ihren Smartphones ausgestattet, sodass wir wesentlich schneller an Bildmaterial und Infos aus dem Stadtgebiet kommen“, betont Betriebshofleiter Sebastian Heim, der mit dem vialytics System Bürgermeldungen und interne Aufträge deutlich schneller koordiniert. „Ein Schlagloch, das den Verkehr gefährdet, rückt jetzt sofort in unseren Fokus, sodass wir in kürzester Zeit reagieren können. Außerdem können wir in vielen Fällen auf Außeneinsätze verzichten, da wir die Bilddaten nutzen, um die Lage vor Ort einzuschätzen. vialytics spart uns sowohl Geld als auch Zeit – und erhöht gleichzeitig die Verkehrssicherheit.“

www.vialytics.de

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Digitalvorhaben wie die Erfassung des Straßenzustands und der Infrastruktur erfordern hohe Anfangsinvestitionen. Oft zeigen sich Einsparungen und eine Optimierung der Prozesse rund um die Strassenverwaltung erst nach einigen Jahren. Dennoch führt kein Weg daran vorbei, Daten zu den Straßen zu erfassen und diese zu digitalisieren. Wenn auch viele Entscheider bei der öffentlichen Hand diese Aufgabe in den Jahren vor ihrer Pensionierung scheuen und aufschieben, sie verlagern damit die Digitalisierung nur auf folgende Generationen. „Aufwendige Begehungen und Kateikartensysteme sind in Deutschland bedauerlicherweise noch weit verbreitet“, sagt Dr. Johannes Ludwig, Geschäftsführer der eagle eye technologies Deutschland GmbH aus Berlin.

Hillshade-Visualisierung eines Wendehammers. Quelle: eagle eye technologies Deutschland GmbH

Investitionsstau bei Straßen

Die Digitalisierung der Straßen ist ein wichtiges Instrument für die Planung der Investitionen. Das aktuelle Kfw-Kommunalpanel gibt an, dass es in Deutschland aktuell einen Stau von rund 40 Milliarden Euro an finanziellen Mitteln im Bereich Straßen und Verkehrsinfrastruktur gibt. Kommunen suchen daher nach Lösungen, um die Mittel zum Straßenerhalt optimal einzusetzen. Ausschlaggebend ist, dass bei der Erfassung der Straßendaten die entsprechende Qualität gewährleistet wird. „Es sind belastbare, vollständige und präzise Daten erforderlich, nur dann sind diese auch für die jeweiligen Aufgaben nutzbar“, so Ludwig. Den höchsten Nutzen können kommunale Verwaltungen aus vollständigen und exakten Daten ziehen, da sie durch diese viele Haushaltsmittel bei der Erhaltungsplanung einsparen können. Zu den Einsatzgebieten zählen beispielsweise Prognosen über die Zustandsentwicklung oder Folgeprojekte wie die Oberflächenabflusssimulation zur Hochwasserprävention oder Smart City-Anwendungen wie autonomes Fahren. Vor diesem Hintergrund bemerkt Ludwig: „Wenn bei der Erfassung Investitionen gescheut werden, zahlt es sich nicht aus, da so ein Digitalvorhaben am Ende unzureichend für die Anwendungen der Fachämter ist und keine Mehrfachnutzung der Daten erfolgen kann.“

Der Einsatz von High-Tech Messfahrzeugen wie von eagle eye technologies ist für nachvollziehbare und vollständige Ergebnisse entsprechend der anerkannten Regelwerke rund um das Straßenmanagement prädestiniert. Das Straßen- und Wegenetz, die Verkehrsflächen, die Infrastrukturobjekte und der Straßenzustand werden damit systematisch erfasst und ausgewertet.

eagle-eye-Messfahrzeug mit optimaler Sensorik für die Digitalisierung von Straßendaten. Quelle: eagle eye technologies Deutschland GmbH

