استفاده از فناوری های ماهواره ای (GPS) در مدیریت ساخت

مکان‌های بیرون ساختمان محیط‌های پویا هستند که در آن منابع ساخت‌وساز (کارگران، تجهیزات و مواد) به طور مداوم و مکرر با یکدیگر تعامل دارند. ثبت داده‌های دقیق و قابل‌اطمینان این تعاملات برای تجزیه و تحلیل هر نوع عملیات ساخت‌وساز مهم است. آنالیز بهره‌وری و روش‌های نمونه‌برداری فعالیت اغلب در فضای کاری کنترل‌شده بر روی یک پروژه و تنها چند منبع انجام می‌شود. داده‌های نمونه تنها برای یک بازه زمانی کوتاه ارائه‌شده و ممکن است اجازه مطالعه جامع از همه منابع در یک پروژه را ندهند. اکثر آن‌ها از روش‌های نمونه‌گیری دستی استفاده می‌کنند که می‌تواند تحت‌تاثیر موضوعی باشد که عملیات را مشاهده کرده و داده‌ها را ضبط می‌کند. متعاقباً، استفاده از کامپیوترها و دیگر فن‌آوری‌ها وظایف ارزیابی عملکرد منابع را ساده کرده است. با این حال، ناظران قادر به جمع‌آوری داده‌های دقیق، به طور مداوم برای سایت های بزرگ‌تر و زمانی که چندین قطعه از منابع ممکن است به طور هم زمان اجرا شوند، نیستند.

با اینکه فناوری ممکن است برای انجام تمام وظایف مورد نیاز در انجام نمونه‌برداری کار بر روی تجهیزات ساختمانی مناسب نباشد، ردیابی محل منابع ساخت‌وساز با استفاده از چندین فن‌آوری موجود تجاری انجام شده ‌است. مهم‌ترین فناوری در آنالیز عملیات تجهیزات، سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) می‌باشد. در سال‌های اخیر, فن‌آوری‌های دیگر مانند شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) در ترکیب با GPS برای ردیابی مواد در کاربردهای مدیریت موجودی بکار گرفته‌شده‌اند. پهنای باند بسیار (UWB) و سیستم‌های سنجش مبتنی بر دید نمونه‌هایی از فناوری‌های نوظهور هستند که درسایت‌های ساخت برای ردیابی مورد آزمایش قرارگرفته‌اند.در کنار کاربردهای فناوری ردیابی مکان که پتانسیل کمک به نمونه‌برداری کار رادارند، استفاده از تکنولوژی موقعیت‌یابی چندگانه در ردیابی مکان واقعی و ردیابی فاصله حداقل دو منبع به یکدیگر مورد استفاده قرارگرفته ‌است.

برای ارزیابی عملکرد ایمنی از شاخص‌های ایمنی استفاده می‌شود. این شاخص‌ها بینش‌های بیشتری در مورد شرایط ایمنی موجود پس از وقوع حادثه ارائه نمی‌دهند. از آنجا که اندازه‌گیری شاخص‌های پیشرو اخیراً در صنعت ساخت‌وساز بسیار رایج شده است، جمع‌آوری و تحلیل مداوم داده‌ها پتانسیل تصمیم‌گیری در مدیریت ایمنی بیشتر را دارد. اگر داده‌ها به سرعت به‌روز شوند، پرسنل امنیتی می‌توانند اقدامات پیشگیرانه بیشتری انجام دهند و از شرایط خطرناک در وهله اول جلوگیری کنند. با این حال، اغلب داده‌های ایمنی ساخت‌وساز پس از وقوع یک حادثه جمع‌آوری می‌شوند. GPS در ترکیب با سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و شبکه گسترده (WAN) به عنوان یک مؤلفه مهم در سیستم‌های نظارت متمرکز عمل می‌کند. بسیاری از محققان سطوح دقت و ویژگی‌های عملکرد تجهیزات مختلف gps را با توجه به توانایی نگاشت موفق داده‌های gps در پایگاه داده شبکه gis مورد آزمایش قرار داده‌اند. بسیاری از محصولات تجاری وجود دارند که از تکنولوژی بسیار دقیق gps برای کاربردهای بیرونی مانند بخش‌های کشاورزی, ساخت‌وساز و حمل‌ونقل استفاده می‌کنند.

