Lidar-basierte 3D-Breitenmessung im Free-Flow-Verkehr
Automatisierte Erkennung überbreiter Fahrzeuge vor Tunnelportalen
Tunnel sind für den Verkehr unverzichtbar, komplexe Technik im Tunnel und auch davor respektive danach spielt dabei eine wesentliche Rolle. Doch führen überbreite Transporte immer wieder zu Beschädigungen an den Tunnelwänden und dem daran montiertem technischen Zubehör. Die ASFINAG hat gemeinsam mit Spie Dürr Austria die Spezialisten von EBE-Solutions kontaktiert, um eine Lösung zu entwickeln, die das zuverlässig verhindert. Lidar-Sensoren leisten hierbei einen wesentlichen Beitrag.
Verkehrstelematische Lösungen erfassen und steuern den Verkehr und sorgen so dafür, dass er fließt. EBE-Solutions aus Wien entwickelt und implementiert seit über 20 Jahren solche Systeme. Dabei geht es unter anderem um individuelle Lösungen für das Verkehrs- und Parkraummanagement, die Verkehrsdatenerfassung und -analyse sowie die Verkehrssicherheit. Das Thema „Minimierung von Gefahren für die Verkehrsteilnehmenden“ ist dabei allgegenwärtig. Die Überwachung von Tunnels rückt dabei immer wieder mit besonderen Herausforderungen in den Fokus.
Spie Dürr Austria hat den Auftrag erhalten, die gesamte Tunnel- und Verkehrsleittechnik auf der Tauernautobahn (A10) von der Anschlussstelle Golling bis zur Hauptanschlussstelle Werfen auf rund 13 Kilometern zu erneuern. Bei der Sanierung des Ofenauer Tunnels musste ab Herbst 2023 jeweils eine Tunnelröhre gesperrt werden. Für die Dauer der Arbeiten wurde der gesamte Verkehr durch nur eine Tunnelröhre geleitet. Dabei ist es durch überbreite LKWs immer wieder zu Beschädigungen am Tunnel gekommen. Vor allem nachts wurde die zulässige Maximalbreite von 3,20 Metern mehrfach ignoriert.
Alfred Paukerl, Geschäftsführer von EBE-Solutions: „Diese Breitenbeschränkung war nicht grundlos. Tunnel sind unten meist deutlich breiter. Die runde Form der Röhre sorgt jedoch für eine erhebliche Reduktion der Gesamtdurchfahrtsbreite im oberen Bereich. Dabei gilt: Je höher, desto schmäler wird der Tunnel. Für Lkw mit hoher Ladung kann es daher eng werden.“ Das gilt insbesondere, wenn einem dann noch ein anderes breites Fahrzeug entgegenkommt. „Beim Versuch, so weit wie möglich rechts auszuweichen, wurden immer wieder die Beschilderungen für Fluchtwege oder auch LED-Anzeigen für Geschwindigkeitsbeschränkungen beschädigt oder sogar ganz heruntergerissen,“ so Alfred Paukerl. Um zu verhindern, dass das im folgenden Jahr – aufgrund der Baustelle in der Gegenröhre – im fertig sanierten Tunnel nicht wieder passiert, hat die ASFINAG gemeinsam mit Spie Dürr Austria die Spezialisten von EBE-Solutions kontaktiert.
Pilotprojekt: Entwicklung eines Breitenmesssystems
Die Aufgabenstellung war es, die Breite der Fahrzeuge im fließenden Verkehr vollautomatisch zu erfassen, um überbreite Lkw bereits vor dem Tunnel aus dem Verkehr ziehen zu können. „Ähnliches kennt man bei Gewichtsmessungen von Fahrzeugen, die heute ebenfalls im Free-Flow-Verkehr erfolgen kann. Die Idee war es, eine vergleichbare Lösung für die Breitenmessung zu entwickeln. Da wir auf der Tauernautobahn vor dem Baustellenbereich bereits ein Stauwarnsystem installiert hatten, war es für die ASFINAG naheliegend, uns nach solch einem Breitenmesssystem zu fragen. Eine bereits fertige Lösung konnten wir nicht anbieten, die Herausforderung nahmen wir aber gerne an und holten dafür Sick als Sensorspezialist an Bord“, beschreibt Alfred Paukerl die zu lösende Aufgabe.
EBE-Road, ein Geschäftsfeld von EBE-Solutions, und die Experten von Sick entwickelten gemeinsam mehrere Konzeptstudien, die bei der ASFINAG erfolgreich präsentiert wurden. In weiterer Folge erhielt EBE-Solutions den Auftrag, ein entsprechendes Pilotprojekt im Zuge der Tunnelsanierung auf der Tauernautobahn (A10) zu realisieren. Das Projekt erforderte eine durchdachte Lösung für die Einbindung in die Tunnelleittechnik, die die Belange des Autobahnbetriebs sowie alle Aspekte in Bezug auf die Anlagensicherheit berücksichtigt, gemeinsam erstellt von Spie Dürr Austria und EBE-Solutions.
3D-Punktewolke macht Fahrzeugbreiten sichtbar
Die Montage des neuen Systems erfolgte auf einer bestehenden Schilderbrücke in Fahrrichtung Villach etwa einen Kilometer vor dem Ofenauertunnel. „In Abstimmung mit Sick wurde entschieden, dass für die Detektion von zwei Fahrstreifen drei Sensoren notwendig sind, die Überkopf auf die Fahrbahn ‚hinunterschauen‘, um beide Seiten der Fahrzeuge zu erfassen“, erklärt der Geschäftsführer von EBE-Solutions. Jeder der drei Lasersensoren deckt einen Winkel von 180 Grad ab. Aus den erfassten Daten entsteht eine „Punktewolke“, die von einer Software in ein Bild umgewandelt wird. Darauf erkennt man, wie die Umrisse des Fahrzeuges aussehen. Eine Lösung, die nicht nur bei Lkw funktioniert, sondern generell bei allen Fahrzeugen. Anhand der Punktewolke wird errechnet, wie breit ein Fahrzeug ist. Erkennt das System, dass eine vorab definierte Breite überschritten wird, werden diese Daten an das Tunnelleitsystem weitergegeben.