In den letzten Jahren sind einige wichtige Innovationen hinzugekommen, vor allem der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) und Deep Learning. eagle eye technologies setzt beispielsweise einen neu entwickelten Algorithmus zur Detektion und Kartierung von Verkehrszeichen ein. Mit ihm können beliebig große Sätze an Bilddaten ausgewertet werden, um die Verkehrszeichen zu klassifizieren, als 3D-Modell zu rekonstruieren und zu georeferenzieren. Zusätzlich können lokale oder externe Ressourcen wie Straßennamenkataloge oder Open-Street-Map-Daten verwendet werden, um die Erkennungsleistung der KI zu verbessern. Als Input können alle gängigen Mobile Mapping-Daten (Stereomess- oder Panoramabilder, Punktwolken) in den Standard-Formaten genutzt werden. Die Inputdaten können auch von anderen Dienstleistern bereitgestellt werden. Erfasst werden Position und Ausrichtung der Schilder zur Straße, bei mehreren Schildern am selben Mast die Reihenfolge von oben nach unten. Schildtexte werden erkannt, ausgelesen und im richtigen Kontext interpretiert. Ebenso werden Straßennamen- und Zusatzschilder erfasst. Weitere Objekte, die per KI bearbeitet werden können, sind beispielsweise Kanaldeckel und Sinkkästen.
Zu den jüngsten Neuerungen gehört auch die Funktion der Hillshades. Mit Hilfe von simulierten Lichtquellen wird damit eine dreidimensionale Graustufen-Darstellung der Geländeoberfläche generiert, um so relative Höhenunterschiede sichtbar zu machen. „Zusammen mit Messbildern ermöglicht dies eine detailliertere Straßenzustandserfassung mit bisher nicht-sichtbaren Unebenheiten“, so Ludwig. Die Hillshades beinhalten eine automatische 3D-Mesh-Erstellung aus der Punktwolke und die Rekonstruktion der Oberfläche von Objekten.

Bewertung der Wirtschaftlichkeit

Punktwolke im eingefärbten Modus. Quelle: eagle eye technologies Deutschland GmbH

Kommunen erhalten so nicht nur eine vollständige, aktuelle Planungs- und Entscheidungsgrundlage. „Ebenso werden doppelte Datenbeschaffung und -speicherung vermieden“, so Ludwig. Anhand der eagle-eye-Daten wird nachweisbar, wie hoch die Kosten für die laufende Unterhaltung der Verkehrsflächen sind, wo der Mitteleinsatz am wirtschaftlichsten ist und wie der Substanzverlust vermieden werden kann. Außerdem lassen sich Synergieeffekte zwischen Anwendungen und Abteilungen oder Ämtern erzielen. „Die Investition in entsprechender Digitalprojekte zahlt sich für Kommunen besonders aus, wenn der Datenbedarf abteilungsübergreifend abgestimmt wurde“, so Ludwig.

www.ee-t.de

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Ein Mobile Mapping System zum Preis eines Terrestrischen Laserscanners? Ein System, das für alle mobilen Anwendungen im Rucksack, am Fahrzeug oder am UAV einsetzbar ist? Mit dem LIDARETTO steht ein System zur Verfügung, das genau jene Eigenschaften mit sich bringt. Das Interessante dabei: Das System liegt preislich etwa in Höhe von marktüblichen Terrestrischen Laserscannern.

Der kompakte LIDARETTO von GEOTECH ist seit 2019 auf dem Markt und kann flexibel eingesetzt werden.
Quelle: Laserscanning Europe GmbH

Flexibel konfigurierbar

LIDARETTO ist eine Marke des slowakischen Herstellers GEOTECH mit Sitz in Bratislawa. Die Idee von GEOTECH ist es, qualitativ hochwertige Produkte zu erschwinglichen Preisen für die mobile Kartierungstechnologie der breiten Masse zugänglich zu machen. GEOTECH wurde 1994 gegründet und vertreibt seit 1995 Produkte der Schweizer Firma Leica Geosystems. Im Jahr 2000 wurde GEOTECH offizieller und einziger Vertreter von Leica Geosystems in der Slowakei.

Im Jahr 2015 begann GEOTECH mit der Entwicklung von LIDARETTO, indem es die Lidar-Module von Velodyne mit den hochgenauen Positionierungssystemen von Novtel in die kompakte, plattformübergreifende mobile Kartierungslösung integrierte.

LIDARETTO lässt sich auf verschiedenen Trägerplattformen installieren, etwa auf einem Auto, einem Boot, einem Zug, aber auch auf Drohnen, Helikoptern und als Rucksack-Lösung. Das mobile LIDAR-Kartierungssystem kann sowohl für Kartierungen im Genauigkeitsbereich von GIS-Systemen eingesetzt werden, aber auch, wenn Vermessungsgenauigkeit gefragt ist.
Als LIDAR-Sensoren werden derzeit kosteneffiziente Modelle von Hesai genutzt, die eine Vielzahl von Anwendungen abdecken. GEOTECH ist von dem Preis-Leistungs-Verhältnis der Lösung überzeugt und sieht gleichzeitig die Möglichkeit, es in vielfältigen Anwendungen einzusetzen. Bei speziellen Anforderungen besteht die Möglichkeit, einen Teledyne CL-360 Hochleistungslaser zu integrieren. Die Kamerasensoren sind anpassbar, um den individuellen Anforderungen gerecht zu werden.
Auch bei den Kamerasensoren können ebenfalls verschiedene Modelle anwendungsspezifisch eingebaut werden, unter anderem Pilot Era oder Ladybug.