برخی مطالعات آکادمیک اخیر بر تجزیه و تحلیل داده‌های GPS برای تجزیه و تحلیل عملیات ساخت‌وساز تمرکز داشتند. برخی دیگر از فن‌آوری شخصی (PDA) برای جمع‌آوری داده‌ها در ساخت تونل استفاده کردند. مرتبط‌ترین رویکرد برای این کار توسط تیم  "هیلدرن"  انجام شد. سهم اصلی آن‌ها این است که داده‌های GPS که زمانی فرآوری شده بودند، می‌توانند مستقیماً به مدل‌های شبیه‌سازی داده شوند. با این حال، مطالعه آن‌ها بر روی‌داده‌های مکانی پیوسته تمرکز نداشت، زیرا می‌توان آن را برای مدل‌های شبیه‌سازی بکار برد. ابزارهای توسعه‌یافته مبتنی بر فیلتر داده‌ها از اندازه‌گیری‌های اضافی و تجزیه و تحلیل در مایکروسافت اکسل ساخته شدند.

این مطالعه بیشتر بر شناسایی ارزش‌های کلیدی مشترک در مدل‌های شبیه‌سازی ساخت موجود تاکید دارد: بار، حمل، تخلیه، و زمان بازگشت؛ و تنها تعداد محدودی از مناطقی که به طور دستی تعریف‌شده‌اند را در بر می‌گیرد.
تکنولوژی مورد استفاده در این کار، سیستم موقعیت جهانی (GPS) است. GPS یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای است که به صورت فلکی در اطراف زمین گردش می‌کند. یک GPS معمولی متشکل از یک بخش فضا، بخش کنترل و بخش کاربر است. بخش فضا متشکل از ماهواره‌های اطراف زمین است درحالی‌که بخش‌های کنترل بر روی زمین در حال نظارت بر موقعیت ماهواره‌ها قرار دارند. بخش کاربر یک واحد GPS است که موقعیت‌یابی را تعیین می‌کند. برای دستگاه‌های GPS کم‌هزینه، یک خط واضح خط دید برای آسمان مفید است و سیگنال ماهواره کافی برای جمع‌آوری داده‌های موقعیت دقیق اطلاعات مورد نیاز است.
بسیاری از فن‌آوری‌های GPS در برنامه‌های نقشه‌برداری ساخت‌وساز وجود دارند. در تحقیقات ساخت‌وساز، Oloufa و همکاران که یکی از معدود محققانی بود که استفاده از GPS را در تحلیل عملیات تجهیزات مورد بررسی قرارداد بر روی یک سیستم تشخیص برخورد برای تجهیزات ساخت متمرکز بود. در محیط‌های خطرناک که در آن حضور انسان مورد تشویق قرار نمی‌گیرد، چنین سیستمی می‌تواند به طور بی‌سیم اطلاعات GPS را به سیستم مدیریت اطلاعات مرکزی انتقال دهد. کاربردهای بالقوه چنین سیستمی می‌تواند احتمال برخورد بین تجهیزات را شناسایی کند. علاوه بر این  GPS RTK برای کنترل سنجش موقعیت عمودی و دقت مشخصات سطح زمین معرفی شده است. RTK GPS شامل یک ایستگاه با موقعیت بسیار دقیق  است که موقعیت آن بر اساس ایستگاه محاسبه می‌شود.

فرآیند استفاده از فن‌آوری ثبت داده‌های GPS و تحلیل داده‌های آن

طرح کلی فرآیند پیشنهادی برای تجزیه و تحلیل عملیات تجهیزات سایت ساخت‌وساز با استفاده از فن‌آوری ثبت داده‌های GPS در نمودار جریان در فرآیند ۱ نشان‌داده شده است. این فرآیند شامل سه جز اصلی است: به‌کارگیری فن‌آوری GPS، واسط کاربر برای تحلیل داده‌ها و تجسم سازی، و استفاده از اطلاعات جغرافیایی

فرآِیند ۱. فرآیند گنجاندن تکنولوژی ثبت داده‌های GPS در تحلیل عملیات تجهیزات سایت ساخت‌وساز.

