Der Test soll zeigen, wie moderne Messtechnik künftig die Kontrolle der Strecke unterstützen und gleichzeitig wichtige Daten für den DigiTal Zwilling Wuppertal (Öffnet in einem neuen Tab) liefern kann.
Kaiserwagen auf besonderer Mission
Am 14. September wurde der Kaiserwagen in der Schwebebahnwerkstatt für seinen besonderen Einsatz vorbereitet. Fachleute der WSW mobil GmbH (Öffnet in einem neuen Tab), der Stadt Wuppertal und des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM (Öffnet in einem neuen Tab) installierten dafür moderne Laser- und Kameramesstechnik am Heck des historischen Fahrzeugs.
Anschließend ging es auf die Strecke: Während einer Tagesfahrt am 15. September erfasste die Technik die Schwebebahntrasse und ihre Umgebung. Dabei entsteht ein detailliertes digitales Abbild von Schienen und Tragekonstruktionen, Stützpfeilern und Mauern, aber auch von Bäumen, der Wupper und weiteren Bereichen entlang der Strecke.
Streckenkontrolle soll digitaler werden
Für die WSW steht dabei vor allem die dreidimensionale Aufnahme der Schwebebahnstrecke im Mittelpunkt. Bislang sind für Baustellenplanungen teilweise aufwendige manuelle Kontrollen durch Mitarbeitende und Arbeiten in Nachtschichten erforderlich. Die Messfahrt soll zeigen, wie moderne Sensorik künftig Personal und Arbeitsabläufe unterstützen kann.
Die detaillierten Aufnahmen können beispielsweise dabei helfen, Veränderungen an der Infrastruktur zu erkennen. Auch Vegetation, die der Schwebebahn zu nahe kommt und zurückgeschnitten werden muss, soll sich aus den Daten identifizieren lassen.
Langfristig kann die Erfahrung mit der hochmodernen Sensorik Grundstein für folgende Projekte im Bereich der kontinuierlichen Streckenkontrolle sein.
Daten für den DigiTal Zwilling Wuppertal
Im Rahmen von „DigiTal Zwilling 4D“ (Öffnet in einem neuen Tab), eine Forschungskooperation, die die fortlaufende Aktualisierung der Daten im DigiTal Zwilling im Fokus hat, wird ein neuer selbstentwickelter Scanner vom Fraunhofer IPM eingesetzt. Die Messfahrt liefert wertvolle Informationen für den DigiTal Zwilling Wuppertal. Das interaktive, sich stetig entwickelndes 3D-Modell der Stadt, liefert wichtige Daten für die Stadtentwicklung und -verwaltung.
Entlang der Schwebebahnstrecke sind beispielsweise die Wupper, Stützmauern und Wassereinläufe aus verrohrten Gewässern für den DigiTal Zwilling von Interesse. Letztere muss die Stadt im Rahmen ihrer Aufgaben zur Erfassung topografischer Informationen dokumentieren. Durch die gemeinsame Messfahrt können die erhobenen Daten somit für unterschiedliche Zwecke genutzt werden.
Die Zusammenarbeit knüpft an bisherige Erfahrungen mit mobiler Sensorik an. Das Team DigiTal Zwilling hat bereits gemeinsam mit dem Fraunhofer IPM die Sensorbox „MUM-mini“ bei Messfahrten im Wuppertaler Stadtgebiet eingesetzt. Daraus entstand die Idee, die Technik auch für die Schwebebahnstrecke zu erproben und damit Blickwinkel zu erhalten, die mit den üblichen Straßenbefahrungen nicht möglich wären.
So entsteht ein digitales 3D-Abbild
Doch wie lässt sich eine kilometerlange Strecke während der Fahrt so genau erfassen? Dafür kommt ein sogenannter LiDAR-Scanner (Öffnet in einem neuen Tab) des Fraunhofer IPM zum Einsatz. Vereinfacht gesagt tastet er seine Umgebung mit Laserlicht ab – ähnlich wie ein sehr präzises dreidimensionales Entfernungsmessgerät.
Der „Mobile Precise Scanner“ sendet Lichtpulse aus, die von Objekten in der Umgebung zurückgeworfen werden. Aus der Zeit, die das Licht für Hin- und Rückweg benötigt, berechnet das Gerät die Entfernung. Das funktioniert äußerst genau: Bei einem zehn Meter entfernten Objekt beträgt die Messgenauigkeit weniger als einen Millimeter.
Ein rotierender Spiegel lenkt den augensicheren Laserstrahl rundherum und ermöglicht so einen 360-Grad-Blick auf die Umgebung. Bis zu drei Millionen Lichtpulse pro Sekunde sendet der Scanner aus. Während der Kaiserwagen fährt, entstehen dadurch Millionen einzelner Messpunkte.
Millionen Punkte ergeben ein dreidimensionales Bild
Diese Messpunkte bilden zusammen eine sogenannte 3D-Punktwolke. Darin werden nicht nur die Formen von Objekten sichtbar, sondern auch ihre genaue Position im Raum. So lassen sich beispielsweise Tragekonstruktionen, Schienen, Stützpfeiler, Mauern und Bäume dreidimensional darstellen.
Wie detailliert das Ergebnis ausfällt, hängt auch von der Fahrgeschwindigkeit ab: Bei 30 km/h setzt der Sensor etwa alle 2,8 Zentimeter einen Messpunkt. Damit lassen sich beispielsweise auch Rohre, Leitungen oder Schilder erkennen.
Zusätzlich nimmt eine Panoramakamera Bilder entlang der Strecke auf. Sie ergänzen die Laserdaten um eine vertraute Ansicht der Umgebung und erleichtern es, Situationen und den Zustand einzelner Objekte zu beurteilen.
Künstliche Intelligenz unterstützt die Auswertung
Nach der Messfahrt wertet das Fraunhofer IPM die gewonnenen Daten aus. Dabei kommt auch Künstliche Intelligenz zum Einsatz. Sie hilft dabei, die Millionen Messpunkte zu sortieren und verschiedenen Objektarten zuzuordnen – zum Beispiel Vegetation, Wasser oder Bauwerken.
Auf diese Weise entsteht aus den zunächst abstrakten Messpunkten Schritt für Schritt ein strukturiertes 3D-Modell der Schwebebahnstrecke und ihrer Umgebung, das anschließend von den WSW und dem DigiTal Zwilling Stadt für ihre jeweiligen Aufgaben genutzt werden kann.
Warum fährt ausgerechnet der Kaiserwagen?
Dass für den Versuch der historische Kaiserwagen zum modernen Messfahrzeug wird, hat einen ganz praktischen Grund: Seine Bauform bietet an den Fahrzeugenden geeignete Öffnungen, an denen sich die Sensorik mit einer speziell dafür gebauten Vorrichtung befestigen lässt. Bei den neuen Schwebebahnwagen fehlen äußerliche Befestigungspunkte am Heck, sodass die modernen Wagen leider nicht zur Wahl standen.
So trifft bei der Messfahrt ein Stück Wuppertaler Verkehrsgeschichte auf hochmoderne Technik – mit dem Ziel, die Schwebebahnstrecke künftig einfacher, digitaler und effizienter zu kontrollieren.