GPS-Styrd Dikesrensning

Transkript

1 GPS-Styrd Dikesrensning Ett utvecklingsprojekt genom ramen för verksamhetsnära utvecklingar Hawzheen Karim Jenny Sandberg Svevia AB Nya Tingstadsgatan 1 Box 2025 SE HISINGS BACKA 1

2 Innehållsförteckning Förord Bakgrund Mål Syfte Effekter Utförande Utrustning Trimble GCS900 Grävsystem SNM Loadrite Loadrite X-weigh Testområde Resultat Dikningskvalitén Produktionskapacitet för dikesrensningen Kostnader för dikesrensningen Problem vid utförandet Svårt med GPS täckning Låg noggrannhet Uppdaterad programvara Abonnemangsbyte Maskindata saknas Problem med vågsystemet Brist på tipplats för dikesmassa Bevattningsrör Diskussion Slutsatser Rekommendationer Bilagor... I 2

3 Förord Denna rapport presenterar resultatet av utvecklingsprojektet GPS-styrd dikesrensning som utfördes på uppdrag av Trafikverket. Projektet syftade till att utveckla ett system för dikningsarbeten med bättre kvalitet och högre uppföljningsmöjligheter och har drivits av Svevia. Ett annat syfte var att genom den ökade möjligheten för uppföljning av arbetet också hitta en bättre ersättningsform som motsvarar det faktiska arbetet i högre grad än i dagsläget. Projektet finansierades av Trafikverket inom ramen för verksamhetsnära utveckling. Strömbergs Grus AB, Trimble, Mätcenter och Tedact medverkade i projektet för att utveckla ett grävsystem med bättre resultat och större uppföljningsmöjligheter. Testerna genomfördes på sträckor i behov av dikesrensning för att se hur systemet fungerar i drift. Projektgruppen bestod av följande personer: Bengt Holm, Bengt Holm Konsult Björn Stigberg, Trafikverket Göran Jonsson, Svevia Göran Unosson, Svevia Hawzheen Karim, Svevia Henrik Franzén, Trafikverket Jenny Sandberg, Svevia Johan Strömberg, Strömberg Grus AB Morgan Mattsson, Trimble Per-Erik Johanzon, Trafikverket Thomas Larson, Mätcenter Kristoffer Gustafson, Tedact Med användning av GPS-styrd dikesrensning har kvalitén på dikena blivit bättre. Dikena har t.ex. jämnare lutning än de som görs med konventionella metoder och färre vattenansamlingar syns i de nya dikena. Kostnaderna för dikesrensning har dock ökat i förhållande till den traditionella metoden för dikesrensning. Kostnadsökningarna är emellertid mindre i förhållande till traditionell nydikning. Kostnadsökningarna berodde delvis på en minskning i produktionskapaciteten för dikningen som i sin tur berodde på tidsfördröjningar som orsakades bl.a. av att systemen inte fungerade tillförlitligt. En annan orsak var att det ursprungliga tillståndet på dikena var såpass dåligt att dikningsarbetet krävde mer resurser och mer tid än vad som krävs vid traditionella dikesrensningar. Brist på tipplats bidrog också till en del tidsfördröjningar. GPS-styrd dikesrensning ökar uppföljningsbarheten av dikningsarbetet. I dagsläget har inte tester kunnat utföras i önskvärd utsträckning för att kunna avgöra om GPSstyrd dikesrensning är ekonomiskt försvabar. Göteborg, december 2011 Hawzheen Karim och Jenny Sandberg 3

