工程建設(shè)環(huán)境時序數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型研究

關(guān)鍵詞：智慧工地；工程智慧建設(shè)；數(shù)據(jù)質(zhì)量評價；層次分析法

中圖分類號：X82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

中國十分重視數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字化轉(zhuǎn)型改革的深化發(fā)展與實施落地。智慧工地作為傳統(tǒng)工程建設(shè)方式的轉(zhuǎn)型升級方向，是通過物聯(lián)網(wǎng)、智慧管理平臺實現(xiàn)對于工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集、分析及處理，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的協(xié)同高效管理。隨著工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化建設(shè)不斷深入，大量數(shù)據(jù)資源不斷積累，為數(shù)據(jù)分析、知識發(fā)現(xiàn)提供了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源。但數(shù)據(jù)異常、冗余與缺失等數(shù)據(jù)質(zhì)量問題也日益突出，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的進(jìn)一步應(yīng)用與增值，是工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化升級的一大阻礙。

1研究現(xiàn)狀

通過數(shù)據(jù)質(zhì)量評價，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的問題，是提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的動力和風(fēng)向標(biāo)。數(shù)據(jù)質(zhì)量評價研究由來已久，主要以通用數(shù)據(jù)質(zhì)量研究為主。科學(xué)評價一般涉及評價模型、評價指標(biāo)、評價方法和評價應(yīng)用等重要方面。

賀文嬌提出了基于數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的目標(biāo)估計方法。利用目標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法，對不同傳感器得到的目標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)、有效的測度和評價，并根據(jù)質(zhì)量得分動態(tài)調(diào)整各數(shù)據(jù)源在目標(biāo)估計過程中所占的權(quán)重，從而減少人工干預(yù)，提高目標(biāo)估計效能。郭莉等針對以能源大數(shù)據(jù)增值服務(wù)的商業(yè)模式研究不足的現(xiàn)狀為出發(fā)點，提出通過構(gòu)建多維度數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)體系，得出了影響能源大數(shù)據(jù)增值服務(wù)商業(yè)模式的關(guān)鍵因素，為統(tǒng)籌規(guī)劃和科學(xué)實施提供參考。劉桂鋒等通過文獻(xiàn)調(diào)研和分析，依據(jù)“3W原則”，評價對象、評價體系構(gòu)建視角、評價方法、評價技術(shù)等角度對相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理和內(nèi)容述評。曹文章基于當(dāng)下數(shù)據(jù)質(zhì)量研究現(xiàn)狀，結(jié)合工程建設(shè)業(yè)務(wù)實際，構(gòu)建智慧工地?fù)P塵監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價體系，對智慧工地的揚塵監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評價。

2建設(shè)工程數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1監(jiān)測數(shù)據(jù)特征分析

智慧工地系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動采集工地現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，主要包括揚塵監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、視頻監(jiān)控、車輛沖洗監(jiān)測等數(shù)據(jù)。其中，揚塵監(jiān)測每次采集的數(shù)據(jù)包括PM_2.5、PM₁₀、TSP（總懸浮顆粒物，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤100μm的顆粒物）、天氣、風(fēng)向、風(fēng)力大小等數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)每分鐘一條記錄。揚塵監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集容易受工地環(huán)境、設(shè)備電力供應(yīng)的穩(wěn)定性、設(shè)備的安裝位置、人為因素等因素的影響。

2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價一級指標(biāo)分析

為了保證評價指標(biāo)體系建設(shè)的科學(xué)性，文章首先參考中國關(guān)于數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T36344-2018，再根據(jù)各省市關(guān)于工程信息化制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的研究，得到了數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)框架。

數(shù)據(jù)規(guī)范性：是指信息化工作需要具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能夠與相應(yīng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)則接軌。

數(shù)據(jù)完整性：描述在指定業(yè)務(wù)規(guī)則要求下，數(shù)據(jù)集中應(yīng)被賦值的數(shù)據(jù)元素以及數(shù)據(jù)記錄的賦值程度。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性：描述屬于是否與相對應(yīng)的客觀實體之間的特征一致。

