Van Gelder gebruikte automatisch 3D-frezen met SmoothRide-concept op N518

Concept was voor Van Gelder een oplossing voor het inmeten van de weg naar Marken

Aannemingsmaatschappij Van Gelder zocht een oplossing om de bijna zeven kilometer lange N518 naar het voormalige eiland Marken sneller, veiliger en nauwkeuriger in te meten, te frezen en van een nieuwe toplaag te voorzien. Samen met Infra-Techniek gebruikte het bedrijf de door Topcon ontwikkelde techniek om automatisch 3D te kunnen frezen.

De N518 vanaf Monnickendam is de enige verbindingsweg naar het voormalige eiland Marken en daardoor een belangrijke verkeersader. De provincie Noord-Holland had dan ook diverse eisen ten aanzien van de bereikbaarheid en verbood afsluitingen en afzettingen overdag. Die eisen waren voor Aannemingsmaatschappij Van Gelder reden om het inmeten en frezen van de bestaande asfaltlaag over een andere boeg te gooien. Het vond hierbij partners in asfaltfreesbedrijf Infra-Techniek en automatiseerder Topcon.

Tijdrovend

Het inmeten van een bestaande openbare weg is volgens Van Gelder niet alleen een tijdrovende, maar vooral ook een potentieel risicovolle bezigheid. Elke vijf of tien meter meet een medewerker de weg op drie punten (links, midden, rechts) handmatig in met een gps-stok. Hiervoor wordt de weg telkens tijdelijk afgesloten om zo de hoogte, de verkanting en het afschot te kunnen inmeten.
Wegontwerpers gebruiken de meetgegevens van de bestaande situatie tezamen met de eisen die de opdrachtgever stelt aan onder meer de minimale nieuwe laagdikte en de (nieuwe) breedte van de weg om een nieuwe wegontwerp te ontwikkelen.

Hierna volgt een tweede wegafsluiting om de kenmerkende witte cijfers op het wegdek te spuiten, de instructies voor het freesbedrijf. Nadat er (’s nachts) gefreesd is, volgt een tweede meting om te bepalen hoeveel asfalt er precies op elke positie aangebracht moet worden om de vereiste hoogte en verkanting en het juiste afschot te verkrijgen. In dit hele proces is er kans op onveilige situaties (wegafsluitingen), faalkosten door verkeerd en te diep freeswerk en kost het meermalig handmatig inmeten veel tijd. Dat moet veiliger, sneller, nauwkeuriger en ook voordeliger kunnen, dachten ze bij Van Gelder.

LIDAR-scanner

Voor het inmeten vond Van Gelder een oplossing bij Topcon in de vorm van de RD-M1-scanner. Topcon introduceerde deze scanner anderhalf jaar geleden in Nederland als onderdeel van het zogenoemde SmoothRide-concept, een complete workflow voor frees- en asfalteerprojecten. De RD-M1-scanner vormt daarbij de kern van het systeem en maakt gebruik van LIDAR (LIght Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging).

De RD-M1 wordt gemonteerd op (de trekhaak van) een voertuig zoals een pick-up, waarbij het LIDAR-systeem continu de afstand meet tussen de scanner en het wegdek. Hierbij worden de hoogteverschillen in het gehele wegdek in de lengte- en in de breedterichting in kaart gebracht met maximaal 100 metingen per seconde.

Corrigeren

De RD-M1 beschikt ook over een GNSS-ontvanger, een wielsensor en een IMU (Inertial Measurement Unit). Deze IMU zorgt onder meer voor inzicht in voertuigsnelheid, -kanteling en -versnelling en corrigeert de bewegingen van het voertuig en de scanner. Het zal overigens niet verbazen dat al deze technieken, en meer, ook gebruikt worden in zelfrijdende autonome voertuigen.
Het voertuig met de RD-M1-scanner brengt het wegdek met maximaal 80 kilometer per uur al rijdend in kaart. Hoewel Van Gelder tot dusver met 30 tot 60 kilometer per uur reed, doet dat niet veel af aan de mogelijkheid om tijdens het inmeten van het wegdek gewoon met het verkeer mee te kunnen rijden. Geen wegafsluitingen dus, en geen (potentieel) onveilige situaties voor werknemers met een gps-stok.
De puntenwolk die de RD-M1 oplevert bevat de gps-coördinaten met bijbehorende hoogteverschillen in het bestaande wegdek. Op aangeven van de wegontwerpers worden (ter controle) verschillende referentiepunten met een gps-stok ingemeten. Deze dienen ook voor het ‘georefereren’ van de puntenwolk in de breedte, lengte en hoogte. Met behulp van alle verkregen data ontwerpen de wegontwerpers het nieuwe wegdek en berekenen ze exact hoeveel materiaal er waar weggefreesd moet worden, rekening houdend met de vereiste minimale laagdikte, de verkanting en het afschot van de nieuwe toplaag.