Vertrieben wird der LIDARETTO in Deutschland von der Laserscanning Europe GmbH, Europas größtem Shop für Laserscanner und 3D-Erfassungsgeräte. Das Unternehmen mit Sitz in Magdeburg bietet auch Service, Schulung und produziert diverse Informationsmedien, unter anderem auch Videos (siehe QR-Code).

Technologie

Das Herzstück der Lösung ist eine Tracking-Einheit, die mit verschiedenen Lasersensoren und Kameras gekoppelt werden kann. Dabei wird eine NovAtel IMU OEM7 in Kombination mit hochwertigen GPS-Antennen verwendet.
Das LIDAR-System ist im Feld einfach zu bedienen und verfügt über eine eigene Verarbeitungssoftware, um die Daten im Post-Processing auszuwerten. Der Hersteller GEOTECH aus Bratislava bietet zusammen mit seinen Händlern einen Herstellersupport.
Der LiDAR mit der Klasse 1 ist augensicher. Der Messbereich liegt je nach Sensor bei 100 bis zu 200 Metern, die Genauigkeit bei bis zu drei Zentimetern. Der Laser wiegt lediglich 1,5 Kilogramm und hat eine maximale Seitenlänge von 150 Millimetern. Das Sichtfeld beträgt horizontal und vertikal jeweils 360° Grad. Mit dem mitgelieferten Tablet-Rechner können Nutzende das Mobile-Mapping-System problemlos steuern und alle wichtigen Funktionen remote durchführen.

www.laserscanning-europe.com/de

www.geotech.sk

www.lidaretto.com

Einsatz beim Mobile Mapping. Mit dem Hesai-Laserscanner ist eine Reichweite von 120 Metern möglich.
Quelle: Laserscanning Europe GmbH

Zusätzlich können Panoramakameras verschiedener Hersteller integriert werden.
Quelle: Laserscanning Europe GmbH

Kolorierte Punktwolke. Der Einsatzbereich ist beliebig wählbar.
Quelle: Laserscanning Europe GmbH

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Eine fest installierte Kamera auf dem Fahrzeugdach, dazu 3D-Laserscanning, kombiniert mit einer Hardware, die hochgenaue Positionsdaten in Echtzeit liefert – das ist das Rezept für Mobile Mapping und wird bereits seit mehr als einem Jahrzehnt praktiziert, um Vermessungsdaten präzise, vollständig und in 3D zu erfassen. Nie zuvor war es möglich, Vermessungen kinematisch durchzuführen und dabei systematisch Daten zu generieren, die in ihrer Qualität terrestrischen Verfahren annähernd ebenbürtig sind.
Das Thema ist hochaktuell und bietet auch Nicht-Geofachleuten zukunftsweisende Möglichkeiten. Das zeigen die neuesten Entwicklungen des Schweizer Softwareherstellers iNovitas AG. Der Spezialist für Mobile Mapping hat mit infra3D eine umfassende Plattform entwickelt, die von der Hardware über das Datenmanagement bis hin zu umfangreichen Applikationen für spezielle Aufgaben alle Aspekte der mobilen Vermessung abdeckt.

Die neuen Applikationen von iNovitas ermöglichen die KI-gestützte Erfassung von Objekten wie etwa Verkehrsschildern oder Kanalschächten.
Quelle: iNovitas AG

