L'IA dans l'équipement de construction : une nouvelle façon de construire

Normalement, quand on pense aux équipements de construction et aux machines lourdes, on imagine des humains pilotant manuellement ces puissantes machines. Cependant, avec l'essor de l'IA, de nombreux engins de chantier sont désormais automatisés pour réduire les risques, améliorer la sécurité et booster l'efficacité. Les véhicules autonomes et télécommandés deviennent de plus en plus courants dans le secteur de la construction.

Par exemple, Volvo a récemment développé le TA15, un dumper entièrement autonome conçu spécifiquement pour transporter des matériaux lourds tels que le sable, le gravier et les débris vers et depuis les chantiers de construction. Selon le Département du Travail des États-Unis, l'industrie de la construction présente le troisième taux le plus élevé d'accidents mortels. En intégrant l'IA à la construction, nous pouvons réduire considérablement ces décès et améliorer les mesures de sécurité. Dans cet article, nous explorerons comment l'IA améliore les équipements de construction en les rendant plus intelligents, plus sûrs et plus efficaces tout en stimulant l'innovation dans tout le secteur de la construction.

Link to this sectionComprendre comment l'IA est intégrée dans les équipements de construction#

Les équipements et véhicules de construction peuvent rencontrer des accidents dus à des environnements de travail imprévisibles et à l'erreur humaine. Cependant, les systèmes basés sur l'IA peuvent aider la direction à gérer efficacement les risques sur le lieu de travail et à réduire ces erreurs. L'IA peut également être utilisée dans les équipements de construction pour optimiser le fonctionnement des machines, surveiller leurs performances et automatiser les calendriers de maintenance.

Voici un aperçu plus détaillé des technologies clés qui permettent ces innovations :

• Computer Vision : Les machines peuvent analyser des données visuelles en temps réel en utilisant des modèles avancés comme Ultralytics YOLOv8, aidant à surveiller les chantiers, suivre les stocks, garantir que les travailleurs utilisent des équipements de sécurité et suivre la présence grâce à la reconnaissance faciale.
• Internet des objets (IoT) : L'IoT connecte les appareils, leur permettant de partager des données. Les objets connectés intelligents surveillent la santé des travailleurs, tandis que les capteurs de proximité et de sécurité alertent les travailleurs des dangers et informent la direction lorsqu'un équipement nécessite une maintenance.
• Analytique prédictive : En utilisant des données historiques et l'apprentissage automatique, l'analytique prédictive prévoit les événements futurs, identifie les problèmes potentiels et aide à optimiser les plannings. Elle peut également prédire les conditions météorologiques pour éviter les perturbations sur site.

Fig 1. Utilisation de YOLOv8 et de la pose estimation pour surveiller les travailleurs.

Link to this sectionApplications de la vision par ordinateur dans les machines lourdes#

La vision par ordinateur change la façon dont les engins de chantier fonctionnent, offrant des solutions nouvelles et innovantes. Explorons quelques applications intéressantes qui démontrent le potentiel de l'analyse d'images et de vidéos dans les équipements de construction.

Link to this sectionIA et ponts-bascules sans conducteur#

Un pont-bascule est une balance utilisée pour mesurer le poids des véhicules lourds. Cela est crucial dans la construction pour s'assurer que les véhicules respectent les limites de poids de sécurité pendant le transport. Traditionnellement, ce processus repose sur un opérateur en cabine pour enregistrer manuellement les détails comme les heures d'entrée et de sortie des véhicules, les numéros d'immatriculation et les poids des chargements. Cependant, cette approche manuelle peut être lente, sujette à l'erreur humaine et manquer de transparence.

Les ponts-bascules automatisés peuvent contribuer à améliorer la précision, réduire les erreurs humaines, accélérer le processus et offrir un suivi et une transparence en temps réel pour des opérations plus sûres et plus efficaces. Ils utilisent des dispositifs intégrant l'IA comme des capteurs, des caméras, des écrans LED et un guidage vocal automatisé pour rationaliser l'ensemble du processus. À mesure que le camion approche du point d'entrée, des caméras équipées de la technologie de reconnaissance automatique des plaques d'immatriculation (ANPR) détectent la plaque d'immatriculation du véhicule et vérifient son enregistrement. Si l'enregistrement est valide, le système autorise l'accès au pont-bascule.

