Sensoren alarmieren bei Straßenschäden

In einem gemeinsamen Projekt der University at Buffalo und der chinesischen Chang'an University forschen Wissenschaftler an kabellosen Sensoren, die Schlaglöcher und andere Straßenschäden vorhersagen können. [...]

„Wir wollen Gefahren ausmachen, bevor Motorradfahrer wegen ihnen in Unfälle verwickelt sind“, erklärt Wenyao Xu, Leiter des Projekts „ePave“. Zunutzen machen will man sich Piezoelektrizität.

Drahtlos als Herausforderung

„Wir verwenden mehrere Methoden, um Fahrbahnschäden dieser Art im Vorfeld zu verhindern. Die beste ist immer eine rechtzeitige Sanierung – bei Asphalt etwa alle 15 Jahre“, erklärt Walter Mocnik von der Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft (Asfinag). „Klarerweise sorgen Witterungseinflüsse und unterschiedliche Baumethoden aus den vergangenen Jahrzehnten immer wieder dafür, dass Fahrbahnbeläge sich unterschiedlich ‚entwickeln‘. Dafür haben wir Experten in unserer Abteilung Asset Management, die Vorort-Prüfungen machen und den Zustand erfassen, dokumentieren und dadurch so überwachen, dass rechtzeitig eingegriffen werden kann“, führt der Experte aus.

Gänzlich neu ist die Idee von in der Straße implementierten Sensoren nicht. Um Ampelschaltungen an Kreuzungen zu steuern, sind sie unterirdisch per Kabel mit den Ampeln verbunden. Die Wissenschaft sucht nun nach Mitteln der drahtlosen Überwachung, um den Verkehr, den Druck auf der Fahrbahn oder andere Faktoren untersuchen zu können, die auf die Entstehung von Straßenschäden schließen lassen.

Viele der heute verfügbaren kabellosen Systeme setzen jedoch auf die Energie von Batterien. Diese sind laut Forschungsleiter Xu jedoch unpraktisch, da sie von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen – und damit die Straßendecke geöffnet werden muss. Als Alternativen stehen derzeit Solarsysteme oder Systeme mit Wärmeenergie zur Verfügung, welche jedoch als anfällig, wartungs- und kostenintensiv gelten.

Infos durch Druck von Autos

Die Forscher versuchen die Probleme zu umgehen, indem sie sich Piezoelektrizität zunutze machen. Es handelt sich hierbei um die gleiche elektrische Ladung, die beispielsweise von elektrischen Feuerzeugen und Tonabnehmern für Akustikgitarren ausgeht. Selbige soll laut den Forschern durch die mechanische Belastung entstehen, die Fahrzeuge auf Straßen ausüben.

Die Sensoren in der Größe eines Schlüsselanhängers sind alle 150 Meter voneinander entfernt. Zwei bis drei Zentimeter unter der Straße gelegen senden sie regelmäßig Informationen über Feuchtigkeit, Druck und andere nützliche Kennzahlen an Relaisstationen, die sich in bis zu 300 Metern Entfernung befinden. Diese können in Ampelanlagen untergebracht sein und die Informationen dann per Kabel weitergetragen werden. Wenngleich die Aussichten gut sind – für den Einsatz ist ePave noch nicht bereit. Weitere Forschungen hinsichtlich der erhofften Lebensdauer von fünf bis 20 Jahren des piezoelektrischen Moduls sowie zur Einbindung der Sensoren in das Straßenbild sind noch nötig, heißt es.

„Wir greifen zusätzlich auf die Daten externer Anbieter wie dem Austrian Institute of Technology zurück, die im Rahmen von Befahrungen mit Spezialfahrzeugen den Fahrbahnzustand erfassen“, sagt Mocnik. „Sollte es dennoch zu einem Asphaltauf oder -einbruch kommen, können wir durch den 24-Stunden-Betrieb der Autobahnmeistereien und entsprechende Sofortmaßnahmen, beispielsweise den Einsatz von Kaltgussasphalt, derartige Gefahrenstellen umgehend entschärfen und durch einen Rahmenvertrag bei größeren Schäden Sofortsanierungen bei Baufirmen innerhalb kürzester Zeit abrufen.“