In Deutschland standen in den letzten Jahren die Softwareanwendungen infra3D View und infra3D Edit im Mittelpunkt. Damit hat das Unternehmen einen interessanten Ansatz etabliert, den es bisher auf breiter Ebene nicht gab: die getrennte Behandlung von Daten und Erfassung einerseits und Software andererseits. infra3D View (einfache, webbasierte Einsicht und Visualisierung von Daten) und infra3D Edit (Editieren, Vermessen, Vektorisieren) sind universell einsetzbar, d.h. sie arbeiten mit den Daten der am Markt gängigsten Mobile Mapping Systeme. In den neuen Versionen haben diese Softwarelösungen ein neues Design erhalten, das laut Hersteller einfacher zu bedienen, moderner und flexibler ist.
Florian Meßner von der Landeshauptstadt München, GeodatenService Zentrale Luftbildstelle, sagt: „Um sämtliche Anwendungsfälle zu beschreiben, die mittlerweile durch die vermessungstechnischen Straßenbefahrungen der iNovitas generiert wurden, braucht es ein ganzes Buch. Seien es temporäre Verkehrsanordnungen, Planungen von Straßen, der Aufbau eines Bäumekatasters oder die Planung von Veranstaltungen und Sondernutzungen – all diese Anwendungsfälle wurden von den jeweils zuständigen Fachabteilungen eigenständig um die Daten der Straßenbefahrungen angereichert und können nun effizienter, qualitativ hochwertiger oder genauer durchgeführt werden. Zusammengenommen halte ich es für eine sehr gezielte Investition in Technologie und Innovation, mit der mehrere hundert Angestellte der Stadtverwaltung die Lebensqualität aller Münchnerinnen und Münchner nachhaltig verbessern können.“
Erfahrungen der Anwendenden zeigen, dass die Arbeit im digitalen Zwilling des Straßen- oder Schienenraums zu Zeit- und Kosteneinsparungen führt. „Dank infra3D sparen wir heute etwa 30 Prozent der Kosten. Neben der Reduktion der Begehungen wird ein entscheidender Mehrwert durch die zusätzlichen Informationen über den Straßenraum aus den 3D-Bildern erzielt. Und dies bei maximaler Arbeitssicherheit und ohne Beeinträchtigung des Verkehrsflusses“, sagt Thomas Humbel, Abteilung Tiefbau, Departement Bau, Verkehr und Umwelt des Kantons Aargau. Durch den abteilungsübergreifenden Einsatz habe sich auch die Kommunikation, Koordination und Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Projektbeteiligten deutlich verbessert.

Erfassung von Bruchkanten (Projektplanung). Das hochdetaillierte dreidimensionale Abbild reduziert Begehungen vor Ort.
Quelle: iNovitas AG

Neuerungen bei Daten und deren Auswertung
Das Unternehmen hat für die Datenerfassung einige Innovationen auf den Markt gebracht. „Unsere neuen Erfassungssensoren und Aufbereitungsmethoden sorgen für eine höhere 3D-Punktdichte und weniger Störfaktoren in den Daten“, sagt der Key Account Manager Frank Ferber. Mit einem neu entwickelten Tool werden störende Objekte aus den Daten entfernt und so zum Beispiel die geometrische Messgenauigkeit innerhalb der Daten erhöht. Es entfernt beispielsweise bewegte Objekte wie Fahrzeuge oder Personen aus den LiDAR-Rohpunktwolken.
Neu ist auch die Verschmelzung von Laser- und Stereotechnologie, die nun auch für die Panoramaansicht zur Verfügung steht. Durch die Fusionierung der Sensordaten wird die Genauigkeit und Robustheit der Daten erhöht, vor allem bei weiter entfernten Objekten. „So können beispielsweise schmale Objekte wie Verkehrszeichenpfosten durch die Verbesserung der Tiefeninformation genauer erfasst werden“, beschreibt Ferber.

Künstliche Intelligenz
Die Verbesserung der Datenqualität ist aus Sicht der iNovitas vor allem wichtig, damit die Daten flexibel für alle möglichen Anwendungen genutzt werden können und eine mangelnde Datenqualität nicht zu vermeidbaren Einschränkungen führt. Besonders wichtig ist dies für KI-basierte Anwendungen. In diesem Bereich ist auch die nächste wichtige Innovation des Herstellers anzusiedeln. Mit „Signs.AI”, „Drains.AI” und „Pavement.AI” gibt es neue KI-basierte Anwendungen, die kommunale Aufgabenbereiche gezielt unterstützen. Bereits im Sommer 2023 in der Schweiz gestartet, sind sie nun auch in Deutschland erhältlich.
Die Anwendungen adressieren den Straßenzustand, Verkehrszeichen, Fahrbahnmarkierungen oder Schächte. Damit können verschiedene Straßenobjekte automatisiert erkannt und teilautomatisiert inventarisiert werden. „Unsere Kunden sind überrascht, wie viel Nutzen sie erzielen können und wie schnell das abteilungsübergreifend funktioniert“, sagt Martin Montag, Chief Customer Office der iNovitas. Die hohe Produktivität und die relativ geringe Fehlerquote sorgen vielerorts bereits für Begeisterung. „Durch diese innovativen Lösungen werden flächendeckende Inventarisierungen überhaupt erst möglich“, ergänzt Montag.
Zum Beispiel im Kanton Zürich. „Der Einsatz von Drains.AI von iNovitas hat unsere Prozesse revolutioniert, da wir nun alle Schächte gleichzeitig und ohne Zeitverzögerung erfassen können. Das hat zu erheblichen Kosteneinsparungen geführt, zumal wir vorher keinen vergleichbaren Prozess hatten. Wir sind sehr an weiteren KI-basierten Lösungen interessiert und sehen ein enormes Potenzial für uns“, sagt Stevan Skeledzic, Leiter Verkehrssicherheit bei der Baudirektion des Kantons Zürich.

