مقاله پتانسیل های کاربرد GPS وGIS در مانیتورینگ ساخت پروژههای عمرانی و ارائه راهکار جهت توسعه آن

بخشی از مقاله

پتانسیل های کاربرد GPS وGIS در مانیتورینگ ساخت پروژههای عمرانی و ارائه راهکار

جهت توسعه آن

چکیده

امروزه پیشرفتهای عرصه علم و فن آوری ابزارهایی توانمند به منظور افزایش دقت و بهره وری و کاهش خطا و هزینهها را به ارمغان آورده چنانکه امور مدیریتی نیز متاثر از این پیشرفتها قرار گرفتهاند. استفاده از این ابزارهای نوین در ساختمانها که به بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش هزینهها کمک بسزایی کرده، موجب پیدایش ساختمانهای هوشمند شده است. نظارت بر پیشرفت ساخت و ساز به عنوان یکی ازعناصر کلیدی است که منجر به موفقیت ساخت و ساز میشود. با انجام نظارت بر پیشرفت ساخت و ساز، اقدامات اصلاحی مناسبی را میتوان در طول ساخت پروژه انجام داد. یکی از ابزارهای نظارت بر ساخت پروژههای عمرانی استفاده از سیستم موقعیت جهانی (GPS) و تکنولوژی سیستم اطلاعات جغرافیایی((GIS میباشد. این مقاله به تشریح چگونگی مانیتورینگ پروژههای ساخت و ساز، اهمیت و کاربرد مانیتورینگ، تشریح سیستم موقعیت جهانی و سیستم اطلاعات جغرافیایی وکاربرد آنها در مانیتورینگ پروژههای ساخت و ساز میپردازد و در ادامه راهکاری جهت توسعه این سیستم ارائه میدهد. روش تحقیق بصورت پیمایشی و با استفاده از ابزار پرسشنامه در بین دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد انجام گرفته و پس از تجزیه و تحلیل با نرم افزار SPSS نتایج نشاندهنده این مطلب است که میزان آشنایی با سیستمهای مانیتورینگ در بین دانشجویان پایین است و بجز سیستم دوربینهای مدار بسته، سایر سیستمها کاربرد چندانی بین آنها ندارد. همچنین داشتن آگاهی و شناخت، فرهنگ سازی مناسب و کارآیی سیستم از عواملی شناخته شد که در استفاده از این دو سیستم تأثیر زیادی دارند.

واژههای کلیدی: مانیتورینگ ساخت، GPS، GIS، دوربینهای مداربسته، RFID

– 1 مقدمه

از سال 1950 و با پیشرفت روز به روز صنعت، نیاز به کنترل کنندههای پیشرفته خودنمایی میکرد. معایب و مشکلات سیستمهای کنترلی آن زمان نظیر نویز و حجم تابلوهای کنترلی و نیز خطایابی بسیار دشوار و گاه زمانگیر شدن پیدا کردن نقص و رفع آن بر این شد تا پای کنترل کنندههای منطقی در سال 1960 به صنعت باز شود. این سیستمها مشکل اول یعنی کاهش نویز و حجم تابلوهای کنترل را برطرف نمودند اما هنوز مشکل خطایابی و رفع آن برطرف نشد به علاوه اینکه مشکل بازرسی از وضعیت لحظهای این سیستمها و برنامهریزی مجدد آنها نیز خود نمایی میکرد که در سال 1975 سیستمهای مانیتورینگ ابداع و در کنار سیستمهای کنترلی به کار برده شدند به طوری که امروزه مانیتورینگ جایگاه ویژه و جدا نشدنی از طراحی سیستمهای کنترلی دارند. رشتههای مختلف علوم با پیشرفت خود، احتیاج به نظارت و بازیبینی را از طرق مختلف از جمله مانیتورینگ مرتفع میکنند. یکی از مهمترین دلایل بکارگیری تکنیکهای نوین در نظارت و بازبینی به دلیل کاهش بحث هزینه و یا جلوگیری از ضرر میباشد، بدین طریق که ترجیح داده میشود هزینهای برای چنین پژوهشها و کارهای نوین صورت گیرد ولی از خسارت احتمالی یکباره که به کل مجموعه ممکن است وارد شود پیشگیری شود. به طور کلی مانیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نیاز از بخشهای مختلف واحدهای صنعتی اعم از مجزا وغیر مجزا و نمایش آنها با فرمتهای خاص روی صفحه نمایش جلوی اپراتور مربوطه. در یک پروژه ساختمانی برنامهها طوری طرح ریزی میشوند تا اطمینان حاصل شود کار با کیفیت مورد نظر در زمان مجاز و بودجه تعیین شده انجام شده است. چون تفاوت برنامههای طرح ریزی شده و برنامههای عملیاتی زیاد است مانیتورینگ در پروژههای ساخت و ساز مورد نیاز است تا این اختلاف به حداقل برسد. مانیتورینگ پروژههای ساخت و ساز شامل ردیابی اتوماتیک تجهیزات، مواد و دستگاهها توسط برچسبها(1(RFID، استفاده از سیستم موقعیتی جهانی 2(GPS)، تکنولوژی سیستم اطلاعات جغرافیایی 3(GIS)، ماهوارهها، سنسورهای مخصوص و ... میباشد. سیستم موقعیتی جهانی (GPS) که ابتدا فقط کاربردهای نظامی داشت، امروزه در بسیاری از علوم کاربردهای فراوانی یافته است. علاوه بر ایجاد تحول در علوم نقشه برداری و تعیین موقعیت هر نقطه از زمین، اکنون دستگاههای((GPS به یکی از مهمترین ابزارهای مهندسی عمران تبدیل شدهاند. سیستم اطلاعات جغرافیایی((GIS مجموعهای سازمان یافته از سخت افزار، نرم افزار، دادههای مکانی-

