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Informationssystem Straßenzustand Teil 2: Entwicklung von Sensoren zur Erfassung des strukturellen Zustandes von Asphaltstraßen

Information system road condition, part II: development of sensors for the purpose of monitoring the structural condition of asphalt pavements

  • Um den Substanzwert einer Verkehrsbefestigung in-situ zu bestimmen, wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Sensoren entwickelt, die den jeweils aktuellen strukturellen Zustand der Befestigung messen sollen. Als zielführender, leicht zu messender Parameter wurde dabei die Vertikalbeschleunigung gewählt. Für die Umsetzung wurden verkabelte und autonome Sensoren verwendet. Als Sensortyp wurden MEMS-Sensoren gewählt, da diese vglw. preisgünstig sind und wenig Strom verbrauchen. Durch die verkabelten Sensoren war eine größere Anzahl an Messungen zur Parameterstudie und Validierung des Messverfahrens möglich. Die kabellosen Sensoren stellen Prototypen für spätere Anwendungen dar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Versuchsfelder errichtet, um die Praxistauglichkeit und die Genauigkeit der Beschleunigungssensoren zu überprüfen sowie den Umgang mit der großen Datenmenge zu erlernen. Bei den ersten Versuchsfeldern (Campus TU-Lichtwiese, BAB 9 bei Feucht) wurden die Beschleunigungssensoren in Ø50mm-Bohrlöcher an bestehenden Befestigungen eingesetzt und verfüllt. Dabei wurde mithilfe von Vorher-Nachher-Messungen mittels Falling Weight Deflectometer (FWD) festgestellt, dass die hervorgerufene Substanzstörung durch den Einbau vernachlässigbar klein ist. Für die Auswertung der gewonnenen Messdaten wurde ein Scilab-Skript geschrieben, welches die Rohdaten aufbereitete und erste Auswertungen ermöglichte. Mehrere Auswertungsansätze wurden dabei verfolgt: z.B. doppelte Integration der Beschleunigung (Vergleich mit FWD-Daten), Inkrementierung von Achszahlen oder Generierung von Achsmustern. Hervorzuheben sind dabei die Vergleiche mit den FWD-Daten, die eine sehr gute Übereinstimmung im Deflexionsverlauf zwischen Beschleunigungssensor und Time History des FWD aufwiesen. Im Versuchsfeld auf dem Campus TU-Lichtwiese in Darmstadt wurde abschließend die Einbaubarkeit der autonomen Sensoren (Ablegeautomat, Wiederfinden mittels RFID-Antenne) nachgewiesen.
  • As part of this research project, sensors were developed, that are capable of determining the substance value of a pavement on-site. For this purpose, vertical acceleration was chosen as the most crucial parameter – in combination with the fact that it is relatively easy to measure. MEMS sensors were used, because they are cost effective and have a low power consumption. For the first parameter studies wired sensors were utilised. This intermediate stage was necessary in order to gather the high quantity of data required to validate the measuring method, whereby more data automatically increases the power consumption. To prove the practicabilty and the precision of the sensors, several test sites were built during the course of the research project. Additionally, these test sites were very helpful to „get a feeling“ for the large amount of data being gathered by the sensors. The first test sites (campus “TULichtwiese“, federal highway BAB 9) were existing pavements, where the accelerometers were installed in core-drilled holes of 50 mm diameter, which were refilled after placing the accelerometers. Measurements with the Falling Weight Deflectometer (FWD) before and after the placement of the accelerometers have shown that the disturbance of the pavement structure due to the installation of sensors is negligible. A Scilab-routine was written in order to process raw data and perform first analyses. For the purpose of data analysis, several approaches were taken (e.g.): double integration of the measured accelerations (comparison with FWD data), incrementation of axles or creation of axle patterns. The comparison of the measured acceleration data and the time history of the FWD is very promising, as the data fits perfectly. The last test site (again campus “TU-Lichtwiese“, however this time during the construction of a new pavement) was used to prove the practicability and the installability of the autonomous sensors (sensor dispensing unit and re-finding the built-in accelerometers with RFID-antennas).

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Metadaten
Verfasserangaben:J. Stefan Bald, Stefan Böhm, Marko Čičković, Moritz Tielmann, Tobias Hill, Peter Peitsch, Ján Gablovský, Martin Muschalla, Sebastian Czaja, Alfred Ulrich, Valentin Farbischewski, Jacob Huczek
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-25930
ISBN:978-3-95606-662-7
ISSN:0943-9323
Schriftenreihe (Bandnummer):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (171)
Verlag:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Verlagsort:Bremen
Dokumentart:Buch (Monographie)
Sprache:Deutsch
Datum der Veröffentlichung (online):18.01.2022
Datum der Erstveröffentlichung:19.01.2022
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Datum der Freischaltung:19.01.2022
Freies Schlagwort / Tag:MEMS-Sensoren; Vertikalbeschleunigung
MEMS Sensors; vertical acceleration
Seitenzahl:130
Bemerkung:
Bericht zum Forschungsprojekt 07.0255
Informationssystem Straßenzustand Teil 2: Entwicklung
von Sensoren zur Erfassung des strukturellen Zustandes
in Asphaltschichten

Fachbetreuung
Oliver Ripke

Referat
Asphaltbauweisen
Institute:Abteilung Straßenbautechnik
DDC-Klassifikation:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Lizenz (Deutsch):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

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