Applications of wireless sensor technologies in construction

Abstract

The construction industry is characterised by a number of problems in crucial fields such as health, safety and logistics. Since these problems affect the progress of construction projects, the construction industry has attempted to introduce the use of innovative information and communication technologies on the construction site. Specific technologies which find applicability on the construction site are wireless sensors, and especially radio-frequency identification (RFID) technology. RFID tagging is a technology capable of tracking items. The technology has been applied on the construction site for various applications, such as asset tracking. There are many problems related to health, safety and logistics on the construction site which could be resolved using RFID technology. In the health and safety field, the problems which existare the monitoring of dangerous areas on the construction site, such as large excavation areas, the collisions between workers and vehicles, between vehicles and equipment and between vehicles, the detection of hazardous substances on the construction site when the construction work has been completed and the collection of hazard notifications fromspecific areas of the construction site as feedback for the prevention of future accidents. In the logistics field, the tracking of a material during its delivery on the construction site, its transportation to specific subcontractors and its future utilisation as well as the monitoring of the rate of use of materials on the construction site, the checking of the sequence of steel members and the monitoring of the temperature of porous materials are issues which can be realised using RFID technology. In order to facilitate the use of RFID technology for the specific health, safety and logistics problems, a system has been developed. The operation of this system is based on the combined use of hardware and software elements. The hardware elements of the developed system are a wireless local area network, RFID readers and tags. Its software elements are a software development kit based on which, a number of graphical user interfaces have been created for theinteraction of the users with the REID tags, and Notepad files which store data collected from REID tags through the graphical user interfaces. Each of the graphical user interfaces is designed in such a way so that it corresponds to the requirements of the health, safety or logistics situation in which it is used. The proposed system has beentested on a simulated construction site by a group of experts and a number of findings have been produced. Specifically, the testing of the proposed system showed that RFID technology can connect the different stages which characterise the construction supply chain. In addition, it showed the capability of the technology to be integrated withconstruction processes. The testing of the system also revealed the barriers and the enablers to the use of RFID technology in the construction industry. An example of such a barrier is the unwillingness of the people of the construction industry to quit traditional techniques in favour of a new technology. Enablers which enhance the use of RFID technology in the construction industry are the lack of complexity which characterises the operation of RFID tagging and the relatively low cost of RFID tags. In general, RFID technology is an innovative sensor technology which can help the construction industrythrough its asset tracking ability. However, further research should be done on the improvement of RFID technology on specific characteristics, such as its inability to provide location coordinates and the resilience of the electromagnetic signal emitted by the RFID reader when there are metallic objects around the reader.