توصیفی، نیروی انسانی متخصص و الگوریتمهاست که به منظور جمع آوری، ذخیره سازی، آنالیز، بازیابی و تجزیه و تحلیل اطلاعات طراحی شده و به بیان مشخصات جغرافیایی دادهها میپردازد. در این مقاله کاربردهای این سیستمها در مانیتورینگ ساخت پروژههای عمرانی شرح داده میشود .

-2 مانیتورینگ

واژه مانیتورینگ در لغت نامه به معنای نظارت، بازبینی، بازرسی و دیده بانی میباشد. به طور کلی مانیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نیاز از بخشهای مختلف واحدها اعم از مجزا و غیر مجزا و نمایش آنها با فرمتهای خاص روی صفحه نمایش جلوی اپراتور مربوطه (شکل .(1 یکی از مهمترین دلایل بکارگیری تکنیکهای نوین در نظارت و بازبینی به دلیل کاهش بحث هزینه و یا جلوگیری از ضرر میباشد.

شکل 1 مانیتورینگ بخش های مختلف واحدها

مزایای مانیتورینگ عبارتند از :

 نمایش گرافیکی شمای کلی پروسه و فرآیند تحت کنترل

 نمایش وضعیت لحظه به لحظه پروسه

 نمایش پارامترهای مهم فرآیند

 نمایش آنلاین خطا و محل آن

 ثبت دورهای وضعیتها

 تغییر و اصلاح نقطه کار

کاربرد روشهای مختلف مانیتورینگ در مهندسی عمران و مدیریت پروژه:

 در حین عملیات ساز و ساخت و نظارت بر کیفیت و دقت عملیات اجرایی

 پس از اتمام مرحله ساخت و در حین دوره بهره برداری به منظور احاطه داشتن بر عملکرد صحیح سیستم.

سیستم های مانیتورینگ در صنعت ساختمان سازی :

 دوربینهای مدار بسته

 سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)

 تکنولوژی سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS)

 ردیابی اتوماتیک تجهیزات، مواد و دستگاهها توسط برچسبها ( (RFID

 شبیه سازی کامپیوتری تجهیزات، مواد و دستگاهها و مانیتورینگ لحظه به لحظه آنها

سیستم تعیین موقعیت جهانی(: (GPS

GPS یا سیستم موقعیتیاب جهانی، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهوارهای است که از شبکهای با حداقل 24 ماهواره تشکیل شده است(شکل .(3 در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنالهای رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص میکند و یک گیرنده GPS روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آنها را پردازش میکند و موقعیت کاربر را در هر نقطه زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان میدهد. با چندین اندازهگیری متعدد، گیرنده به محاسبه سرعت، مدت زمان سفر، فاصله تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد

ماهوارهها، زمان محلی و ... میپردازد و آن را در اختیار کاربر قرار میدهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کره خاکی که باشید در آسمان گشت میزنند.