قبل از گسترش فن‌آوری اطلاعات GPS دریک پروژه ساخت‌وساز، خطای ابزار آن باید اندازه‌گیری شود. روش تست خطا شامل استقرار تجهیزات داده‌های GPS چندگانه در نقاط مرجع شناخته‌شده مختلف است. هنگامی که دقت تعیین شد، دستگاه‌های GPS را می‌توان بر روی قطعات مختلف تجهیزات ساخت و جمع‌آوری داده‌ها نصب کرد. داده‌های یک رابط کاربر برای کمک به کاربر نهایی که خواستار تجزیه و تحلیل و استفاده ازGPS برای برنامه‌ریزی، مدیریت و کنترل کاربر ثبت‌شده می‌باشد، نیازاست. سپس مجموعه داده‌ها رامی توان از عرض جغرافیایی به فرمت Mercator عرضی (UTM) برای آنالیز داده‌های خاص و اهداف تصویرسازی تبدیل کرد. بر خلاف مطالعات قبلی که با داده GPS بسیار دقیق سروکار داشت، این کار پتانسیل اجرای دستگاه‌های GPS کم‌هزینه مناسب برای استقرار جمعی را بررسی می‌کند.

تحلیل خطای داده کاوی GPS

با کم‌ترین دخالت، در صورت نیاز, تگ‌های GPS به اندازه کافی کوچک هستند که با استفاده از نوار دو طرفه در هر نقطه روی تجهیزات ساخت‌وساز (داخل / بیرون اتاق تجهیزات) و کارگران ساخت‌وساز (کلاه‌های سخت) نصب شوند. داده‌ها با تغییر جهت، حرکت، سرعت و فاصله ضبط می‌شوند. این دستگاه پس از کسب اطلاعات ماهواره‌ای کافی نقاط داده را شروع می‌کند. این کار معمولاً چند ثانیه طول می‌کشد و فقط یک‌بار، در ابتدای جمع‌آوری داده‌ها، انجام می‌شود. دستگاه اندازه‌گیری‌های پیوسته را تأمین می‌کند و به یک فایل داده منفرد، ذخیره‌شده در دستگاه، می‌فرستد.دستگاه ثبت داده‌های gps هم به یک حسگر حرکت مجهز شده است تا از ثبت داده‌های افزونه در هنگام حرکت دستگاه جلوگیری کند. میزان صحت مختصات جهانی توسط دستگاه‌ها اندازه‌گیری می‌شود. مقیاس نسبی معیاری برای اندازه‌گیری انحراف‌های نشان داده‌شده توسط دستگاه‌ها در هنگام مواجهه با شرایط محیطی مشابه است.

داده‌های خام یک اداره ثبت داده‌های GPS.

مثال یک تگ داده GPS (Wintec G)

اندازه‌گیری خطای دستگاه‌ها در مقیاس مطلق با مقایسه دستگاه مختصات با یک نقطه مختصات مشخص انجام می شود. برای مثال یک نقطه معیار شناخته‌شده GPS با مختصات N ° ۴۶.۵۹۴ ° ۰۸۴ در سیستم مختصات NAD انتخاب شد این نقطه روی سقف جسی دبلیو بوش قرار داشت. ساختمان "میسون" در محوطه موسسه فن‌آوری جورجیا در آتلانتا، آمریکا، ۱۰ تگ داده GPS در دو ردیف (۵ واحد در هر ردیف) روی یک تخته چوبی قرار داده شدند. فاصله از مرکز صفحه به دستگاه بر روی مستطیل راهنما در اطراف نقطه مبنا قرار داده شد. برای ایجاد هر دستگاه یک نقطه پرچم با ID منحصربه‌فرد مورد استفاده قرار گرفت. این فرآیند در مجموع ۳۶ بار تکرار شد. این آزمایش در یک روز بدون بارش و حداقل پوشش ابر انجام شد.