Fig 2. Un pont-bascule sans conducteur.

Des capteurs de pesage en mouvement compatibles IoT mesurent ensuite le poids du camion pendant qu'il se déplace et, si nécessaire, avertissent le conducteur de s'arrêter à la position correcte pour un pesage précis. Les données de poids sont analysées et comparées aux limites prédéfinies ; si le camion respecte ces limites, le conducteur est dirigé vers la sortie. À la sortie, le système ANPR revérifie le véhicule pour s'assurer qu'il correspond à celui qui est entré, tandis que des caméras équipées de vision par ordinateur surveillent le processus pour détecter toute irrégularité. Le système alerte les superviseurs et prend les mesures correctives appropriées en cas de problèmes tels que des surcharges ou des anomalies de conduite.

Link to this sectionSurveiller la somnolence du conducteur avec l'IA#

Une enquête du Département des Transports des États-Unis montre que les camions sont le mode le plus courant pour le transport de marchandises. Les chauffeurs routiers parcourent souvent de longues distances, y compris des trajets de nuit. C'est également vrai dans l'industrie de la construction, où les camions sont essentiels pour déplacer des machines lourdes et des matériaux entre les sites, parfois sur de grandes distances. Conduire de nuit peut entraîner de la fatigue et un risque accru d'accidents. Des études montrent que 21 % des accidents mortels sont causés par la somnolence du conducteur.

Pour résoudre ce problème, les constructeurs de camions utilisent la vision par ordinateur pour surveiller la somnolence du conducteur. Des techniques de vision par ordinateur comme la reconnaissance faciale, la pose estimation et l'object detection peuvent être utilisées pour surveiller le mouvement des yeux, la position de la tête et les expressions faciales du conducteur. Par exemple, si les paupières d'un conducteur se ferment au-delà d'une plage spécifiée, le système peut le détecter et déclencher une alarme pour alerter le conducteur. Les systèmes de détection de somnolence sont largement utilisés dans les camions Tata et par d'autres entreprises automobiles.

Fig 3. Surveillance de la somnolence du conducteur avec la vision par ordinateur.

Link to this sectionVéhicules de construction autonomes et IA#

Les conditions de travail sur les chantiers de construction peuvent être difficiles, surtout par des températures extrêmes. Par exemple, sur les sites d'excavation, les travailleurs sont souvent confrontés à une chaleur intense, ce qui affecte leur capacité à travailler efficacement et nécessite des pauses fréquentes pour s'hydrater et se reposer. Pour aider à réduire les temps d'arrêt dans ces conditions, des chercheurs développent des véhicules de construction autonomes comme des bulldozers et des grues.

Ces machines autonomes sont équipées de caméras haute résolution et d'une technologie de vision par ordinateur qui analyse le terrain et évalue des facteurs comme la pente, les sols meubles et les zones inégales. Elles utilisent l'object detection pour reconnaître les personnes et les équipements, améliorant ainsi la sécurité en s'arrêtant automatiquement lorsqu'un obstacle est détecté. Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Huazhong (HUST), en collaboration avec Shantui, ont récemment développé un bulldozer autonome capable de fonctionner dans des températures extrêmes allant jusqu'à -10°C.

Fig 4. Un exemple de bulldozer autonome (source: constructionworld.in).

Link to this sectionOptimisation du carburant dans les machines lourdes#

L'optimisation du carburant est vitale pour les entreprises de construction, mais mettre en œuvre des pratiques d'efficacité énergétique peut être difficile. Avec la fluctuation des prix du carburant et les multiples conducteurs exploitant les véhicules de construction, la gestion de la consommation de carburant devient complexe manuellement. Les systèmes de gestion du carburant pilotés par l'IA peuvent être utilisés pour améliorer le processus et réduire la consommation de carburant.

