Assessment of Unmanned Aerial Vehicle Use Opportunities in Forest Road Project (Düzce Sample)

Abstract

Forest roads are important infrastructure facilities that enable forestry activities to continue without interruption. These infrastructure facilities are very important in terms of protection and maintenance of forests, safe transportation of the produced property, afforestation, recreation, and transportation to forest fires as soon as possible. Today, an advantageous environment has been created by the widespread use of Geographic Information Systems (GIS) software, the increase in its use, as well as the integration of clearer and reliable information within the framework of sensitive forestry understanding, with the acquisition of high-resolution images with Unmanned Aerial Vehicles (UAV). This study, with the help of UAV data and GIS on forest roads, which serve as the basic infrastructure in the fulfilment of forestry activities, for forest road design and excavation-filling calculations, drones etc. made to demonstrate the applicability of the technologies. The study was carried out on the 164 coded B Type Forest Road belonging to the Cumaova Forestry Directorate affiliated with the Düzce Forestry Operations Directorate. In line with the study, first of all, data were obtained with a multi-copter drone. A Digital Terrain Model (DTM) of the study area was produced with the raw data obtained. The produced DTM data was compared with the 12.5 m Digital Elevation Model (DEM) data showing the land structure before the road was built. At the last stage of the study, the height and position data obtained from the road line with ground measurements and the excavation-fill amounts were compared using the RoadEng software. In the light of the results obtained in this study, it is thought that safer and more precise data can be obtained in forest road design studies, and it can provide a practical approach to road planning studies for planners, decision-makers and practitioners.

Keywords

• Unmanned aerial vehicle
• forest road
• road planning
• cut and fill

Orman Yolu Projelendirilmesinde İnsansız Hava Aracı Kullanım Olanaklarının Değerlendirilmesi (Düzce Örneği)

Öz

Orman yolları, ormancılık faaliyetlerinin aksamadan sürdürülmesini sağlayan önemli alt yapı tesislerindendir. Bu alt yapı tesisleri, ormanların korunması ve bakımı, üretilen emvalin güvenli bir şekilde taşınarak değerlendirilmesi, ağaçlandırma, rekreasyon, orman yangınlarına en kısa sürede ulaşım gibi açılardan oldukça önemlidir. Günümüzde Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yazılımlarının yaygınlaşması, kullanımının artması ve bunun yanı sıra İnsansız Hava Aracı (İHA) ile yüksek çözünürlüklü görüntülerin elde edilmesi ile hassas ormancılık anlayışı çerçevesinde daha net ve güvenilir bilgilerin birbirine entegre edilebilmesiyle avantajlı bir ortam oluşturulmuştur. Bu çalışma, ormancılık faaliyetlerinin yerine getirilmesinde temel alt yapı görevini üstlenen orman yollarında İHA verileri ve CBS yardımıyla, orman yolu projelendirilmesi ve kazı-dolduru hesaplamalarının daha net yapılabilmesi için drone vb. teknolojilerin uygulanabilirliğini ortaya koymak amacıyla yapılmıştır. Çalışma, Düzce Orman İşletme Müdürlüğüne bağlı Cumaova Orman İşletme Şefliği 164 kodlu B-Tipi orman yolunda gerçekleşmiştir. Çalışma doğrultusunda, öncelikle multikopter drone aracı ile veriler elde edilmiştir. Elde edilen ham veriler ile çalışma alanına ait Sayısal Arazi Modeli (SAM) üretilmiştir. Üretilen SAM verisi ile yolun yapılmadan önceki arazi yapısını gösteren 12,5 m Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) verileri kıyaslanmıştır. Çalışmanın son aşamasında yersel ölçümlerle yol hattından alınan yükseklik ve konum verileriyle kazı – dolduru miktarları RoadEng yazılımı kullanılarak kazı ve dolduru miktarları karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada edilen sonuçlar ışığında, orman yolu projelendirme çalışmalarında daha güvenli ve hassas verilerin elde edilebileceği, plan yapıcı, karar verici ve uygulayıcılar için yol planlama çalışmalarına pratik bir yaklaşım kazandırabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• İnsansız hava aracı
• orman yolu
• yol planlama
• kazı ve dolduru

References

1. Acar, H. (2005). Orman Yollar, Ders Notu. Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi, Orman Mühendisliği Bölümü, Teksir (82), Trabzon, Türkiye.
2. Akay, A. E. and Sessions, J. (2005). Applying The Decision Support System, Tracer, To Forest Road Design. Western Journal of Applied Forestry, 20(3), 184-191.
3. Akay, A. E., Taş, İ., ve Büyüksakallı, H. (2018). Ormancılık Uygulamalarında Drone İle Entegre Lıdar Veri Temini Sistemlerinin Kullanımı. Uluslararası Akademik Araştırmalar Kongresi, 25 sayfa, Antalya.
4. Akgül, M., Yurtseven, H., Demir, M., Akay, A. E., Gülci, S., ve Öztürk, T. (2016). İnansız Hava Araçları İle Yüksek Hassasiyette Sayısal Yükseklik Modeli Üretimi ve Ormancılıkta Kullanım Olanakları. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 66(1), 104-118.
5. Akgul, M., Yurtseven, H., Gulci, S. and Akay, A. E. (2018). Evaluation Of Uav-and Gnss-Based Dems for Earthwork Volume. Arabian Journal For Science and Engineering, 43(4), 1893-1909.
6. Anonymous. (2019). Düzce Orman İşletme Müdürlüğü Cumaova Orman İşletme Şefliği Fonksiyonel Orman Amenajman Planı. 62 sayfa, Düzce.
7. Bugday, E. (2018). Capabilities of Using UAVs in Forest Road Construction Activities. European Journal of Forest Engineering, 4(2), 56-62.
8. Buğday, E. (2019). Orman Yönetiminde İnsansız Hava Aracı Uygulamaları. 2nd International Eurasion Conference on Biological and Chemical Sciences (EurasianBioChem 2019), June 28-29, Ankara.