شکل 3 ماهواره های سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)

بخشهای اصلی یک گیرنده : GPS

1. آنتن: آنتن گیرنده وسیلهای است جهت تبدیل انرژی الکترومغناطیسی موج به جریان الکتریکی

2. بخش :RF بخش RFبخش اصلی آنتن و در واقع قلب گیرنده میباشد

3. بلوک ردیابی سیگنال واحد ورودی دستورات و واحد نمایش

4. واحد خروجی و ذخیره دادهها

5. منبع نیرو

6. میکروپروسسور

ارکان : GPS

یک سیستم GPSدارای سه بخش است:

1. بخش فضایی

2. بخش کنترل یا نظارت

3. بخش کاربر

مزایای سیستم : GPS

 دقت بسیارزیاد درموقعیت یابی

 داشتن پوشش جهانی

 دارا بودن زمان بندی دقیق

 نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده کنندگان

 تعیین سرعت در سه محور مختصات

 قابلیت دسترسی همیشگی

 قابلیت کاربردی در هرشرایط آب وهوایی

 توانایی دید همزمان با یک گیرنده

 دقت قابل تنظیم از 1cm تا 1mm که باعث میشود استفاده از GPSدر موارد مختلف امکانپذیر باشد.

 موقعیت سه بعدی با ساختار یکنواخت با مبنای جهانی

 عملیات اتوماتیک و بدون دخالت حواس بشری

 روشهای سینماتیکی مناسب برای جمع آوری دادهها

کاربردهای سیستم GPS در مانیتورینگ ساخت پروژههای عمرانی :

1. سازهها : کنترل جابه جایی ساختمانها و برجهای بلند ، بررسی جابه جایی پاشنه سدها در دراز مدت ، بررسی اثر نیروی باد بر سازههای بلند

2. راهسازی : ساخت بزرگراهها و جادهها ، تشخیص نقاط خطرناک جادهها ، کنترل ماهوارههای سنجش از راه دور

3. محیط زیست : نمایش زمینی اکوسیستمها ،نمایش آلودگی آبهای زیرزمینی ، جلوگیری از آلودگی

4. ترافیک و حمل و نقل : استفاده در سیستم حمل و نقل هوشمندبرای کاهش ترافیک

5. زمین شناسی : پیش بینی زلزله و سونامی ، اثر زلزله بر ساختمانهای بلند و کنترل جابه جایی آنها ، بررسی تغییر شکل پوسته ی زمین
6. شهرسازی : مکان یابی مناسب جهت طراحی شهرسازی ، مکان یابی فضای سبز شهری

سیستم اطلاعات جغرافیایی : (GIS)

مجموعهای سازمان یافته از سخت افزار، نرم افزار، دادههای مکانی-توصیفی، افراد متخصص و الگوریتمهاست که به منظور گردآوری، ذخیره سازی، بهنگام سازی، پردازش، بازیافت و تجزیه و تحلیل اطلاعات طراحی شده و به بیان مشخصات جغرافیائی دادهها میپردازد(شکل .(4

شکل 4 سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)

انواع دادهها در : GIS

 دادههای توصیفی: که بیانگر ویژگیها و خصوصیات عوارض هستند

 دادههای مکانی: که نشاندهنده موقعیت و شکل عوارض میباشند

اجزا و عناصر اصلی : GIS

1. سختافزارها :

 سخت افزارهای مرتبط با جمع آوری دادهها و اطلاعات مانند GPS و ...

 سختافزارهای مرتبط با ورود دادهها و اطلاعات مانند صفحه کلید، اسکنر، و ...

 سخت افزارهای مرتبط با مدیریت و پردازش دادهها و اطلاعات مانند PC

 سختافزارهای مرتبط با خروج نتایج دادهها مانند چاپگرها و ...

2. نرم افزارها :

برای راه اندازی GIS برنامه رایانهای لازم است. از معروفترین آنها میتوان به «Arc Info»، «Arc View»، Arc » « GIS اشاره نمود که دارای توابع عملیاتی متعدد در جهت تجزیه و تحلیل مسائل و محاسبات آماری هستند و عمدتاً توسط شرکتهای بزرگ رایانهای تولید میگردند.