جمع‌آوری داده‌ها و پردازش داده‌ها

بعد از تست کردن داده‌ها، آن‌ها پیاده‌سازی شدند.
این الگوریتم نشانه خروجی یک سایت ساخت‌وساز واقعی برای جمع‌آوری داده‌ها است. مطالعه موردی برای جمع‌آوری داده‌های GPS پیوسته انجام و هر دستگاه با بالاترین دقت ممکن خود تنظیم شد. فرکانس قطع داده‌ها به ۱ هرتز تنظیم شد. برخی از دستگاه‌های GPS در داخل تجهیزات در نقطه با maximumRemove نصب شدند و اکنون در معرض قرار گرفتن آسمان قرار گرفتند .برخی قطعات تجهیزات ساختمانی با دو واحد برای افزونگی و تحلیل خطای نسبی برچسب‌گذاری شده‌اند. استفاده از داده دوم به تعیین جهت‌گیری دستگاه حفاری در هنگام حرکت it کمک کرد. داده‌ها برای چندین شیفت کاری جمع‌آوری شد که از ۴ تا بیش از ۱۲ ساعت در روز متغیر بود.
داده‌ها در فرمت CSV تمام دستگاه‌ها در پایان روز کار و دانلود شده جمع‌آوری شدند. برای ساده کردن نیازهای محاسباتی آنالیز داده‌های زیر و تجسم در رابط کاربر توسعه‌یافته، داده‌های خام ابتدا از عرض جغرافیایی تا UTM تبدیل شدند و سپس با استفاده از فیلتر بزرگ کالمن فیلتر شدند. فیلتر کالمن توسعه‌یافته است، چرا که به طور تاریخی برای فیلتر کردن و تنظیم موقعیت‌یابی و داده سیگنال مورد استفاده قرار گرفته است، به حذف داده‌های برون هسته و خواندن آن کمک کرده است.

واسط کاربر برای تجزیه و تحلیل داده‌ها

یک پلت فرم پردازش تصویر با استفاده از C # ۲۰۱۰ توسعه داده شد. هدف از این پلت فرم، تجسم داده‌ها به شیوهای تعاملی است. علاوه بر این، یک API MATLAB برای دست‌کاری ماتریس پیچیده ایجاد شد. داده‌های خام با استفاده از واسط کاربر وارد سکو شدند. داده‌ها فیلتر شدند و در نرم‌افزار Microsoft AccessTM ذخیره شدند.

تجزیه و تحلیل فعالیت‌های حلقوی

فعالیت‌های Cyclic در عملیات ساخت‌وساز رایج هستند. یک چرخه تجهیزات ساخت‌وساز معمولی متشکل از چهار بخش است: زمان بار، حمل بار، تخلیه بار، و زمان بازگشت. زمان بار زمان سپری‌شده توسط تجهیزات برای بارگیری مواد است. مدت زمان سفر از ناحیه شروع (ناحیه بارگذاری) تا منطقه تخلیه (تخلیه بار) است. زمان صرف شده، زمان صرف شده توسط تجهیزات برای تخلیه مواد و زمان بازگشت، زمانی است که تجهیزات لازم برای سفر از منطقه تخلیه به منطقه بارگیری را در بر می‌گیرد. چنین فعالیت‌های حلقوی را می‌توان‌ به طور خودکار شناسایی و با استفاده از داده‌های پیوسته تحلیل کرد. مقدار مواد کشیده شده نیز می‌تواند تخمین زده شود اگر ظرفیت تجهیزات در نظر گرفته شود. چنین داده‌هایی می‌تواند برای تحلیل بهره‌وری تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد.

