Das laserbasierte System misst Geometrie, Oberflächenstruktur und Feuchte im Tunnel in einem einzigen Messvorgang. Der Sensor ist auf einem Messfahrzeug installiert und erfasst alle relevanten Parameter optisch bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 80 km/h. Damit wird die Bauwerksüberwachung in Zukunft deutlich effizienter als mit bisher üblichen kamerabasierten oder taktilen Messmethoden. Ein weiterer Vorteil: Die vom Scanner erzeugten hochaufgelösten, georeferenzierten Daten liegen digital vor. Digitale Messdaten sind eine wichtige Voraussetzung für langfristiges Infrastruktur-Monitoring und eine BIM-konforme Bauplanung.

Differenzielle optische Absorptionsspektroskopie: Geometrie, Struktur und Feuchte gleichzeitig erfasst

Die Technologie des TIS basiert auf einem Hochgeschwindigkeitsscanner, der die Tunnelwand in der Vorwärtsbewegung mithilfe mehrerer Laser unterschiedlicher Wellenlängen in einem Winkel vom 360° erfasst. Die Bauwerksgeometrie wird über die Laufzeit des rückgestreuten Lichts eines Lasers millimetergenau vermessen. Bis zu zwei Millionen Messpunkte pro Sekunde sorgen dabei für eine einzigartige Auflösung. Aus der Intensität des rückgestreuten Lichts lassen sich bei einer solch hohe Messfrequenz sogar Oberflächen-Strukturmerkmale ableiten. Eine speziell angepasste Empfangsoptik erzeugt ein durchgängiges fotorealistisches Grauwertbild der Tunnelwand, auf dem selbst wenige Millimeter kleine Risse erkennbar sind.

Zur Messung der Oberflächenfeuchtigkeit kommen zwei kollinear ausgesendete Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge (1,3 µm und 1,45 µm) zum Einsatz, die von Wasser unterschiedlich stark, aber sehr spezifisch absorbiert werden. Die Intensität der gemessenen Signale gibt Aufschluss über die Feuchte an der Oberfläche der Tunnelwand. Zum ersten Mal können also gleich drei zentrale Parameter der Tunnelinspektion mit einem kompakten, augensicheren Messgerät bei nur einer Tunneldurchfahrt vermessen werden.

Die schweizerische Amberg Technologies AG, Entwicklungspartnerin von Fraunhofer IPM und spezialisiert auf die Erfassung von Verkehrsinfrastruktur, führt seit kurzem Messungen mit einem TIS-Prototypen in einer Test-Facility im schweizerischen Versuchsstollen Hagerbach durch. „Für uns ist die TIS-Technologie tatsächlich so etwas wie ein Durchbruch“, sagt Amberg Business Unit Manager Underground Oliver Schneider. „Tunnelinspektionen sind extrem aufwändig und teuer. Wir wollen die Prozesse effizienter machen. Da ist es natürlich wertvoll, alle Parameter mit nur einem einzigen System messen zu können.“

Das TIS-Systemdesign ist kompakt und flexibel, sodass der Einsatz auf unterschiedlichen Plattformen wie Messzügen, Straßenfahrzeugen oder Molchen möglich ist. „Wir haben ein besonders robustes System entwickelt, das mit augensicheren Lasern arbeitet, aber dennoch sehr hohe Messgenauigkeit bietet“, erläutert Prof. Dr. Alexander Reiterer, Abteilungsleiter am Fraunhofer IPM.

Fraunhofer IPM präsentiert das Tunnel Inspection System TIS auf der INTERGEO vom 17. bis 19. September in Stuttgart, Halle 1, Stand: G1.001. Amberg Technologies AG ist ebenfalls mit Vermessungslösungen für Tunnel auf der INTERGEO vertreten, Halle 1, Stand: H1.040