Tue Aug 11 2020

08 11

Multisensorsysteem voor infrastructuur

13/07/2020

Door Ad Spijkers

Met een nieuw type 3D laserscanner van Fraunhofer IPM kunnen verkeersinfrastructuren nauwkeurig worden bewaakt en onderhoudsmaatregelen tijdig worden gepland.


     

Winterstormen, zware regenval of overstromingen kunnen grote schade toebrengen aan het spoorwegnet en de wegen. Om scheuren en andere defecten in wegdekken, tunnelwanden en dergelijke tijdig op te sporen, wordt gebruik gemaakt van meetvoertuigen met mobiele laserscanners die de omgeving driedimensionaal, contactloos en met hoge precisie vastleggen.

Tunnelmeetsysteem

Onderzoekers van Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg hebben een tunnelmeetsysteem ontwikkeld dat werkt met twee lasergolflengten. Het systeem meet niet alleen de geometrie van de infrastructuur, maar ook de vochtigheid van oppervlakken. Het tunnelinspectiesysteem (TIS) detecteert of de binnenwand van een tunnel droog of vochtig is, waaruit conclusies kunnen worden getrokken over de toestand van de constructie. De scanner kan ook de toestand van wegen en rails detecteren. Het levert aan de locatie gerefereerde 3D-gegevens, die automatisch kunnen worden geëvalueerd.

De TIS identificeert defecten in het millimeterbereik. De scanner, gemonteerd op het meetvoertuig, passeert het object met een snelheid tot 80 km/h en registreert de algehele geometrie. Het systeem meet twee miljoen meetpunten per seconde. De meetbundel wordt 200 keer per seconde in een straal van 360° afgebogen via een roterende spiegel en wordt daardoor nauw over het meetobject geleid. Er worden afstanden tot 80 m gemeten.

Fasevergelijking

Laserscanners passen meestal het principe van de vluchttijdmeting toe, maar het TIS gebruikt de complexere fasevergelijkingsmethode. De intensiteit van de zender wordt gemoduleerd op hoge frequentie. De transittijd van het licht naar de bestemming en terug wordt verkregen uit de faseverschuiving tussen de zend- en ontvangstsignalen.

Om het oppervlakvocht te meten, worden twee collineair uitgezonden laserstralen met verschillende golflengten (1.320 nm en 1.450 nm) gebruikt. Deze stralen worden in verschillende mate maar specifiek door water geabsorbeerd: de ene wordt sterk, de andere zwak. Uit het verschil berekenen de onderzoekers de vochtigheidsgraad. Het scanresultaat geeft een 3D-beschrijving van de omgeving in de vorm van een puntenwolk. Het meetinstrument is ontworpen voor ruwe omgevingen en is bestand tegen extreme kou en hitte (–50°C tot +50°C.

Machine learning

De aan de locatie gerefereerde gegevens zijn digitaal beschikbaar, een belangrijke voorwaarde voor bewaking van de infrastructuur op lange termijn. De evaluatie is gebaseerd op machine learning processen. Met behulp van speciaal ontwikkelde algoritmen herkent het systeem automatisch welke objecten beschikbaar zijn in het betreffende gebied. Het kan een lantaarnpaal zijn of een scheur in de muur. Het systeem wijst vervolgens de aanvullende informatie toe aan elk gegevenspunt waartoe het behoort. Hieruit kan automatisch uitgebreid kaartmateriaal worden afgeleid.

Maar voordat de algoritmen de verkregen data kunnen interpreteren, moeten ze eerst getraind worden. De grote uitdaging is om een geschikte database voor de training op te bouwen. Dergelijke gegevens zijn bij Fraunhofer IPM beschikbaar voor een grote verscheidenheid aan toepassingen.