Kriegsstrasse

Mit über 300.000 Einwohnern, 160.000 Fahrzeugen im Kerngebiet der Stadt sowie 190 Millionen Trampassagieren jährlich nimmt Karlsruhe in der Verkehrsplanung im Südwesten Deutschlands eine entscheidende Rolle ein. Nicht nur die Bundesautobahn 5 beeinflusst die Planungsszenarien im Großraum Karlsruhe, sondern auch die innerstädtische Auslastung der Bundesstraße 10. Diese, für die Region wichtigste Ost-West-Verbindung, ist Grundlage für 80.000 Fahrzeugbewegungen täglich und damit prädestiniert, überlastet zu sein. Dieser Überlastung möchten Stadt und Land aktiv entgegenwirken und haben mit dem Projekt „Die Kombilösung“ zwei außergewöhnliche Tunnelprojekte für die Entlastung des überirdischen Verkehrs gestartet

Projekte wie „Die Kombilösung“ finden nicht nur Freunde. Baulärm, Störung der Abläufe, Kosten, Verschmutzung und umweltbezogene Einschränkungen sind nur ein Teil der potentiellen Themen, die bei der Öffentlichkeitsarbeit bei dieser Art urbaner Großbauprojekte berücksichtigt werden müssen. Die Stadt Karlsruhe und die Karlsruher Schieneninfrastruktur-Gesellschaft (KASIG) als Bauherren haben zu diesem Zweck eine langfristige und sehr frühzeitig beginnende Informations-kampagne aufgestellt. Diese findet in Form einer Projektwebsite statt, aber auch durch öffentliche Veranstaltungen und eines Informationszentrums. Ziel der Bauherren sowie der beteiligten Bauunternehmen und Konsortien war es auch, die Möglichkeiten der digitalen Lösungen zur Baufortschrittsdokumentation bestmöglich auszuschöpfen. Entscheidenden Anteil an dieser digitalen Dokumentation haben die Vermessungsdrohnenlösungen von Leica Geosystems, die das Karlsruher Ingenieurbüro IngenieurTeam GEO GmbH einsetzt.

Höchste Genauigkeit vom ersten Tag an

Die Bauarbeitsgemeinschaft aus Ed. Züblin und Schleith ist für den Bau des u.a. am Ettlinger Tor verlaufenden Kriegsstraßentunnels zuständig. Zusammen mit dem zweiten Tunnel in der Kaiserstraße bilden beide Baumaßnahmen „Die Kombilösung“ für die Stadt Karlsruhe, die ab 2020 bzw. 2021 die Verkehrssituation in der Innenstadt deutlich verändern sollen. In der Kriegsstraße bedeutet dies, dass die Fahrzeuge unter die Erde gebracht werden, während sich Tram, Fußgänger und vor allem Fahrräder überirdisch bewegen werden. Auf einer Strecke von 1.600 Metern verändert der Kriegsstraßentunnel das Stadtbild deutlich – und das bereits während der Baumaßnahmen. Der Bauplanung und anschließenden Bauüberwachung wird auch aus diesem Grund ein besonderer Stellenwert eingeräumt. Der Anspruch der Bauüberwachung, bestehend aus DB Engineering & Consulting, Emch+Berger und BUNG, ist dabei, bei Vermessung, Beweissicherung und Monitoring auf höchste Genauigkeit zu setzen. Vor Beginn der neuen Bauabschnitte wurden daher Ursprungs-vermessungen des Baugebiets sowie eines Bereichs von 50 Metern in sämtlichen Seitenstraßen vorgenommen, Zielwert für die Genauigkeit der Daten waren dabei 2 cm. Diese Aufgabe hat das Team von IngenieurTeam GEO übernommen und dabei das UAV (Unmanned Aerial Vehicle) von Leica Geosystems eingesetzt. Ausgestattet mit RTK und GNSS Modul ermöglicht diese Technologie die Datenaufnahme aus der Luft parallel zum Betrieb auf der Baustelle und liefert durch die Kombination des verbauten GNSS-Moduls und der Sony Alpha 6000 mit 20mm Objektiv hochgenaue Daten.

Besondere Herausforderung beim Fliegen in der Innenstadt

Rund um die Baumaßnahme befinden sich mit dem Bundesgerichtshof sowie dem Karlsruher Staatstheater kritische Bauwerke. Wie bei Tunnelbaumaßnahmen üblich, muss sichergestellt werden, dass es durch den Bau zu keinerlei ungeplanter Veränderungen der Umgebung kommt. Etwaige Absenkungen oder ungewollte Volumenveränderungen müssen ausgeschlossen werden. Dieser Ausschluss muss dokumentiert und überwacht werden. Konventionelle Methoden können parallel zu Baumaßnahmen aus Sicherheits- und Zeitgründen nur eingeschränkt eingesetzt werden. Der Einsatz eines UAV hat zwar zunächst für Diskussionsbedarf aus Sicht der Regulierungsstellen gesorgt, wurde dann jedoch im Sinne eines effizienzorientierten Projektablaufs als die optimale Lösung zur Datengenerierung erkannt. Die Vorteile der flächigen Vermessung und des Monitorings im Vergleich zu einer rein punktuellen Datenaufnahme mit Hilfe von terrestrischen Methoden liegen im Besonderen in den vielfältigen Verwendungsszenarien der generierten Daten. So können diese nicht nur Fragen aus Sicht eines Vermessungsingenieurs beantworten, sondern sind auch Grundlage bei der Planung der Verkehrswege während der Baumaßnahme, können bei pro- und retrospektiver Bauplanung verwendet werden und sind entscheidender Faktor bei der Volumenkalkulation beinahe in Echtzeit. 