آنالیز چرخه – منطقه دینامیکی در منطقه دینامیک

واسط کاربر برای آنالیز فعالیت‌های حلقوی نشان داده شده است. الگوریتم تحلیل داده‌های پایه این است:

• یک قطعه از تجهیزات با استفاده از داده‌های GPS: یک چرخه از شروع (به عنوان مثال، بار) تا انتها (به عنوان مثال، تخلیه) و برگشت کامل می‌کند. سپس مسیر هر داده GPS تحلیل خواهد شد.
• منطقه آغاز: این می‌تواند یک منطقه ثابت باشد. زمان صرف شده توسط تجهیزات در این منطقه "بار بار" در نظر گرفته می‌شود و شامل زمان بارگیری و زمان آماده‌سازی است. از آنجا که این مناطق به صورت دستی توسط کاربر کشیده می‌شوند، زمان بارگذاری ممکن است تنها با واقعیت متفاوت باشد.
• منطقه پایان: مانند منطقه شروع، همچنین می‌تواند یک منطقه ثابت یا پویا باشد. این الگوریتم نیازمند این است که شروع مناطق باهم تداخل نداشته باشند. مشابه منطقه شروع، زمان سپری‌شده در منطقه تخلیه بار به عنوان زمان تخلیه بار و یا اتمام کار در نظر گرفته خواهد شد.
• دوره آنالیز زمانی: این یک فیلتر زمان است که شامل زمان شروع و پایان برای تشخیص و تحلیل چرخه‌ها است. اگر توسط کاربر مشخص نشده باشد، تجزیه و تحلیل برای کل مجموعه داده‌ها موجود از هر logger داده اجرا خواهد شد.
• محدوده برای مناطق پویا: مناطق پویا به عنوان مناطق دایره‌ای در اطراف یک داده GPS ایجاد می‌شوند. در صورتی که شروع یا پایان کار به مرور زمان تغییر کند، مفید خواهند بود. اندازه دایره را می‌توان‌ با یک کاربر مشخص کرد.
• حداکثر زمان سفر مجاز: برای جلوگیری از خطا در تجزیه و تحلیل، حداکثر زمان سفر مجاز می‌تواند توسط یک کاربر تعیین شود. تنظیم چنین آستانه از موارد بالقوه ای جلوگیری می‌کند که در آن یک قطعه از تجهیزات برای مدتی طولانی قبل از بازگشت، سایت را ترک می‌کند.

 آنالیز سرعت و منطقه

دانستن توزیع زمان سپری‌شده توسط تجهیزات در مناطق کاری مختلف می‌تواند درک خوبی از نرخ کاربرد آن بدهد. مسیر تجهیزات را می‌توان‌ ردیابی کرد تا ببینید که چگونه یک قطعه از تجهیزات وارد یک منطقه مشخص می‌شود و چقدر زمان صرف آن منطقه می‌شود. یک بخش جالب دیگر از مدیران ساخت‌وساز اطلاعات دوست دارند بدانند که تجهیزات سرعت در مناطق کار حرکت می‌کنند. تجهیزاتی که در یک سرعت بالاتر از حد نرمال (یا کاربر – مشخص‌شده) در داخل یک محیط کار خطرناک سفر می‌کنند، ناامن تلقی می‌شوند.
برنامه‌های کنترل ترافیک داخلی (ITC) باید به گونه‌ای طراحی شوند که تجهیزات ساخت‌وساز تنها زمانی که به طور کامل مورد نیاز بوده و احتمالاً به عنوان زمان اندکی در چنین مناطقی هزینه کنند، طراحی شود. ردیابی و پی‌گیری مناطقی که سرعت تجهیزات بیشتر از سرعت مجاز تجاوز می‌کند، همچنین می‌تواند به عنوان یک شاخص پیشرو برای ایمنی سایت ساخت‌وساز و کمک در تشخیص مناطق خطرناک احتمالی برای کارگران پیاده عمل کند. به طور مشابه با مشاهده حرکت منابع و سرعت آن‌ها در مناطق مختلف از جمله مناطق خطرناک، نیاز به آموزش اپراتور تجهیزات می‌تواند تعیین شود یا تغییر در برنامه‌های ترافیک انجام شود. تجزیه و تحلیل داده‌ها از دستگاه‌های GPS که بر روی تجهیزات سایت ساخت‌وساز برچسب‌گذاری می‌شوند، می‌توانند به عنوان یک اقدام برای جلوگیری از خطرات در سایت عمل کنند.