3D-freesmodel

Net zoals bij een 3D-model voor graafmachines en wielladers, worden de 3D-freesmodellen vervolgens ingevoerd in de control box van de freesmachine om automatisch gps-gestuurd te kunnen frezen. Daarbij is er dus wel een verschil, want de diepte (Z) wordt niet aangestuurd via gps-coördinaten, of een taster, maar via een direct-control-sensor op de freesmachine en een relatief model. Na het frezen (onbedoeld) achteruitrijden en vervolgens opnieuw vooruitrijden en frezen, leidt hierdoor wel tot te diep frezen.

Een verschil met frezen zonder het gebruik van het SmoothRide-concept (of vergelijkbaar), is dat de twee machinisten van de freesmachine geen witte cijfers op het wegdek hoeven te lezen voor de aansturing van de freesrol. En juist dit blijkt in de praktijk het verschil te kunnen maken. Want hoe goed en ervaren de machinisten ook zijn, automatische aansturing van de freesrol werkt altijd nauwkeuriger. En daar zit ook een belangrijk deel van de winst: de machinisten kunnen zich beter concentreren op de machine en het vullen van de vrachtauto’s of dumpers met gefreesd product, en de tolerantie van de freesmachine neemt af. Die nam af van maximaal 1 centimeter op het traditioneel gefreesde wegvak, naar maximaal 4 millimeter op het wegvak dat automatisch werd gefreesd. Dit betekent (gemiddeld) minder afvoer, geringere slijtage van de freesbeitels en ook minder aanvoer van nieuw asfalt. Bovendien zijn de bedrijven ervan overtuigd dat de nieuwe asfaltlaag een constantere dikte heeft en hierdoor ook een langere levensduur.

Eerst geoefend

Voordat Van Gelder en Infra-Techniek het concept gebruikten op de N518 naar Marken, ‘oefenden’ ze begin 2017 op een groot onderhoudsproject aan de N235 tussen Purmerend en Ilpendam. Daarbij kwam onder andere aan het licht dat het noodzakelijk was om de direct-control-sensor op de derde of vierde ski van de freesmachine, die normaal de hoogte van de freesrol aanstuurt, continu te activeren.
Omdat machinefabrikant Wirtgen geen toestemming gaf voor het automatisch richting sturen, is een alternatieve freesrolaansturing ontwikkeld. Het kalibreren van de freesmachine in combinatie met de 3D-gps-machinebesturing had ook wat voeten in de aarde en Van Gelder hoopt dat de controlescan na het frezen op termijn niet meer nodig is. Een volgende uitdaging is het bereik van het GNSS-systeem van de RD-M1-scanner op de pick-up in onder andere stedelijk gebied en in tunnels.

Wennen

Hoewel alle machinisten van freesmachines betrokken zijn bij de proeven op de N235 en N518, blijft de nieuwe techniek vanzelfsprekend wennen voor hen en ook voor de uitvoerders. De laatste misten vooral een referentie in de vorm van cijfers op het asfalt en een tekening op papier.
Niettemin zijn de ervaringen van de drie betrokken partijen, de provincie en ook de weggebruikers positief. Zo kwamen er geen klachten van weggebruikers over steenslag en hadden enkele automobilisten na het frezen het idee dat het wegvak al opnieuw geasfalteerd was, zo strak was het freeswerk… Van Gelder gaat de RD-M1-scanner dan ook vaker gebruiken.