Den Vorteilen gegenübergestellt sind die Besonderheiten des Fliegens im innerstädtischen Bereich. So ist die Enge der Stadt bereits bei der Planung der automatisiert durchgeführten Befliegung und damit der Flugrouten- und –höhenplanung zu berücksichtigen. Auch potentielle Störungen des Fluges durch Kräne, Vegetation und etwaige Magnetfeldstörungen durch die Vorhandene Infrastruktur und Bebauung spielen eine Rolle. Benjamin Busse, erfahrener Experte im Bereich des Einsatzes von Vermessungsdrohnen beim IngenieurTeam GEO, hat aus diesem Grund besonderes Augenmerk auf das Hinzuziehen aller Stakeholder bereits während der Planung gelegt.

"Die neuen Drohnenbestimmungen in Deutschland erlauben keine Flüge über Bundesstraßen", sagt Busse. "Dank einer guten Beziehung zu allen Beteiligten erhielten wir die Sondergenehmigung für die innerstädtischen Flüge über die B10 mit Verkehr, Fußgängern und Straßenbahn."

Digitale Ergebnisse und wirtschaftliche Vorteile

Die Auftraggeber haben neben klassischen Orthophotos auch hochauflösende Einzelbilder zur Dokumentation, digitale Höhenmodelle und Punktwolken erwartet. Gleichzeitig wurde die Überprüfung der Verkehrswegeplanung beauftragt. Diese fand auf Basis bereits erstellter Pläne statt, welche mit den Informationen aus den Orthophotos kombiniert und ergänzt worden sind. In Folge der sehr guten Ergebnisse aus den Befliegungen und der hohen Informationsqualität ist nun geplant, das vierteljährliche Monitoring, kritische Volumenkalkulationen sowie eine Ergänzung des Baustellentagebuchs durch Videos und Fotos aus der Vogelperspektive ebenfalls mit Hilfe von UAV-Lösungen durchzuführen.

Die Gründe für diese Entscheidung sind rasch zusammengefasst: Mit Hilfe konventioneller Messmethoden hätten nicht nur deutlich weniger Daten aufgenommen werden können, ein Team aus fünf Personen hätte dafür auch sechs Wochen Zeit benötigt, um die gewünschten Ergebnisse abzuliefern. Das Team aus zwei Personen für den UAV Workflow hat hingegen nur sieben Tage Zeit benötigt. Konventionell wären Leica Geosystems Totalstationen zum Einsatz gekommen, das UAV Team arbeitet mit dem UAV von Leica Geosystems, der Sony Alpha 6000, dem Aibot HP GNSS 2 sowie einer Leica Viva GS15 für das Einmessen der Bodenpasspunkte. Die Kosten für den Auftraggeber beim Einsatz der konventionellen Methode wären um 180% höher gewesen, als beim Einsatz der UAV-Lösung. Noch attraktiver gestaltet sich die monetäre Betrachtung aus Sicht des Anwenders: die Kosten für IngenieurTeam GEO lagen bei 1/5 im Vergleich zu konventionellen Methoden.

"Wir sehen die UAV-Technologie als Teil unserer Toolbox", ergänzt Martin Schwall, Mitbegründer und Geschäftsführer von IngenieurTeam GEO. "Aus Sicht des Kunden ermöglichen UAV schnelle und digitale Ergebnisse mit vielen Vorteilen für zusätzliche Informationen."

Digitale Workflows bieten viele Vorteile

Der Einsatz der UAV-Lösung von Leica Geosystems bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Die Digitalisierung der Prozesse im Zusammenhang mit Baumaßnahmen hängt immer von einer hohen Datenqualität und –dichte ab. So können die Informationen aus den Befliegungen mit dem UAV nicht nur für Planung und Monitoring, sondern auch für die Bereiche Machine Control und Auftragskommunikation verwendet werden. In einem weiteren Entwicklungsschritt werden die Daten des UAV auch nahtlos in die Softwarelösungen Leica Geosystems übernommen werden können. Die Ergebnisse liegen dabei nicht nur schneller vor, sondern können mit wenig Aufwand adressatengerecht individuell aufbereitet werden. Während konventionelle Methoden selektiv Daten generieren, keine Bilddaten aufnehmen und damit nur mit sehr viel Aufwand eine digitale Visualisierung zulassen, bietet der Einsatz einer digitalen End-to-End Lösung auf Basis von UAV, entsprechender Sensorik (hier hochauflösende RGB-Kamera) und geeigneter Software zum Post Processing und der Datenaufbereitung echte Mehrwerte. Neben Bildern sind dies vor allem die flächigen, dreidimensionalen Vermessungsinformationen, die Option einer parallelen Inspektion auf Basis der Bilddaten, der Datenaufnahme parallel zum Tagesgeschäft sowie einer deutlich verminderten Gefährdung der vor Ort tätigen Ingenieure. Die generierten Daten sind Basis für die Beantwortung existierender und zukünftiger Fragestellung und Grundlage für eine tatsächliche Archivierung sämtlicher Baufortschritte ab dem ersten Tag.

"Als nächsten Schritt wird Leica Geosystems die UAV-Lösungen vollständig in die Softwarelösungen für Konstruktion, Überwachung und Vermessung integrieren", sagt Valentin Fuchs, Produktmanager UAV, Abteilung Geospatial Solutions, Leica Geosystems AG. "Unseren Kunden zu helfen, Informationen zu visualisieren und die gesammelten UAV-Daten zu nutzen, um Prozesse zu automatisieren und zu beschleunigen, ist Teil des Gesamtbildes zukünftiger Entwicklungen."