3. اطلاعات : بدون اطلاعات نه هدفی وجود دارد و نه پیشنهادی. تمرکز توجه روی اطلاعات است. در واقع اکثر فعالیتها برای اطلاعات انجام میشود، زیرا اطلاعات قلب GIS را تشکیل میدهد.

4. سازمان و نیروی انسانی : مهمترین بخش تشکیل دهنده GIS میباشد، زیرا سازمان و نیروی انسانی است که عملیات GISرا کنترل میکند.

منابع جمع آوری داده های جغرافیایی : GIS

1. سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS)

2. مشاهدات زمینی

3. عکسهای هوایی

4. تصاویر ماهواره ای

فرآیند تحلیل اطلاعات در : GIS

1. ورودی اطلاعات .2 مدیریت دادهها .3 پردازش و تحلیل دادهها .4 خروجی دادهها (شکل (5

شکل 5 فرایند تحلیل اطلاعات در GIS

کابردهای سیستم GIS در مانیتورینگ ساخت :

1. شناسایی یک مکان مشخص و چه چیزهای در آن مکان وجود دارد

2. یافتن مکان مشخص با گذاشتن شرطهای خاص

3. همپوشانی یا روی هم گذاری چند لایه مختلف و ایجاد یک لایه جدید با توجه نیاز و رفع مشکلات مکانی

4. امکان تحلیل همگانی و فضایی عوارض و روابط میان آنها، براساس مختصات جغرافیایی

5. ایجاد یک مساحت موردنیاز پیرامون یک عارضه یا نقطه

6. مقایسه و دسته بندی اطلاعات

7. امکان پیوند میان مجموعههای گوناگونی از اطلاعات جغرافیایی با اهداف مختلف تحلیلی

8. امکان ذخیره انواع نقشههای شماتیک به شکل فایلهای کامپیوتری به طوری که قابل استفاده برای تلفیق و تحلیل کامپیوتری می باشند

-3 شناسایی عوامل موثر در بکارگیری GPS و GIS

روش این تحقیق با توجه به ماهیت موضوع پیمایشی)4زمینهیابی) به شمار میرود. نوع تحقیق نیز کاربردی و روش آن توصیفی(تحلیلی) است. جامعه آماری مورد مطالعه، دانشجویان ورودیهای سال 91 و 92 رشته مهندسی عمران گرایش مهندسی
ﻭ مدیریت دانشگاه علوم و تحقیقات یزد میباشد که تعداد 72 نفر از آنها به عنوان حجم نمونه انتخاب شدند. در اینجا از روش نمونه گیری در دسترس ( اتفاقی) که یکی از روشهای نمونهگیری غیر احتمالی است استفاده شده است. در این روش به دلیل سهولت، سادگی، در دسترس بودن و فراهم نبودن امکانات، نمونههای را از بین موراد خاص انتخاب میکنیم. که به آن گاهی روش نمونهگیری داوطلبانه هم میگویند. دادههای لازم از دو طریق کتابخانهای و پرسشنامهای به دست آمد. بنابراین هم شامل نظریات و نتایج تحقیقات پیشین میباشد و هم یافتههایی است که از طریق سوالات پرسشنامه به دست آمده است. جهت تهیه سوالات پرسشنامه، از مطالب منابع موجود برای ساخت شاخصهای مرتبط با میزان آشنایی با GPS و GIS و میزان کاربر آنها، بهره گرفته

ﻭ سوالات خام تهیه شد. اما سوالات شاخصهای میزان آشنایی با سیستمهای دوربینهای مداربسته، برچسب RFID، کنترل خودکار متحرکها و شبیهسازی کامپیوتری و نیز میزان کاربرد آنها و همچنین سوالات عوامل موثر بر استفاده از سیستمهایGPS

وGIS، بصورت محققساخته (با توجه به اطلاعات محقق)، تهیه گردید. سوالات طرحشده در اختیار صاحبنظران قرار گرفت و نهایتاً با تصحیح گویههای ناقص و حذف سوالات غیر ضروری، پرسشنامه نهایی تنظیم گردید. پس از گردآوری و تکمیل پرسشنامهها توسط پرسشگران، دادهها از طریق نرم افزارSPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.