4 1 Bakgrund Vid dikesrensning och nydikning med nuvarande metod är det svårt att få rätt lutning på dikesbotten. Det beror på att det sällan finns tid och resurser till manuell inmätning vilket krävs för att få rätt fall. Istället har grävmaskinistens ögonmått fått duga för att avgöra lutningen. Fel lutning kan leda till att vattnet rinner från brunnarna istället för att rinna mot dem. Detta orsakar fel avrinning och kan försämra vägarna. Dessutom är ersättningsformen för dikning i dagsläget oklar då det är svårt att avgöra arbetets omfattning. Den parameter som används för dikning idag är kr/m och denna tar inte hänsyn till utgrävd massa. Då alla diken är olika och så även arbetets förutsättningar och omfattning motsvarar sällan ersättningen den verkliga arbetsomfattningen. Ökade krav på uppföljning medför en önskan om att kunna följa upp utfört arbete på ett enkelt/ effektivt sätt. Det finns i dagsläget inte heller någon metod/ möjlighet att följa upp utfört arbete utan att aktivt uppsöka varje plats och själv se utförandet. 1.1 Mål Målet med projektet GPS-styrd dikesrensning var att effektivisera och förbättra kvalitén på driftverksamheten genom användning av effektivare metoder för drift- och underhållsåtgärder. Det fanns också önskemål om att genom en tydligare uppföljning kunna hitta en effektivare ersättningsform för dikningsarbeten. 1.2 Syfte Syftet med projektet har varit att genom GPS förbättra kvalitén på utförda dikesarbeten, samt med hjälp av ett vågsystem hitta en ersättningsform med flera olika valbara parametrar som motsvarar det faktiska arbetete t.ex. ton/m. Det fanns också önskemål om att information som samlas in till servern skulle göra det enklare att följa upp arbetet. 1.3 Effekter Effekter som väntas uppnås i projektet är: En bättre kvalité på utförda dikningsarbeten- bättre avrinning En bättre ersättningsform En ökad uppföljningsmöjlighet En annan effekt av systemet kan vara att använda det för att samla in annan intressant information om vägkomponenter och dess tillstånd, t.ex. truminmätning, trumstatus och inventering av andra vägkomponenter. 2 Utförande Två sträckor på väg 2532 med behov av dikningsarbeten i driftområdet Falköping valdes för tester. För att få samma förutsättningar under hela testperioden användes samma grävmaskinist. 4

5 Test pågick i två månader under hösten 2011, 13 september till 11 november. Under testperioden har en del problem uppstått och flera stopp för åtgärder har fördröjt projektet. 2.1 Utrustning Dikesrensningen har skett med en banddriven grävmaskin, Volvo EC 160 CL. Anledningen till att en banddriven grävmaskin har använts är att den ger en ökad stabilitet som krävs för att vågsystemet ska fungera tillförlitligt under lastningen samt att detta är bekvämare för grävmaskinisten. Det råder skilda åsikter om hur produktionskapacaiteten kan påverkas av att man använder en banddriven grävmaskin. En nackdel med att utföra dikesrensning med banddriven grävmaskin är att den kan skada asfalten. Skillnaden mot en hjuldriven grävmaskin är dock inte nämnvärd om det inte är varmt. Problem kan lösas genom användning av ett gummiskydd. De olika utrustningarna som har använts på grävmaskinen är: Trimble GCS900 Grävsystem I systemlösningen från Trimble används ett standardiserat Grävsystem GCS900, vilket kan fås i utförande för 2D eller ett fullt 3D system, GCS900 2D Systemet består av Vinkel sensorer på Kropp, Bom, Knäckbom, Sticka (kombinerad sensor och lasermottagare), Skopa, Tiltskopa, Riktnings sensor och en Kontrollbox. Grundsystemet kan hålla höjd i förhållande till en referenspunkt som kan nås från grävaggregatet, referenspunkten kan förflyttas med hjälp av grävaggregatet. Systemet kan med hjälp av riktningssensorn hålla reda på orienteringen av en lutning eller ett lutande plan. GCS900 3D 2D systemet kan kompletteras med positionsgivare en eller två GNSS mottagare eller en Prisma för Totalstation, Radio för mottagning av korrektioner eller GSM/Wifi modem för mottagning av korrektioner och tvåvägs dataöverförning SNM940 SNM940 är ett modem som har GSM/GPRS/3G och Wifi anslutning för att kunna kommunicera. GCS900 använder modemet för att kunna mottaga Basstations-data över internet för att kunna få en bättre noggrannhet på grävsystemet i 3D, samt även för att kunna skicka data från och till grävsystemet via internet/nätanslutning. SNM940 har i detta utförande en anpassad firmware för att kunna ta emot vågdata från Loadrite samt att sända det till en serverplats för lagring Connected Community från Trimble. Modemet kan även sända sin Position via en inbyggd GPS och kräver då inga korrektioner, den kan samla in olika händelser som tändningstillslag. Och om den kan anslutas till maskinens Can system kan den även samla mer information som t.ex. motorvarvtal, en del felkoder, bränsle odyl, beroende på maskin fabrikat. Detta presenteras via en tjänst som kallas Vision Link från Trimble. 5