www.infra3d.com

Das Polygon zeigt eine Induktionschleife auf der Fahrbahn. Dieses wird in dem Programm infra3D Edit bearbeitet.
Quelle: iNovitas AG

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LiMIS im Stresstest: Projektleiter Stephan Zimmermann freut sich über die erreichte Spitzenperformance.
Foto: Northrop Grumman LITEF GmbH

Die neue Generation von MEMS-Sensoren von LITEF, die Ende des vierten Quartals verfügbar sein soll, verspricht ein neues Qualitätsniveau bei der Balance aus Kosten, Leistungsfähigkeit und Größe.

MEMS steht für Micro Electro-Mechanical Systems. Bei der Technologie werden mikro-mechanische Elemente, Sensoren, Aktoren und Elektronik integriert. Es gibt sie seit den 1970er Jahren und heute kommen viele Anwendungen nicht ohne diese Bauteile aus. Die Handytechnologie ist heute der Produktbereich, der die dortigen Entwicklungen am meisten treibt, was in den letzten Jahrzehnten für extreme Entwicklungssprünge gesorgt hat. Nun ist LITEF auf die nächste Stufe gestiegen. Mit LiMIS bringt das Unternehmen eine neue MEMS-Generation auf den Markt, die die Balance zwischen Größe, Kosteneffizienz und Leistung auf eine neue Ebene hebt. LITEF hat über viele Jahre in Forschung und Entwicklung investiert, was auch zu einer völlig neuen Genauigkeitsklasse der MEMS-Sensoren geführt hat. Das Unternehmen berichtet daher von Kunden, die mit Spannung die Markteinführung von LiMIS, die für Ende des vierten Quartals vorgesehen ist, erwarten, da nicht nur geringere Kosten bei hoher Leistung, sondern auch standardisierte Schnittstellen und optimale Kompatibilität mit vorhandenen IMUs von LITEF in Aussicht gestellt werden.
Die MEMS-Technologie spielt in der Sensorik eine entscheidende Rolle, da sie die Herstellung kompakter und dennoch hoch genauer Sensoren ermöglicht. Inertiale Messeinheiten (IMU) auf Basis der MEMS-Technologie haben in vielen Bereichen an Bedeutung gewonnen. Gerade dort, wo eine zuverlässige Positionsbestimmung erforderlich ist, wird diese Lösung am Markt gefragt, wie zum Beispiel im Bauwesen, bei maritimen Anwendungen, in der Industrie oder in der Luft- und Raumfahrt.
Ein interessanter Vergleichsaspekt ist die Fiber-Optic-Gyroscope (FOG)-Technologie, die sich generell durch eine hochpräzise Messfähigkeit auszeichnet, insbesondere in anspruchsvollen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt. Die FOG-Technologie bietet eine hohe Genauigkeit, ist aber im Vergleich zu MEMS-Systemen in der Regel größer, teurer und energieintensiver. Die kontinuierliche Verbesserung der MEMS-Technologie bedeutet daher nicht einfach nur eine Frage der technischen Leistungssteigerung, sondern auch die Suche nach einem optimalen Gleichgewicht zwischen Genauigkeit, Größe und Kosten.
Der Trend zur Miniaturisierung – also immer mehr Leistung auf immer kleinerem Raum – spielt eine genauso große Rolle wie die Forderung nach kostengünstigeren Lösungen. LITEF hat diese zentralen Kundenbedürfnisse berücksichtigt und zeigt sich überzeugt, mit seiner neuen Technologie-Generation LiMIS einen Durchbruch erzielt haben. „Wir freuen uns, mit LiMIS unsere MEMS-IMU-Familie um eine wichtige Lösung zu erweitern“, sagt Dr. Andrea Dahlhoff, Leiterin der Business Unit Industrial Solutions bei der Northrop Grumman LITEF GmbH.
„Mit LiMIS ist es uns nach jahrelanger Forschung und Entwicklung gelungen, eine neue Genauigkeitsklasse in der MEMS-Technologie zu definieren. LiMIS ermöglicht es uns, ein breites Spektrum von Anwendungen abzudecken, die eine hohe Präzision bei gleichzeitig kompakter und kostengünstiger Technologie erfordern“, betont Dahlhoff. Diese Lösung stellt, so LITEF, eine technologische Weiterentwicklung dar, die nahezu die gleiche Leistungsfähigkeit wie FOG-basierte Lösungen bietet – und das zu geringeren Kosten.