Automatisierte Abläufe im Alarmfall
Im Alarmfall werden genau festgelegte, automatisierte Abläufe in Gang gesetzt. Zusätzlich zu einer Alarmmeldung an die Tunnelwarte wird ein spezielles Verkehrsprogramm aktiviert, um zu breite Fahrzeuge an der Einfahrt in den Tunnel zu hindern. Neben dem Geschwindigkeitstrichter, den Infotafeln und der Rotschaltung im Vorportalsbereich wird der ankommende Verkehr über eine vorgelagerte LED-Tafel zweisprachig und mit Symbolen informiert, warum der Verkehr gestoppt wurde.
Manuelle Nachmessung
Der zuständige Traffic-Manager der ASFINAG leitet den LKW auf einen Parkplatz in unmittelbarer Nähe und vermisst das Fahrzeug manuell. „Sollte das Fahrzeug tatsächlich zu breit sein, verständigt der Traffic-Manager die Exekutive, die eine Verwaltungsstrafe verhängt. Anschließend wird der LKW durch eine Unterführung vom Parkplatz geleitet und kann umkehren“, so Alfred Paukerl. Bei EBE-Solutions hat man aber noch weitergedacht. Für Fahrzeuge der Schneeräumung, die breiter sind als die zulässige Breite, wurde ein „Revisionsschalter“ eingebaut. Nähert sich ein Räumfahrzeug dem Tunnel, wird das System manuell von der Tunnelwarte für eine gewisse Zeit über die Schnittstelle zur Tunnelleittechnik deaktiviert und der Schneepflug kann passieren, ohne das System auszulösen. „All diese Aktionen werden protokolliert,“ erläutert der Geschäftsführer von EBE-Solutions. „Wir haben das System so gestaltet, dass sämtliche gemessenen Fahrzeuge als Punktewolke abgespeichert werden, um statistische Auswertungen zu ermöglichen. Fahrzeugkennzeichen werden dabei allerdings nicht erfasst.“
Sensorik und Software als Paket
Die im System verbauten 2D-Lidar-Sensoren vom Typ LMS511 verfügen über ein kompaktes Gehäuse in Schutzart IP 67 sowie eine integrierte Heizung. Aufgrund ihrer robusten Ausführung und einer geringen Leistungsaufnahme eignen sie sich für raue, anspruchsvolle Einsatzbereiche. Zudem bietet der LMS511 eine schnelle Signalverarbeitung, mehrere Ein- und Ausgänge sowie eine mögliche Synchronisierung mehrerer Sensoren. Die Software war hier ebenfalls Teil des Lieferumfangs von Sick. Sie ist auf die Sensoren abgestimmt und erlaubt es, verschiedene anwendungsspezifische Anpassungen vorzunehmen. Vordefinierte Filter machen es beispielsweise möglich, Nebel, Staub, Regen oder die Reflektionen durch Fensterscheiben zu erkennen und auszublenden. Der Einsatz von Lasertechnik bringt zudem den Vorteil, dass es keine Störungen durch Fremdlicht gibt.
Messung bei jedem Wetter
Berücksichtigt wurden bei diesem Projekt auch unterschiedliche Wetterbedingungen. Es kann beispielsweise vorkommen, dass bei starkem Regen durch die Schwerfahrzeuge eine Gischt entsteht. Dennoch musste sichergestellt werden, dass nur die Fahrzeugabmessungen und nicht die Gischt miterfasst werden. „In Rücksprache mit Sick konnten wir den ausschlaggebenden Messbereich von der Fahrzeugoberkante bis 80 Zentimeter oberhalb der Fahrbahn eingrenzen,“ so Alfred Paukerl.
Das hat keinen Einfluss auf allfällige Schäden im Tunnel, da beförderte Objekte nur dann einen Schaden anrichten können, wenn sie sich auf dem LKW befinden. Der untere Bereich des Tunnels ist breiter und es gibt dort kaum etwas, wo ein Fahrzeug einen Schaden anrichten kann. Anschauliches Beispiel: Boote. Werden sie im Frühjahr nach Italien geführt, kommt es öfter vor, dass ein LKW mit seiner Ladung zu hoch oder zu breit ist. Da für die Dauer der Baustelle auch keine Genehmigungen für Sondertransporte in diesem Bereich erteilt werden, müssen diese Fahrzeuge über eine andere Route ausweichen.
Exakte Kalibrierung der Sensoren
Grundlose rote Ampeln waren auf der A10 natürlich ein „No-Go“, Fehlmessungen also unzulässig. Zudem war das Projekt das erste seiner Art in Österreich. Besonderes Augenmerk lag daher auf der exakten Kalibrierung der Sensoren. Dafür wurde zunächst die Fahrbahnbreite vermessen. Danach hat man ein Referenzobjekt mittig unter den Sensoren positioniert, um die X-, Y- und Z-Achsen jedes Sensors einzeln zu justieren. Nach der Kalibrierungsphase wurde die Anlage im September 2024 „scharf“ geschaltet und es gab gleich mehrere Auslösungen, allerdings zurecht. Die Ladung der LKW war überbreit. Nach etwa zwei Wochen gingen die Alarmmeldungen zurück, da sich in der Transportbranche vermutlich„herumgesprochen“ hat, dass nun auch eine Breitenkontrolle an der Tunneleinfahrt erfolgt .