6 Figur 1 Kopplingsschema GCS900, SNM940 och Loadrite Loadrite Loadrite X-weigh2350 I testet har man använt vågsystemet X-weigh 2350 med syfte att kunna väga utgrävd dikesmassa. Vågsystemet är kopplat med grävmaskinens hyrdraulsystem för att kunna läsa av tryck på plus och minussida i luftcylindrarna För att vågsystemet skall fungera i praktiken skall användning av våg inte påverka tiden det tar att lasta en bil och föraren skall utföra minimalt med extra moment. Vågen bör inte heller påverka förarens körning negativt. För att klara dessa kriterier jobbar Loadrite X-weigh med MDC teknologi. (Multi Dimensional Compensation). Detta betyder att vågsystemet kompenserar för bommens, stickan och skopans position och maskinens lutning och rotation, så att vägningen utförs i den naturliga lastcykeln. Vågsystemet består av följande komponenter (Fig. 2): På bommen och stickan finns 2st rotationstriggers för att känna av höjd och position. På skopan finns en vinkelgivare för att mäta skopans tilt. På maskinen finns 2st vinkel/accelerationsgivare för att mäta lutning och rotation. I hydraulsystemet finns 2st tryckgivare för att läsa av tryck på plus och minussida i lyftcylindrar. I hytten sitter indikatorn där föraren väljer lastdata och som återger viktresultat. Lastdata och viktresultat skickas in i Trimbels SNM940 och vidare till Vision Link (Fig 1). SNM940 och Loadrite X-weigh kan fungera tillsammans oberoende på om det finns ett Grävsystem monterat på maskinen. Figur 2 Vågsystemet Loadrite X-weigh

7 2.2 Testområde Testerna har utförts på väg 2532 i driftområdet Falköping. Den första sträckan var mellan Östtorp Djäknagården, en icke skydsklassad väg med 8,7 km dike på båda sidorna. Den andra sträckan var mellan Djäknagården och Vara, en skydsklassad väg med 3,9 km dike på båda sidorna. 3 Resultat I utvärderingen av GPS-styrd dikesrensning beräknades produktionskapaciteten och kostnaderna för dikesrensningen med den nya metoden och jämfördes med kostnaderna och produktionskapaciteten för traditionell dikesrensing och nydikning. I utvärderingen tog man också hänsyn till kvalitén för dikesrensingen. 3.1 Dikningskvalitén Dikningsarbetet har blivit av bra kvalité och har resulterat i jämnare lutning än de som görs med konventionella metoder. Färre vattenansamlingar syns i de nya dikena (Fig. 3). Enligt driftentreprenören Svevia AB var vägarna som testen med GPS-styrd dikesrensning utfördes på i såpass stort behov av dikesrensning att det borde klassas som nydikning. Resultatet bör därför utvärderas i förhållande till nydikning istället för konventionell dikesrensning. Figur 3. Dikesrensningen på sträckan Djäknagården - Vara 7