Ces systèmes de gestion du carburant par IA sont entraînés avec de grands ensembles de données pour optimiser l'utilisation du carburant en générant plusieurs options d'itinéraires et en recommandant l'itinéraire le plus économe. De plus, ils peuvent être intégrés à l'unité de contrôle moteur (ECU) du véhicule pour fournir des recommandations de changement de vitesse en temps réel. En suivant ces recommandations pilotées par l'IA, les habitudes de conduite des différents conducteurs peuvent être optimisées, ce qui améliore l'efficacité énergétique.

Fig 5. Ravitaillement d'un camion.

Link to this sectionAvantages et inconvénients de l'IA dans les équipements de construction#

Les équipements de construction intégrés à l'IA offrent une gamme d'avantages, allant de la prise de décision basée sur les données à la surveillance en temps réel. Voici quelques avantages clés :

• Prolongation de la durée de vie des équipements : Une surveillance régulière et une maintenance opportune augmentent la longévité des machines.
• Réduction des temps d'arrêt : Les processus automatisés et la maintenance prédictive minimisent les temps d'arrêt des équipements.
• Meilleure prise de décision : Fournit des informations basées sur les données, permettant une gestion plus intelligente des ressources et des opérations.

Cependant, malgré l'adoption croissante de l'IA dans la construction, il reste des défis à prendre en compte :

• Investissement initial élevé : Bien que l'IA puisse conduire à des économies à long terme, le coût de mise en œuvre de ces systèmes est substantiel, ce qui peut être un obstacle pour les petites entreprises.
• Préoccupations liées à la confidentialité : Puisque l'IA repose fortement sur les données, assurer le stockage sécurisé et la protection de ces informations est essentiel pour éviter tout accès non autorisé.
• Main-d'œuvre qualifiée : L'intégration de l'IA dans les équipements de construction nécessite une formation spécialisée, et apprendre aux travailleurs à utiliser ces technologies peut être un défi important, surtout avec des horaires exigeants.

Link to this sectionL'impact des véhicules de construction pilotés par l'IA#

L'industrie de la construction adopte rapidement l'IA, avec des entreprises comme Caterpillar et Daimler en tête du développement des camions autonomes. En 2019, Daimler a présenté un prototype fonctionnel de son camion autonome, qui devrait arriver sur le marché d'ici 2027. Le camion de transport autonome de Caterpillar, le 797F, rend déjà les opérations minières plus efficaces. De grandes entreprises comme BHP Group, Rio Tinto et Barrick Gold utilisent le 797F 24h/24 et 7j/7, rapportant zéro accident sur le lieu de travail. De même, TuSimple, une entreprise chinoise de transport autonome, affirme que ses camions sont 11 % plus économes en carburant que ceux conduits manuellement. En juin 2023, TuSimple a effectué avec succès un trajet de 39 miles sans conducteur sur une route publique en Chine.

Alors que les camions autonomes continuent d'avoir un impact positif sur l'industrie de la construction, le marché devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 10 %. Avec des équipements de construction pilotés par l'IA améliorant la sécurité et l'efficacité énergétique, les entreprises se dirigent vers des environnements de travail plus sûrs et plus durables.

Link to this sectionLa voie à suivre pour l'IA dans les véhicules de construction#

L'IA change la donne dans l'industrie de la construction et rend les machines lourdes plus intelligentes, plus sûres et plus efficaces. Des véhicules autonomes aux systèmes d'IA qui optimisent l'utilisation du carburant et surveillent les chantiers en temps réel, ces technologies aident à réduire les erreurs et à économiser de l'argent. Bien qu'il y ait des défis, comme le coût de mise en œuvre de l'IA et la formation des travailleurs, les avantages sont considérables. Avec l'IA stimulant l'innovation, l'avenir de la construction est destiné à être plus productif, durable et innovant que jamais.

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