數(shù)據(jù)一致性：描述同一數(shù)據(jù)在不同存儲位置以及與特定的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)之間無矛盾的程度。

數(shù)據(jù)時效性：描述數(shù)據(jù)在時間變化中的正確程度。

數(shù)據(jù)可訪問性：描述數(shù)據(jù)在需要時的可獲取性以及有效生存周期的可使用性。

2.3監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價二級指標(biāo)分析

在相似的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價過程中，針對實際應(yīng)用場景的分析對這類因素均未納入到構(gòu)建的指標(biāo)體系之中，而在實際的數(shù)據(jù)收集過程中，更能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實際情況。所以文章在構(gòu)建智慧工地數(shù)據(jù)質(zhì)量體系過程中，剔除該方面因素。在構(gòu)建數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的指標(biāo)過程中，將數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性轉(zhuǎn)化為影響工程建設(shè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的異常類型的反向指標(biāo)。最終構(gòu)建基礎(chǔ)評價體系見表1。

3智慧工地數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型構(gòu)建

對數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)篩選，先提出從數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性以及時效性等角度進(jìn)行分析。根據(jù)上述建立的模型計算得到每個評價指標(biāo)的權(quán)重，并得到具體數(shù)據(jù)的得分計算。

3.1基于AHP的評價指標(biāo)權(quán)重計算

此次專家調(diào)研隨機抽取了本領(lǐng)域相關(guān)研究專家15名。問卷有效性判斷主要是根據(jù)問卷填寫的完整性、答案是否有明顯的連續(xù)重復(fù)等規(guī)則，并以此構(gòu)造判斷矩陣。

首先對于專家評價結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到的一級指標(biāo)與二級指標(biāo)的判斷矩陣一致性比率CR均小于0.1，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，專家的打分比較合理，自洽程度較好，通過了一致性檢驗，最終得到的權(quán)重見表2。

3.2評價指標(biāo)的定量計算

建立以上工程數(shù)據(jù)綜合評價體系之后，選取了數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性以及時序性三個層面的8個具體指標(biāo)采用客觀統(tǒng)計計算每個指標(biāo)的具體得分。

其中，P_1a，P_1b分別從數(shù)據(jù)元素存在固定值異常比重、數(shù)據(jù)記錄的完整性對數(shù)據(jù)的完整性評價。

P_1a是通過遍歷數(shù)據(jù)集，計算出缺失值的數(shù)量，通過具體占比計算出得分。

P_1b則是先以小時為單位，將項目中同一設(shè)備的數(shù)據(jù)按記錄時間進(jìn)行升序排序并得到每小時的數(shù)據(jù)記錄完整性得分，再進(jìn)行加權(quán)平均，求出統(tǒng)計時間內(nèi)數(shù)據(jù)記錄完整性的得分。

4實證分析

4.1數(shù)據(jù)來源

文章采用的數(shù)據(jù)集是來自于N市的13個行政區(qū)內(nèi)2022年9月16日00：00：00至2022年9月22日23：59：00之間工程建設(shè)項目上有效運行設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。項目類型包括房建工程、市政工程、軌道工程、交通工程、水利工程以及園林工程6種。

4.2評價過程

針對于揚塵監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析，從上文中劃分的每個得分區(qū)間中隨機抽取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，具體抽取數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

在數(shù)據(jù)完整性中，該項數(shù)據(jù)指標(biāo)的平均得分為95.66分。其中以在數(shù)據(jù)元素完整性的表現(xiàn)較好的設(shè)備1為例，在數(shù)據(jù)采集區(qū)間內(nèi)目標(biāo)量為10080條，而實際采集的數(shù)據(jù)數(shù)量為10037條，達(dá)到了目標(biāo)數(shù)據(jù)量的99.57%。由于施工單位工程建設(shè)現(xiàn)場的調(diào)整進(jìn)行的設(shè)備更新，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)未進(jìn)行有效更新。數(shù)據(jù)記錄的完整性，則以小時為單位，考慮在每個時間段的數(shù)據(jù)量完整程度。以設(shè)備4例，其在數(shù)據(jù)采集區(qū)間內(nèi)同時出現(xiàn)了在部分時間段數(shù)據(jù)采集過頻，同時9月17日5時至9時之間未采集任何數(shù)據(jù)。因此數(shù)據(jù)元素的賦值程度較高，但是數(shù)據(jù)的記錄在部分時間段出現(xiàn)嚴(yán)重缺失的現(xiàn)象。