LiMIS – Die neue Genauigkeitsklasse von IMUs auf MEMS Basis.
Foto: Northrop Grumman LITEF GmbH

Geplanter Launch im vierten Quartal 2024
Was bedeutet das konkret? Einsatzgebiete für LiMIS finden sich überall dort, wo es auf eine Abweichung von weniger als einem Grad pro Stunde ankommt – moderne Anwendungen wie hochauflösende Photogrammetrie, Mobile Mapping oder Gleisvermessung können künftig von der Genauigkeit von LiMIS profitieren.
Im Bereich des Mobile Mappings beispielsweise verspricht die Präzision und Zuverlässigkeit von LiMIS eine verbesserte Datenqualität. In Anwendungen wie der Gleisvermessung, wo Genauigkeit und Zuverlässigkeit entscheidende Parameter sind, bietet es durch seine kompakte Bauweise und hohe Präzision ebenso viele Vorteile. „LiMIS vereint somit hohe Leistungsfähigkeit mit einer kostengünstigen Lösung – und ist damit besonders interessant für unsere Kunden, die bereits gespannt auf die geplante Markteinführung im vierten Quartal 2024 warten“, sagt Claus Kühne, Teamleiter Vertrieb Industrial Solutions bei der Northrop Grumman LITEF GmbH. „Bereits vor zwei Jahren haben wir über unsere technologischen Entwicklungen in der MEMS-Technologie berichtet – nun stehen wir kurz vor der Markteinführung dieses neuen Produkts.“

LiMIS-Schnittstellen
Bei den Themen Kompatibilität und Anschlussfähigkeit setzt LiMIS auf branchenübliche, weit verbreitete Schnittstellen, um so eine reibungslose Integration in bestehende Systeme zu ermöglichen.
Durch die Möglichkeit, LiMIS über Standardschnittstellen und -protokolle zu integrieren, wird eine hohe Flexibilität und Interoperabilität mit unterschiedlichsten Systemen und Anwendungen erreicht. „Auf Kundenseite entsteht dadurch kein nennenswerter Entwicklungsaufwand. Allerdings sollten sich die Anwender stets ihren spezifischen Anforderungen bewusst sein, um ein optimales Ergebnis zu erzielen“, erklärt Claus Kühne. „Selbstverständlich beraten wir auch hier hinsichtlich geeigneter Lösungen und arbeiten partnerschaftlich mit unseren Kunden zusammen.“

Ausblick
LiMIS stellt einen Wendepunkt in der MEMS-Technologie dar, indem es eine bemerkenswerte Präzision in einer neuen Genauigkeitsklasse bei gleichzeitig kompakter Bauweise bietet. LITEF will damit Kundenbedürfnisse nach höchster Leistungsfähigkeit und gleichzeitiger Kosteneffizienz bedienen.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung der Produkte bei LITEF basiert dabei nicht nur auf der internen Expertise, sondern vor allem auf dem ständigen Dialog mit Kunden und dem Verständnis ihrer spezifischen Herausforderungen und Bedürfnisse.
„Selbstverständlich werden wir auch in Zukunft einen kundenorientierten Ansatz verfolgen und aktuelle Trends wie die Miniaturisierung im Auge behalten“, betont Claus Kühne.
Auch nach der Markteinführung von LiMIS sollen Optimierung, Weiterentwicklung und Anpassung an die dynamischen Marktbedingungen im Fokus stehen. „Gerade in der MEMS-Technologie sehen wir noch großes Potenzial für die Entwicklung kompakterer und genauerer Lösungen. LiMIS ist erst der Anfang einer weiteren spannenden Reise“, resümiert Dr. Andrea Dahlhoff.

www.litef.de

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Der auf Fahrzeugen oder Zügen montierte MX90 erfasst in kürzester Zeit hochdetaillierte Laserscans und Bilddaten – sowohl Panorama- als auch Mehrwinkelaufnahmen. Diese Daten, die bei Autobahngeschwindigkeiten erfasst werden, können schnell verarbeitet werden, um eine breite Palette an Daten für die Erkennung von Merkmalen, Inspektionsaufgaben und vieles mehr zu extrahieren.