8 3.2 Produktionskapacitet för dikesrensningen Beräkning av produktionskapacitet har använts som ett sätt för att utvärdera resultatet. Både den verkliga och den effektiva produktionskapaciteten har beräknats. Med den verkliga produktionskapaciteten menas kapaciteten inklusive tidsfördröjningar som förekom på grund av störningar i gräv-, våg- och GPS-systemen, lokalisering av tipplats samt arbete med trummor och bevattningsrör (se avsnitt 3.4). Med den effektiva produktionskapaciteten menas kapaciteten efter borträkning av tidsfördröjningar på grund av ovan nämnda störningar. I syfte att undersöka våg-, gräv- och GPS-systemens påverkan på produktionen beräknade man också produktionskapaciteten efter borträkning av de tidsfördröjningar som förekom enbart på grund av störningar i gräv-, våg- och GPS-systemen (se avsnitt 3.4). På sträckan Östtorp Djäknagården, har en effektiv kapacitet (dvs. exkl. tidsfördröjningar) på 66 m/hr uppnåtts för effektiv dikesrensning (Tabell 1). Den verkliga kapaciteten var dock 50 m/hr. Enligt driftentreprenören Svevia, ligger den verkliga kapaciteten i linje med produktionskapaciteten för traditionell dikesrensning med en uppnådd dikeskvalité som är i linje med nydikning. På sträckan Djäknagården Vara, var den effektiva kapaciteten för dikesrensningen 36 m/timmen, medan den verkliga kapaciteten var 31 m/hr (Tabell 1). Denna låga kapacitet kan bero på flera faktorer. Det ursprungliga tillståndet för dikena längs med denna sträcka var såpass dålig att man var tvungen att dika djupare i förhållande till sträckan mellan Östtorp Djäknagården. Marken bestod dessutom av lera längs med sträckan Djäknagården Vara, och dikena låg längre från vägen jämfört med sträckan Östtorp - Djäknagården. Brist på tipplatser orsakade också en del tidsfördröjningar. Det är också värt att nämna att försämring i produktionskapaciteten på grund av störningar i våg-, gräv- och GPS-systemen har varit mycket begränsad (Tabell 1). Tabell 1 Produktionskapacitet för GPS- styrd dikesrensning Sträckan Östtorp - Djäknagården Sträckan Djäknagården - Vara Verklig produktionskapacitet (m/hr) Produktionskapacitet (exkl. tidsfördrjöningar p.g.a. gräv-, vågoch GPS-systemen) (m/hr) a Effektiv produktionskapacitet (m/hr) a På sträckan Djäknagården-Vara förekom Inga tidsfördröjningar på grund av störningar i gräv-, våg- eller GPSsystemen. 3.3 Kostnader för dikesrensningen Av sekretess skäl, redovisas förändringar i kostnaderna i en procentuell ökning jämfört med kontraktpriset för traditionell dikesrensning i driftområdet Falköping. 8

9 Beräkningarna visar att kostnaderna för dikesrensningen på stäckan Östtorp Djäknagården med den nya metoden är 3.3 gånger högre än kostnaderna för konventionell dikesrensning och 1,6 gånger högre än kostnaderna för nydikning. (Tabell 2). Tabell 2 Kostnadsökning på sträckan Östtorp - Djäknagården utan krav på TMA Kostnadsökning i förhållande till dikesrensning Kostnadsökning i förhållande till nydikning Kostnadsökningsfaktor 3,2 1,6 Kostnadsökning i % På sträckan Djäknagården Vara, visar beräkningarna att kostnaderna för dikesrensningen med den nya metoden är 4,1 gånger högre än kostnaderna för konventionell dikesrensning och 2 gånger högre än kostnaderna för nydikning. En förklaring till kostnadsökningen är den låga produktionskapaciteten som uppnådes på sträckan av flera olika skäl som är redovisade i avsnitt 3.4. Tabell 3 Kostnadsökning på sträckan Djäknagården Vara med krav på TMA Kostnadsökning i förhållande till dikesrensning Kostnadsökning i förhållande till nydikning Kostnadsökningsfaktor 4,1 2,0 Kostnadsökning i % Möjligheten för en uppföljning av arbetet ökar avsevärt med den nya metoden. Man kan genom rapporter som skapas med hjälp av de data som systemen skapar, följa upp många viktiga informationer som behövs för bl.a. uppföljning av både resurser och dikningsarbetet samt fakturering av arbetet. Med den nya metoden, kan man följa upp följande parametrar: Lastplats, bilens registreringsnummer Tid Ton/ skopa Det är dock fortfarande omöjligt att hitta en bättre ersättningsform för dikesrensningen. I dagsläget är det t.ex. omöjligt att beräkna mängden för utgrävd dikesmassa per meter dike, då information om hur mycket grävmaskinen flyttar sig, dvs., hur långa dikena är, inte är tillgänglig. Enligt Trimble beror bristen på att man inte har tillgång till nödvändig maskindata. 3.4 Problem vid utförandet Under testperioden har följande problem uppstått och arbetet har därför stannat upp ett flertal gånger Svårt med GPS täckning Systemet kräver fri sikt till satelliter ett minsta antal är 5 gemensamt med basstationen, när man arbetar i stråk med objekt som skymmer kan systemet inte lämna förväntad noggrannhet. 9