在數(shù)據(jù)正確性方面，該項數(shù)據(jù)指標(biāo)的平均得分為69.55分。其中數(shù)據(jù)固定值異常描述的采集的數(shù)據(jù)集異常懸停在某個數(shù)據(jù)的時間窗長度在總的時間窗的比重。如圖1（b）所示，設(shè)備6采集的結(jié)果只在極小的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)進(jìn)行上下震蕩波動。數(shù)據(jù)的重復(fù)性異常是在相同的時間點上傳多次重復(fù)上傳數(shù)據(jù)的占總數(shù)據(jù)量的比重，該指標(biāo)下，項目設(shè)備的整體表現(xiàn)較好。數(shù)據(jù)相關(guān)性異常則是考察采集數(shù)據(jù)集中各要素之間的相關(guān)性，主要由無效采集導(dǎo)致的相關(guān)性異常。如圖1（c）為設(shè)備3采集的實時采集揚塵記錄值，其中PM_2.5與PM₁₀之間的相關(guān)性異常率極低，但在TSP的數(shù)據(jù)采集上，采集數(shù)據(jù)值恒為0，因此設(shè)備3在相關(guān)性評分上明顯下降。數(shù)據(jù)參考性異常則是檢測設(shè)備的采集數(shù)據(jù)與N市中離該設(shè)備所在項目最近氣象監(jiān)測點的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)的比較。如圖1（d）所示，設(shè)備6的PM_2.5的采集值在13左右上下波動，且在該時間段記錄值均未超過國標(biāo)點記錄值。進(jìn)行完整數(shù)據(jù)評價后，該項數(shù)據(jù)的恒值異常指標(biāo)得分為0.6分，同時參考值異常得分為41.37分，該設(shè)備在統(tǒng)計期間盡管持續(xù)上傳數(shù)據(jù)，但采集狀態(tài)大部分處于異常狀態(tài)。

在數(shù)據(jù)時序性方面，該項數(shù)據(jù)指標(biāo)的平均得分為76.09分。主要描述的是持續(xù)變化的時間正確程度。盡管大多數(shù)的時間段內(nèi)數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)缺失值的現(xiàn)象，但是總體取得數(shù)據(jù)量與目標(biāo)量之間的差距并不大。基于時間點的正確性，該指標(biāo)的平均得分為84.75分。是通過判斷相鄰上傳數(shù)據(jù)頻率是否為1分鐘／次來表現(xiàn)設(shè)備上傳的頻率達(dá)到要求頻率的程度。

5結(jié)論

文章以智慧工地建設(shè)為背景，探索智慧工地新背景下數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的關(guān)鍵因素，構(gòu)建基于領(lǐng)域知識的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價體系。在理論層面，彌補了智慧建設(shè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)質(zhì)量評價體系的空缺；在實踐層面，對海量時序數(shù)據(jù)的及時評分，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動的遠(yuǎn)程項目監(jiān)管。工程建設(shè)數(shù)據(jù)質(zhì)量影響因素在傳統(tǒng)的分析模板中，主要受到數(shù)據(jù)的規(guī)范性、完整性、準(zhǔn)確性、一致性、時序性以及可訪問性六個方面的影響。文章結(jié)合工程建設(shè)的實際情況，通過案例研究驗證傳統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量影響因素的可靠性。結(jié)論得出數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和時序性三方面因素是工程建設(shè)中數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵控制因素。