Η κατασκευαστική βιομηχανία χαρακτηρίζεται από μια σειρά προβλημάτων σε κρίσιμους τομείς όπως η υγεία, η ασφάλεια και η εφοδιαστική αλυσίδα. Δεδομένου ότι αυτά τα προβλήματα επηρεάζουν την πρόοδο των κατασκευαστικών έργων, η κατασκευαστική βιομηχανία προσπάθησε να εισαγάγει τη χρήση καινοτόμων τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών στο εργοτάξιο. Συγκεκριμένες τεχνολογίες που βρίσκουν εφαρμογή στο εργοτάξιο είναι οι ασύρματοι αισθητήρες, και ειδικότερα η τεχνολογία αναγνώρισης ραδιοσυχνοτήτων (RFID). Η προσθήκη ετικετών RFID είναι μια τεχνολογία ικανή να παρακολουθεί αντικείμενα. Η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί στο εργοτάξιο για διάφορες εφαρμογές, όπως η παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων. Υπάρχουν πολλά προβλήματα που σχετίζονται με την υγεία, την ασφάλεια και την εφοδιαστική αλυσίδα στο εργοτάξιο τα οποία θα μπορούσαν να επιλυθούν χρησιμοποιώντας την τεχνολογία RFID. Στον τομέα της υγείας και ασφάλειας, τα προβλήματα που υπάρχουν είναι η παρακολούθηση επικίνδυνων περιοχών στο εργοτάξιο, όπως μεγάλες περιοχές εκσκαφών, οι συγκρούσεις μεταξύ εργαζομένων και οχημάτων, μεταξύ οχημάτων και εξοπλισμού και μεταξύ οχημάτων, η ανίχνευση επικίνδυνων ουσιών στο εργοτάξιο όταν οι κατασκευαστικές εργασίες έχουν ολοκληρωθεί και η συλλογή ειδοποιήσεων κινδύνου από συγκεκριμένες περιοχές του εργοταξίου ως ανατροφοδότηση για την πρόληψη μελλοντικών ατυχημάτων. Στον τομέα της εφοδιαστικής αλυσίδας, η παρακολούθηση ενός υλικού κατά την παράδοσή του στο εργοτάξιο, η μεταφορά του σε συγκεκριμένους υπεργολάβους και η μελλοντική του χρήση, καθώς και η παρακολούθηση του ρυθμού χρήσης των υλικών στο εργοτάξιο, ο έλεγχος της σειράς των μεταλλικών μελών και η παρακολούθηση της θερμοκρασίας των πορωδών υλικών είναι ζητήματα που μπορούν να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας την τεχνολογία RFID. Για να διευκολυνθεί η χρήση της τεχνολογίας RFID για τα συγκεκριμένα προβλήματα υγείας, ασφάλειας και εφοδιαστικής αλυσίδας, αναπτύχθηκε ένα σύστημα. Η λειτουργία αυτού του συστήματος βασίζεται στη συνδυασμένη χρήση στοιχείων υλικού (hardware) και λογισμικού (software). Τα στοιχεία υλικού του αναπτυγμένου συστήματος είναι ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο, αναγνώστες και ετικέτες RFID. Τα στοιχεία λογισμικού του είναι ένα κιτ ανάπτυξης λογισμικού βάσει του οποίου δημιουργήθηκαν διάφορες γραφικές διεπαφές χρήστη για την αλληλεπίδραση των χρηστών με τις ετικέτες REID, και αρχεία Notepad που αποθηκεύουν δεδομένα που συλλέγονται από τις ετικέτες REID μέσω των γραφικών διεπαφών χρήστη. Κάθε μία από τις γραφικές διεπαφές χρήστη έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της κατάστασης υγείας, ασφάλειας ή εφοδιαστικής αλυσίδας στην οποία χρησιμοποιείται. Το προτεινόμενο σύστημα δοκιμάστηκε σε ένα προσομοιωμένο εργοτάξιο από μια ομάδα ειδικών και προέκυψαν ορισμένα ευρήματα. Συγκεκριμένα, η δοκιμή του προτεινόμενου συστήματος έδειξε ότι η τεχνολογία RFID μπορεί να συνδέσει τα διαφορετικά στάδια που χαρακτηρίζουν την αλυσίδα εφοδιασμού κατασκευών. Επιπλέον, έδειξε την ικανότητα της τεχνολογίας να ενσωματωθεί με τις διαδικασίες κατασκευής. Η δοκιμή του συστήματος αποκάλυψε επίσης τα εμπόδια και τους παράγοντες διευκόλυνσης για τη χρήση της τεχνολογίας RFID στην κατασκευαστική βιομηχανία. Ένα παράδειγμα τέτοιου εμποδίου είναι η απροθυμία των ανθρώπων της κατασκευαστικής βιομηχανίας να εγκαταλείψουν τις παραδοσιακές τεχνικές προς όφελος μιας νέας τεχνολογίας. Παράγοντες διευκόλυνσης που ενισχύουν τη χρήση της τεχνολογίας RFID στην κατασκευαστική βιομηχανία είναι η έλλειψη πολυπλοκότητας που χαρακτηρίζει τη λειτουργία της προσθήκης ετικετών RFID και το σχετικά χαμηλό κόστος των ετικετών RFID. Γενικά, η τεχνολογία RFID είναι μια καινοτόμος τεχνολογία αισθητήρων που μπορεί να βοηθήσει την κατασκευαστική βιομηχανία μέσω της ικανότητάς της να παρακολουθεί περιουσιακά στοιχεία. Ωστόσο, θα πρέπει να γίνει περαιτέρω έρευνα για τη βελτίωση της τεχνολογίας RFID σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, όπως η αδυναμία της να παρέχει συντεταγμένες θέσης και η ανθεκτικότητα του ηλεκτρομαγνητικού σήματος που εκπέμπεται από τον αναγνώστη RFID όταν υπάρχουν μεταλλικά αντικείμενα γύρω από τον αναγνώστη.