آنالیز چرخه – منطقه ثابت به منطقه ثابت.

نزدیکی بین دو منبع

تجهیزات کار نزدیک به هم می‌توانند موجب مخاطرات شوند. روش‌های موجود برای ضبط عملیات ساخت‌وساز می‌تواند برخوردها را پس از وقوع آن‌ها ثبت کند. مواردی از خطاهای نزدیک را نمی‌توان‌ بدون ثبت پیوسته داده‌ها ثبت کرد. از آنجا که موقعیت تجهیزات برچسب‌گذاری GPS  با نرخ‌های رو به بالا شناخته می‌شود، آنالیز مجاورت را می‌توان‌ انجام داد و نشان داد که در چه زمانی، تجهیزات بسیار نزدیک یکدیگر عمل می‌کنند. با ادغام این اطلاعات در آموزش و آموزش اپراتور تجهیزات موجود، ایمنی محل و بهره‌وری را می‌توان‌ بهبود بخشید.

نتیجه‌گیری

تکنولوژی ردیابی و تحلیل محل ساخت‌وساز و استفاده از منابع تجهیزات رویکرد توسعه‌یافته روش اندازه‌گیری خطا، الگوریتم پردازش داده‌ها، برای کاربر ثبت‌شده را ارائه می‌دهد: رابط می‌تواند داده‌های GPS خام را به اطلاعات ارزشمند تبدیل کند که مدیران ساخت‌وساز دوست دارند از آن‌ها برای برنامه‌ریزی، مدیریت، و عملیات تجهیزات عملیات ساخت‌وساز کنترل استفاده کنند. یافته‌های این کار شامل چندین مطالعه موردی در مورد این است می‌تواند تمام ابزارهای جمع‌آوری داده‌های زمانی را از بین ببرد و تحلیل شود. کاربردها برای شبیه‌سازی ساخت‌وساز، آنالیز چیدمان سایت کار،  به طور خاص، یک رابط کاربری ایجاد شد که امکان تجسم داده‌های GPS موثر را فراهم می‌آورد. نتایج مربوط به داده‌های چرخه‌های تجهیزات جمع‌آوری شده و با استفاده از منطقه کاری اتوماتیک و خودکار انجام شد.

این رویکردها علاوه بر این، سرعت تجهیزات برای حذف آن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بر اساس یافته‌ها، معیارهای فعال (پیشرو) را می‌توان‌ برای سازمان‌دهی بهتر چیدمان محل کار، عملیات تجهیزات و اجرا و جلوگیری از خطرات در یک محل کار جمع‌آوری کرد. کار آینده برای توسعه یک گستره وسیعی از معیارها ضروری است که امکان تجزیه و تحلیل قابل‌اعتماد اطلاعات ردیابی مکان‌یاب را فراهم می‌آورد. برنامه‌های کاربردی بیشتری باید توسعه داده شوند که به تصمیم‌گیرندگان در تمامی سطوح ساختمان اجازه می‌دهد تا از دانشی که بر روی اطلاعاتی که می‌تواند جمع‌آوری شود استفاده کنند. انتظار می‌رود که ابزارهای آموزشی از این کار منتج شوند که می‌تواند به شدت زمینه آماده‌سازی سایت، برنامه‌ریزی، و کنترل، از جمله برنامه‌ریزی پیش از کار و آنالیز امنیت سایت را افزایش دهد.

Yantao Yu , Hongling Guo, , Qinghua Ding , Heng Li , Martin Skitmore / An experimental study of real-time identification of construction workers'unsafe behaviors.
Nipesh Pradhananga, Jochen Teizer / Automatic spatio-temporal analysis of construction site equipment operations using GPS data.
Heng Li , Zhen Chen , Liang Yong , Stephen C.W. Kong / Application of integrated GPS and GIS technology for reducing construction waste and improving construction efficiency.
Byungjoo Choi , Sungjoo Hwang , SangHyun Lee / What drives construction workers' acceptance of wearable technologies in the workplace: Indoor localization and wearable health devices for occupational safety and health.