Hochauflösende Bilder, kolorierte Punktwolken mit hoher Dichte und präzise Farbprojektionen sowie Funktionen zur Inspektion der Szene ermöglichen neue Arbeitsabläufe, wie etwa die automatische Risserkennung. In städtischen Umgebungen oder entlang von Bahngleisen können Anwender:innen heranzoomen und kleine Details auf Straßenschildern, Bahnsignalen und anderen Anlagen- oder Bestandsmerkmalen erkennen. Auf offenen Flächen und in Großstädten kann das System mehr Details von weit entfernten Objekten erfassen, etwa von Strom- oder Glasfasermasten.

https://geospatial.trimble.com/de/products/hardware/trimble-mx90

Das System Trimble MX90 kombiniert Laserscans und Bilddaten aus Panorama- und Mehrwinkelkameras.
Quelle: Trimble Inc.

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Mit einem ganzheitlichen Konzept bietet Terra-Digital 3D-Modellierungen, die sowohl unterirdische als auch oberirdische Bauwerke umfassen. Die Anwender reichen vom Leitungsbau bis zur Starkregenvorsorge. Ein digitales Modell im Infrastrukturbereich, das ober- und unterirdische Bauwerke kombiniert, ist in Deutschland noch selten, erst recht im Verkehrswegebau. Dabei spielt sich im Untergrund viel ab, insbesondere die Leitungsnetze der Versorgungsunternehmen verlaufen meist im unterirdischen Straßenkörper. Jetzt hat die Firma Terra-Digital GmbH aus dem südhessischen Hofheim ein neues Verfahren auf den Markt gebracht, das sich Mapping 360 nennt. Dahinter verbirgt sich eine Dienstleistung, die verschiedenste Vermessungsverfahren kombiniert und damit nicht zuletzt die Themen Sicherheit und Effizienz im Tiefbau verbessern soll.

Punktwolke des Straßenraums. Terra-Digital hat eine Mobile-Mapping-System im Einsatz, das eine hohe „Streckenproduktivität“ besitzt. Quelle: Terra-Digital GmbH

System Mapping 360 Terra-Digital nennt sein Angebot Mapping 360. Kern ist die Erstellung eines digitalen Abbildes der Realität, das sowohl den Baugrund als auch die Bauumgebung umfasst. Terra-Digital führt zwar auch selbst Messungen vor Ort durch, der Schwerpunkt des Unternehmens liegt aber auf den datenbezogenen Dienstleistungen, also der Auswertung und Modellierung der Daten. „Das ist der wichtigste und anspruchsvollste Teil der Wertschöpfung, denn damit werden die Tiefbauexperten auch zu Herren der Unterwelt“, sagt Wilhelm Dresselhaus, Geschäftsführer der Terra-Digital GmbH. Gleichzeitig ist dafür die entsprechende Hardware erforderlich. Hier hat das Unternehmen investiert und seinen Bestand an Vermessungswerkzeugen erweitert. Terra-Digital ist seit Jahren bekannt für seine Dienstleistungen im Bereich Georadar. Mit speziellen Bodenradargeräten kann das Unternehmen unterirdische Leitungen im Bestand exakt und in 3D vermessen. Neu im „Werkzeugarsenal“ des Vermessungsdienstleisters ist ein Mobile-Mapping-System, mit dem das Bauumfeld oberirdisch mit einer Punktwolke und Panoramabildern erfasst wird. „Früher haben wir Verkehrswege mit einer Drohne in 3D erfasst, heute schaffen wir mit dem Mobile Mapping System statt zwei Kilometer bis zu 50 Kilometer pro Tag“, beschreibt der Geschäftsführer. Für die baubegleitende Datenerfassung, insbesondere im Leitungsbau, verfügt das Unternehmen auch über iPhone-basierte Geräte (viDoc der Firma vigram), die sowohl eine GNSS-Positionierung, eine laserbasierte Distanzmessung als auch eine photogrammetrische 3D-Bilddatenerfassung durchführen können. Damit können Leitungsverläufe oder Hausanschlüsse auf einfache Weise vor Ort erfasst werden. Terra-Digital nennt dies den „Site Mapping Prozess“, mit dem die Baumaßnahme lückenlos dokumentiert werden kann – neben der Lage und Tiefe der Leitung werden auch Details wie Muffen und Hausanschlüsse georeferenziert vermessen und dokumentiert. Einsatzgebiete sind beispielsweise auch Abrechnungen der geleisteten Arbeit oder auch Schadensdokumentationen oder Volumenberechnungen. „Einige unserer Kunden haben beispielsweise ihre Abrechnungsprozesse komplett darauf umgestellt“, sagt Dresselhaus.