10 3.4.2 Låg noggrannhet Systemet rapporterar när man inte kan nå den noggrannhet man satt som lägsta nivå, de default val som finns är 3 cm, 5 cm och 10 cm, dessa kan man växla mellan i maskinen Uppdaterad programvara SNM940 programvaran fick korrigeras flera gånger under tiden för att kunna få in den nya funktionen att kunna sända Loadrite data, detta är löst Abonnemangsbyte Det första abonnemanget hade ej tillräcklig mängd av data trafik, byte till ett mer anpassat abonnemang skedde. (Telia) Maskindata saknas Problemet beror på att s.k. CAN protokollen som innehåller maskindata för grävmaskin, i form av driftinformation, varningar från maskinsystem som oljetryck och maskinensstatus, inte är kompatibla med Trimbels SMN Problem med vågsystemet Vid inledande testperiod monterades vågsystemet utan någon givare på skopan. I och med skopans utformning, rototilt och arbetssätt påverkas lastens tyngdpunkt kraftigt av skopans läge. D.v.s. tyngdpunktsförflyttnigen blir mycket stor även med en liten rörelse på skopans tilt. Det konstaterades att skopans position måste kompenseras vilket vid tillfälle var en ny option. Man fick tillgång till en prototyp av skopgivare som kompenserar för fel orsakade av skopans tiltning vilket var direkt avgörande för att uppnå tillfredställande noggrannhet. Efter denna åtgärd har vågsystemet fungerat utan anmärkning och inom specificerad noggrannhet. Skopgivaren monterad i detta projekt är en prototyp som inte ingår i köpet av vågsystem. Prototypen har ett fel vilket gör att givaren manuellt måste startas om efter att maskinen startats. Detta görs genom att föraren måste dra isär och koppla ihop en kontakt. Felet är orsakat av att voltantalet understiger givarens specifikation när maskinen startas varav den måste startas om. Felet är åtgärdat i nuvarande version av skopgivare och befintlig givare kan uppgraderas när beslut fattats om att projektet återupptas Brist på tipplats för dikesmassa Det har varit svårt att hitta tipplats för utgrävd dikesmassa. Detta har lett till ökade kostnader på grund av användning av en extra lastbil och långa transportsträckor till tipplatserna Bevattningsrör På många ställen förkom bevattningsrör i dikena som krävde mycket arbete för att flyttas innan dikningen kunde genomföras. De tisdsfördröjningar som förekom på grund av ovan nämnda problem är redovisade i Bilaga 1. 10

