The use of UAV-based RTK/PPK method in monitoring the ground change after excavation in open-pit mine sites: A case study in the Düzce-Tatlıdere quarry

Abstract

The use of remote sensing techniques makes it indispensable in such cases due to the difficulties in measuring with terrestrial measurement techniques in areas where the topography is rough and difficult to reach. With the Real-Time Kinematic (RTK) technique, studies can be performed with centimetre-level precision in the accuracy of spatial data. However, the Post-Processing Kinematic (PPK) technique provides an alternative solution in regions whose topographic structure is not suitable for satellite-based positioning. The aim of this study is to evaluate the sensitivity of the RTK and PPK solution by pairs of stabilized photographs through post-processed and corrected spatial measurements by the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and RTK-CORS network. A special quarry within the boundaries of the Düzce/Tatlıdere Forestry Operations Directorate was chosen as the study area. Using a DJI Phantom 4 RTK unmanned aerial vehicle (UAV), which has RTK and PPK modules, two simultaneous flights in RTK and PPK modes were carried out in the quarry. The average position accuracies determined on the orthophoto images received by using RTK and PPK methods were obtained as 2.405 cm and 0.814 cm, respectively. According to these results, it has been revealed that the PPK solution would be more appropriate for the slopes formed as a result of the operation, such as the quarry area.

Keywords

• Quarry
• UAVs
• RTK
• PPK
• Düzce

Açık maden sahalarında kazı sonrası zemin değişiminin izlenmesinde İHA-tabanlı RTK/PPK yönteminin kullanımı: Düzce-Tatlıdere taş ocağı örneği

Abstract

Topografyanın engebeli ve ulaşılması zor olduğu alanlarda yersel ölçüm teknikleri ile ölçüm yapmadaki güçlükler nedeniyle uzaktan algılama teknikleri kullanımını bu tür durumlarda vazgeçilmez kılmaktadır. Gerçek zamanlı kinematik (Real Time Kinematic-RTK) tekniği ile konumsal verilerin doğruluğunda santimetre hassasiyetinde çalışmalar ortaya konulabilmektedir. Ancak topoğrafik yapısı, uydu bazlı konumlamaya uygun olmayan bölgelerde ölçü sonrası veri değerlendirme (Post Processing Kinematik -PPK) ölçüm tekniği alternatif çözüm sağlamaktadır. Bu çalışmanın amacı RTK ve ölçü sonrası veri değerlendirme (PPK) çözümünün Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri (GNSS) ve RTK-CORS tarafından sonradan işlenmiş ve düzeltilmiş konumsal ölçümler yoluyla dengelenmiş fotoğraf çiftlerinin ortaya koyduğu hassasiyet değerlendirmektir. Çalışma alanı olarak Düzce ili Tatlıdere Orman İşletme Şefliği sınırları içerisinde kalan özel bir taş ocağı seçilmiştir. RTK ve PPK uygulama modülleri olan DJI Phantom 4 RTK insansız hava aracı (İHA) kullanılarak, taş ocağında eş zamanlı RTK ve PPK modlarında iki uçuş gerçekleştirilmiştir. RTK ve PPK yöntemi ile ortofoto üzerinde belirlenen ortalama konumsal doğruluklar sırasıyla 2,405 cm ve 0,814 cm olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre; taş ocağı alanı gibi işletme sonucunda oluşan şevlerde, PPK çözümünün daha uygun olacağı ortaya çıkmıştır.

Keywords

• Taş ocağı
• İHA
• RTK
• PPK
• Düzce

References

1. Agisoft Metashape User Manual, 2022. Agisoft Metashape User Manual: Professional Edition, Version 1.5 https://www.agisoft.com/pdf/metashape-pro_1_5_en.pdf.
2. Anonim, 2010. Madencilik Faaliyetleri ile Bozulan Arazilerin Doğaya Yeniden Kazandırılması Yönetmeliği, 23 Ocak 2010 tarih ve 27471 sayılı Resmi Gazete.
3. Canh, V.L., Cuong, X. C., Viet, H. L., Tien,D., 2020. Volume computation of quarries in Vietnam based on Unmanned Aerial Vehicle (UAV) data. Journal of Mining and Earth Sciences, 61(1), 21-30. Eker, R., Alkan, E., Aydın, A., 2021. A Comparative Analysis of UAV-RTK and UAV-PPK Methods in Mapping Different Surface Types, European Journal of Forest Engineering, 7(1):12-25.
4. Kabadayı, A. ve Uysal, M. 2019. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 2019; 1(1); 08-14. Lindner, G., Schraml, K., Mansberger, R., & Hübl, J. (2016). UAV monitoring and documentation of a large landslide. Applied Geomatics, 8(1), 1-11.
5. Raevaa, P. L., Filipovaa, S. L., Filipova, D. G., 2016. Volume computatıon of a stockpıle – a study case comparıng gps and uav measurements in an open pıt quarry. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XLI-B1, XXIII ISPRS Congress, 12–19 July 2016, Prague, Czech Republic.
6. Rehak, M., Mabillard, R., Skaloud, J., 2013. A micro-UAV with the capability of direct georeferencing. ISPRS – Int Arch Photogramm Remote Sen Spatial Inform Sci XL-1/W2: 317-323.
7. Shervais, K., 2015. Structure from Motion, Introductory Guide. Retrieved 27 July 2016 from https://www.unavco.org/education/resources/educational-resources/lesson/field-geodesy/module-materials/sfm-intro-guide.pdf.
8. Özdamar, K., 2004. Paket Programlar ile İstatistiksel Veri Analizi, Kaan Kitabevi, 5. Baskı, Eskişehir.

9. Taddia Y, Stecchi F, Pellegrinelli A., 2020. Coastal mapping using DJI phantom 4 RTK in post-processing kinematic mode. Drones 4: 9.
10. Tomaštík, J., Mokroš, M., Surový, P., Grznárová, A., Merganic, J., 2019. UAV RTK/PPK method-An optimal solution for mapping inaccessible forested areas? Remote Sensing, 11: 721.
11. Tucci, G., Gebbia, A., Conti, A., Fiorini, L., Lubello, C., 2019. Monitoring and Computation of the Volumes of Stockpiles of Bulk Material by Means of UAV Photog-rammetric Surveying. Remote Sensing, 11, 1471.
12. Türk, T. ve Öcalan, T. 2020. PPK GNSS Sistemine Sahip İnsansız Hava Araçları İle Elde Edilen Fotogrametrik Ürünlerin Doğruluğunun Farklı Yaklaşımlarla İrdelenmesi. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 2(1), 22-28.
13. Türk, Y., Canyurt, H., Eker, R., Aydın, A., 2021. İnsansız Hava Aracı ile Orman Yolu Kazı ve Dolgu Hacimlerinin. IV. Karadeniz Ormancılık Kongresi, 6–9 Aralık 2011, s 93, Trabzon.
14. Watts, A.C., Ambrosia, V.G., Hinkley, E.A., 2012. Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research: Classification and considerations of use. Remote Sensing, 4(12): 1671–1692.
15. Westoby, M.J., Brasington, J., Glasser, N.F., Hambrey, M.J., Reynolds, J.M., 2012. Structure-from-Motion photogrammetry: A low-cost, effective tool for geoscience applications. Geomorphology, 179: 300–314.