9. Çömert, R., Avdan, U. ve Şenkal, E. (2012). İnsansız Hava Araçlarının Kullanım Alanları ve Gelecekteki Beklentiler. IV. Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu, 16-19 Ekim 2012, Zonguldak.
10. Contreras, M., Aracena, P., and Chung, W. (2012). Improving Accuracy in Earthwork Volume Estimation for Proposed Forest Roads Using a High-Resolution Digital Elevation Model. Croatian Journal of Forest Engineering: Journal for Theory and Application of Forestry Engineering, 33(1): 125-142.
11. Erdaş, O. (1997). Orman Yolları Cilt: I, Trabzon, Türkiye: Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, 391 Sayfa, Trabzon.
12. Erdoğan, A. (2016). Şeritvari Haritaların İnsansız Hava Araçları ile Üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 48 sayfa, Konya.
13. ESRI, (2018). How Cut Fill Works. https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/how-cut-fill-works.htm. Accessed: 10/04/2021.
14. Fidancı, Y. ve Karabörk, H. (2019). İnsansız Hava Araçlarının Ormanlık Alanlardaki Karayolu Projelerinde Kullanımı. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(3), 473-485.
15. GDF, (2008). Orman Yolları Planlaması, Yapımı ve Bakımı, Tebliğ No: 292, Ankara.
16. Görcelioğlu, E. (2004). Orman Yolları-Erozyon İlişkisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İ.Ü. Yayın No. 4460, O.F. Yayın No. 476, 184 sayfa, İstanbul.
17. Gülci, S. ve Kılınç, G. (2018). Uçangöz Yardımıyla Kazı Sonrası Oluşan Toprak Yığını Hacim Ölçümünün Değerlendirilmesi. Uluslararası Akademik Araştırmalar Kongresi, Antalya.
18. Hasdemir, M. ve Demir, M. (2005). Ormancılıktaki Gelişmelere Bağlı Olarak Orman Yol Şebekelerinin Fonksiyonel Planlama Esasları ve Orman Yol Yoğunluğu. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri B, 55(2), 1-13.
19. Julge, K. Ellmann A. and Köök, R. (2019). Unmanned Aerial Vehicle Surveying for Monitoring Road Construction Earthworks. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 14(1), 1-17.
20. Kangas, A., Gobakken, T., Puliti, S., Hauglin, M. and Næsset, E. (2018). Value of Airborne Laser Scanning and Digital Aerial Photogrammetry Data in Forest Decision Making. Silva Fenn, 52(1), 9923.
21. Kellndorfer, J. M., Dobson, M. C., Vona, J. D., and Clutter M. (2003). Toward Precision Forestry: Plot-Level Parameter Retrieval for Slash Pine Plantations with Jpl Aırsar. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41(7), 1571-1582.
22. Manyoky, M., Theiler, P., Steudler, D. And Eisenbeiss, H. (2011). Unmanned aerial vehicle in cadastral applications. In Proceedings of the International Conference on Unmanned Aerial Vehicle in Geomatics, 57-62, Copenicus.
23. Menteşeoğlu, B. E. ve İnan, M. (2016). İnsansız Hava Araçlarının (İha) Ormancılık Uygulamalarında Kullanımı. VI. Uzaktan Algılama ve CBS Sempozyumu, 1(1), 316-324, Adana.
24. Öztürk, T., Şentürk, N. ve Akgül, M. (2008). Coğrafi Bilgi Sistemi Yardımıyla Orman Yollarında Sanat Yapısı İhtiyacının ve Konumunun Belirlenmesi. İçinde Iı. Uzaktan Algılama Sempozyumu, 544-553, Kayseri.
25. Rango, A., Laliberte, A., Steele, C., Herrick, J. E., Bestelmeyer, B., Schmugge, T. and Jenkins, V. (2006). Using Unmanned Aerial Vehicles for Rangelands: Current Applications and Future Potentials. Environmental Practice, 8(3), 159-168.
26. Şentürk, N., Akgül, M., Öztürk, T. ve Akay, A. O. (2018). Orman Yollarında Kazı-Dolgu Miktarlarının Hesaplanmasında Topoğrafik Harita Tabanlı Geleneksel Yöntem ile Bilgisayar Destekli Yöntemin Karşılaştırılması. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20(3): 618-626.
27. Siebert, S. and Teizer, J. (2014). Mobile 3d Mapping For Surveying Earthwork Using an Unmanned Aerial Vehicle (Uav), Automation İn Construction, 41, 1-14.
28. Tercan, E. (2017). Karayolu Projelerinde İnsansız Hava Aracı ile Üretilen Sayısal Arazi Modelinin Değerlendirilmesi: Bucak-Kocaaliler Yolu Örneği. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(2), 172-183.
29. Varol, T., Ertuğrul, M., Emir, T., and Özel, H. B. (2017). User Opportunities of Unmanned Air Vehicles (UAV) for Forest Fires, Journal of Scientific and Engineering Research, 2017, 4, 126-133.
30. Zulkipli, M. A. and Tahar K. N. (2018). Multirotor UAV-Based Photogrammetric Mapping for Road Design. International Journal of Optics, Article ID 1871058.