Punktwolke der Leitung im Graben. Meist ist die Zeit vor dem Verschütten, in der die Leitung offen im Graben liegt, kurz. Mit dem Site-Mapping-Prozess geht die Vermessung sehr schnell. Quelle: Terra-Digital GmbH

Terra-Digital wertet die Daten in einer einheitlichen Modellierungsumgebung in der Cloud aus. Demnach können auch alle Nutzer:innen jederzeit und von überall auf die Daten zugreifen. Das Unternehmen nutzt dafür ein Rechenzentrum in Nürnberg, die Daten bleiben also in Deutschland. Nutzer:innen erhalten einen Link, über den sie auf „ihr Projekt“ zugreifen können. Alle Daten können in verschiedenen Layern angezeigt und bearbeitet werden. So können beispielsweise Messungen und Planungsaufgaben durchgeführt werden. Außerdem können die Daten mit amtlichen Karten überlagert werden. „So hat jede Baumaßnahme vor, während und nach dem Bau einen konsistenten Datensatz“, sagt Dresselhaus. Zur Visualisierung vor Ort können die Leitungsdaten auch mittels Augmented Reality dargestellt werden. Digitalisierung vorantreiben Hintergrund dieser Entwicklung ist, dass die Digitalisierung im Tiefbau noch nicht so weit fortgeschritten ist, wie vielerorts angenommen. „Ob kleine Tiefbaumaßnahmen oder kilometerlange Trassen wie beim Glasfaserausbau – in vielen Fällen werden die Leitungsbestandspläne der Netzbetreiber in Papierform als Planungsgrundlage für eine Tiefbaumaßnahme gewählt“, so Dresselhaus. Ganz zu schweigen von der Umsetzung des BIM-Gedankens, bei dem vor allem die nahtlose Integration der Daten eine wichtige Rolle spielt. „Diese Pläne folgen keinem einheitlichen Standard und liegen daher in den unterschiedlichsten Formaten, Detaillierungsgraden und Qualitäten vor“, so der Geschäftsführer. Daher war die Erstellung eines vollständigen Trassenplans für eine neu zu verlegende Leitung bisher sehr zeitaufwändig und mit vielen Risiken für Planung und Bau verbunden.

Georadar im Einsatz: Terra-Digital ist seit Jahren auf die Vermessung des Untergrunds spezialisiert und kombiniert dies heute mit terrestrischer Vermessung. Quelle: Terra-Digital GmbH

Vorteile sieht Terra-Digital auch beim Breitbandausbau. Liegt bei der Planung die genaue Beschaffenheit des Bauumfeldes digital vor, lässt sich zum Beispiel leicht feststellen, wo man statt die Fahrbahn aufzufräsen, die Leitung zum Beispiel mit einem Kabelpflug in den unversiegelten Bereich direkt neben der Straße verlegen kann, was enorme Kosten sparen kann. Grundsätzlich vereinfacht das digitale 360-Grad-Modell die Abstimmung mit Partnerfirmen oder Behörden und macht viele Ortstermine überflüssig. Durch die gute Dokumentation von Bestand und Baufortschritt kann auch eventuellen Regressansprüchen leichter begegnet werden. Die Kunden kommen aus den unterschiedlichsten Bereichen. Aktuell wird beispielsweise ein Projekt für den Betreiber eines großen Industriegeländes durchgeführt. Von besonderem Interesse ist dabei die Entwässerung bei Starkregenereignissen, für die sowohl die Oberfläche als auch das Kanalsystem genau modelliert werden. Ähnliche Konzepte erstellt Terra-Digital auch für Kommunen und Gemeinden, die den Risiken von Starkregenereignissen begegnen wollen. www.terra-digital.de

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Thomas Homrighausen (li.) ist ab dem 1.10. zu neuen Geschäftsführer der CycloMedia Deutschland GmbH bestellt. Er übernimmt das Amt von Michael Arthen (re.). Foto: CycloMedia Deutschland GmbH

Michael Arthen hat sich nach gut acht Jahren an der Spitze des Unternehmens dazu entschlossen, seine Rolle als Geschäftsführer zu übergeben und will zukünftig noch beratend für die Firma aktiv sein. „Ich werde auch zukünftig weiter die Themen „Smart City“, „Digitaler Zwilling“ und KI aktiv verfolgen und bestimmt dem einen oder anderen Kunden zukünftig wieder über den Weg laufen“, so Arthen.

www.cyclomedia.de

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