Erfassung von GEA
(GEA = Grundstücksentwässerungsanlagen)
Von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt, Neubiberg, 30.06.2009
Die Vermessung und Dokumentation von Grundstückentwässerungsanlagen dient im Wesentlichen 2 Zielen:
- Zur Lokalisierung bestimmter Stellen im Leitungsverlauf, wie beispielsweise Schadstellen für spätere Reparaturen. Hierfür wird üblicherweise eine Messunsicherheit von ca. 0,5 m („Schaufelbreite“) gefordert.
- Für Sanierungs-, Anschluss- und weitere Planungen. Hierfür ist vor allem in der Höhe eine Messunsicherheit unter 0,1 m anzustreben.
Die Erfassungsproblematik bei GEA liegt darin, dass diese Leitungen i.d.R. im Untergrund verlaufen und die Rohre mit nur ca. 10 cm Durchmesser sehr schwer zugänglich sind. Konventionelle geodätische Messtechniken sind somit nicht einsetzbar und GNSS (GPS) Sensoren sind heute zwar als Chips mit sehr geringen Ausmaßen erhältlich, fallen aber aus, da im Untergrund kein ausreichendes, verwertbares Signal empfangen werden kann.
Prinzipiell werden die Messverfahren in zwei Kategorien, den indirekten (also den Verfahren aus der Zeit vor ASYS) und den direkten Messverfahren, unterschieden. Eine vollständige Vorstellung der Verfahren kann hier nicht gegeben werden, dennoch sollen einige kurze Erläuterungen gegeben werden.
Zu den indirekten Messverfahren zählen die passive und aktive Magnetfeldortung, Ortung von Sonden und das Georadars.
Die Leitungsortung bei der passiven und aktiven Magnetfeldortung erfolgt dabei durch Messung der elektromagnetischen Feldstärke. Wird das Ortungsgerät quer über ein Rohr bewegt, befindet sich dieses unter dem Punkt, an dem die maximale Feldstärke gemessen wird. Der Rohrverlauf erschließt sich dann aus der Aneinanderreihung mehrerer Querprofile. Diese beiden Verfahren funktionieren nur bei metallischen Rohren bzw. durch den Einsatz von Sonden. Ein weiteres indirektes Messverfahren ist das geophysikalische Verfahren des Georadar.
Die Problematik der Ortungsverfahren und des Georadars liegt zum Einen in der punktuellen Erfassung des Rohres, da erst durch Zusammenfügen mehrerer Querschnittmessungen der Verlauf rekonstruiert werden kann. Diese Verfahren haben zum Anderen eine große Störanfälligkeit auf Diskontinuitäten im Untergrund oder z.B. bei oberirdischen Starkstromleitungen, wodurch eine exakte Erfassung der Lage des Rohres nur sehr schwer möglich wird. Noch schwieriger gestaltet sich bei diesen Verfahren die Rekonstruktion der Topologie der Rohrleitungssysteme.
Ein weiterer Ansatz zur geometrischen Dokumentation von GEA basiert auf der Rekonstruktion des geometrischen Verlaufs im Zuge einer Inspektion durch Längenmessung und Winkelschätzung. Wird ein Rohr mit einem Kamerasystem zur Inspektion befahren, besteht i.d.R. eine Kabelverbindung vom Inspektionswagen zur Inspektionskamera. Die Länge des ausgebrachten Kabels kann somit gemessen werden. Die Abzweige- bzw. Abknickwinkel werden vom Operateur geschätzt. Diese Schätzung kann durch entsprechende Software unterstützt werden, mit deren Hilfe aus der geometrischen Verzerrung des Rohrquerschnitts auf den Raumwinkel geschlossen wird.
Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass eine Rohrortung bzw. Dokumentation als Nebenprodukt einer Inspektion abfällt. Des Weiteren ist das Verfahren unabhängig vom Rohrmaterial. Durch die Winkelschätzung wird das Leitungsnetz zwar topologisch korrekt dargestellt, nach unserer Einschätzung aber geometrisch sehr verfälscht, da die korrekte Rekonstruktion des Raumwinkels und seine Projektion in die Ebene (wegen fehlender Höheninformation) insbesondere bei nicht normgemäßen Bögen durch den Operator kaum möglich ist. Eine Weiterverarbeitung des Leitungsnetzes ist somit äußerst fragwürdig, da die erforderliche Genauigkeit in der Regel nicht gegeben ist:
ASYS
Das an der Universität der Bundeswehr in Zusammenarbeit mit JT-Elektronik entwickelte System ASYS basiert darauf, mit Hilfe von Sensoren den Verlauf der Leitung direkt während der Inspektion zu messen. Dabei wird die für die Inspektion von Grundstücksentwässerungsanlagen, verwendete Vorschubeinheit (Lindauer Schere) um ein miniaturisiertes Interialsystem (engl.: Inertial Measurement Unit, abgekürzt IMU) erweitert, das nur wenige cm Seitenlänge aufweist, so dass es in die Lindauer Schere integriert werden kann. Die Weginformation der Lindauer Schere wird über den Kabelvorschub erfasst. Mit Hilfe der Weg- und Winkelinformationen kann der Leitungsverlauf geometrisch rekonstruiert werden. Ohne auf weitere Details einzugehen, soll hier nur erwähnt werden, dass die Bestimmung des Leitungsverlaufs mit ausreichender Genauigkeit nur durch einen komplexen Verarbeitungsprozess gelingt, da diese Inertialsysteme (Sensoren) zeitliche Instabilitäten aufweisen, die es auszugleichen gilt. Dieses Verfahren ist für alle Rohrmaterialien gleichermaßen geeignet. Die Verlaufsmessung wird sowohl in Verbindung mit der Inspektion als auch in einem gesonderten Messvorgang durchgeführt und kann sowohl im Schiebe- als auch im Spülbetrieb erfolgen.
Das System ist in 2 Varianten verfügbar: Die Variante geoASYS liefert den Verlauf der Leitungen direkt im Landeskoordinaten- und Höhensystem (Gauss-Krüger oder UTM), da hierbei eine Anbindung an den Hauptkanal erfolgt. Bei der Variante lpASYS wird der Verlauf der Leitungen in einem lokalen Koordinaten- und Höhensystem beschrieben. Die Übertragung ins Landessystem kann hier durch eine Transformation mit Hilfe von sogenannten Passpunkten erfolgen.
In beiden Varianten besteht die Möglichkeit nach Abschluss der Messung sowohl eine tabellarische als auch graphische Dokumentation auszugeben bzw. in hinterlegten Katasterplänen darzustellen. Noch wichtiger ist allerdings, dass die aufgenommenen Daten über Schnittstellen zur weiteren Verarbeitung in Geoinformationssysteme übertragen werden können.
Zur Überprüfung der mit geoASYS erreichbaren Genauigkeit wurden umfangreiche Untersuchungen vom Kasseler Entwässerungsbetrieb (www.ks-keb.de) durchgeführt. Diese sind ausführlicher im Kasseler Bericht dokumentiert.
Betrachtet man Leitungen von ca. 20m Länge, so kann man feststellen, dass die geo-ASYS-Messdaten mit der tatsächlich angenommenen Lage des Anschlusskanals bei sachgerechter Handhabung i.d.R. innerhalb der oben beschriebenen Messunsicherheiten übereinstimmen.
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