11 4 Diskussion Med användnig av GPS-styrd dikesrensning har kvalitén på dikena blivit mycket bättre. Dikena har t.ex. jämnare lutning än de som görs med konventionella metoder och färre vattenansamlingar syns i de nya dikena. I förhållande till den konventionella dikesrensningen, har GPS-styrd dikesrening lett till en stor kostnadsökning för dikesrensning. Kostnadsökningen har dock varit mindre i förhållande till konventionell nydikning. Kostnadsökningarna berodde till stor del på följande: Tidsfördröjningar på grund av lokalisering av tipplats. Behovet för extra resurser för transport av dikesmassorna var stort på grund av dikenas ursprungliga dåliga tillstånd. Nya rutiner och tekniska lösningar leder alltid till en del försämringar i produktionskapacitet, speciellt i ett testskede. Tidsfördröjningar på grund av att de nya systemen som användes i testet inte fungerade på ett tillfredställande sätt. Trots den höga dikningskvalitén som har uppnåtts med GPS-styrd dikesrensning, är kostnadsökningarna i dagsläget oförsvarbara. Det är dock svårt att göra en noggrann utvärdering av den nya metoden eftersom testet var kort och enbart omfattade två korta vägsträckor med diken i mycket dåligt tillstånd och kan därför inte anses som representativt. 5 Slutsatser Baserat på resultaten kan följande slutsatser dras: Med användning av GPS-styrd dikesrensning har kvalitén på dikena blivit mycket bättre. Dikena har t.ex. jämnare lutning än de som görs med konventionella metoder och färre vattenansamlingar syns i de nya dikena. Med GPS-styrd dikesrensning har kostnaderna för dikesrensning ökat i förhållande till den traditionella dikesrensningen. Kostnadsökningarna är dock mindre i förhållande till traditionell nydikning. Kostnadsökningarna berodde på försämringar i produktionskapaciteten för dikningen som i sin tur berodde på tidsfördröjningar. Tidsfördröjningarna orsakades till stor del av att det ursprungliga tillståndet på dikena var såpass dåligt att dikningsarbetet krävde mer resurser och mer tid än vad som krävs vid konventionella dikesrensningar. Brist på tipplats bidrog också till en del tidsfördröjningar. Tidsfördröjningar på grund av störningar i våg-, gräv-, och GPS-system har haft en begränsad negativ effekt på produktionskapaciteten. Med GPS-styrd dikesrensning är uppföljningsbarheten av dikningsarbetet och dess relaterade parametrar stort. Det behövs dock mycket arbetet för att uppföljningen ska komma till en användarvänlig nivå. En viktig parameter som fortfarande inte går att följa upp är längden på de nya dikena. Av den anledningen är det forfarande svårt att hitta en ny ersättningsform I dagsläget har inte tester kunnat utföras i önskvärd utsträckning för att kunna avgöra om metoden med GPS-styrd dikesrensning är ekonomiskt försvabar. 11

12 6 Rekommendationer Projektgruppen önskar att testa GPS-styrd dikesrensning ytterligare två månader under förutsättningen att Mätcenter, Trimble och Tedact får systemen att fungera med önskvärd tillförlitlighet. Beslut om fortsatta tester ska tas i slutet av januari Beslutas det om fortsatta tester ska produkterna från de olika leverantörerna kopplas samman till en systemlösning. Om problemen med systemen blir lösta finns ett intresse att testa metoden i en period till för att se om resultaten blir annorlunda när arbetet flyter på utan stopp. Strömbergs Grus AB är beredd att testa systemet i sin ordinarie verksamhet innan vi eventuellt startar en ny testperiod. Om systemet implementeras i verksamheten kan det förutom förbättrad dikesrensning även vara behjälpligt för inventering av vägkomponenter t.ex. trummor, belysning och broar. 12

13 7 Bilagor Bilaga 1: Fördröjningar vid dikesrensning Tidsfördröjningar på grund av trummor längs med väg 2532, Östtorp - Djäknagården Datum Antal trummor Tidsåtgån g 7/ / / / / /10 1 (Rydevalls infart) 3 18/ / Summa 14 st 17 h Tidsfördröjningar på grund av bevattningsrör (flyttning) Datum Åtgärd Tidsåtgång 14/10 Flyttning 1 17/10 Flyttning 2 18/10 Flyttning 1 Summa 4 h I

14 Tidsfördröjningar på grund av service av Gräv- och Vågsystem Datum System Tidsåtgång 4/10 Gräv 1 5/10 Gräv 1 6/10 Gräv /10 Våg 3 11/10 Våg /10 Gräv 1 13/10 Gräv 1 14/10 Gräv 1 17/10 Gräv 1 19/10 I väntan på Telias nya abonnemang 8 20/10 I väntan på Telias nya abonnemang 8 21/10 Gräv 1 Summa 35 h Ur funktion 5/10 24/10 Tidsfördröjningar på grund av arbete med trummor längs med väg 2532, Djäknagården - Vara Datum Antal Tidsåtgång 24/ / / / / / II

15 Datum Antal Tidsåtgång 8/ / / Summa 7st 18 h Andra tidsfördröjnigar Datum Orsak Tidsåtgång 14/9 Brist på tipplats 8 15/9 Brist på tipplats 8 17/10 Trafik (98 st personbilar & 17 st lastbilar) Kan ej uppskattas 21/10 Lokalisering av tipp 2 26/10 Brandpost& Hydrant & PVC rör 2 Summa >20 h En summering av ovanstående fördröjningar ger 94 h. Fördröjning p.g.a. trafik är inte medräknad då den fördröjningen är svår att uppskatta. III