Determination of forest road cut and fill volumes by using unmanned aerial vehicle: A case study in the Bolu-Taşlıyayla

Abstract

In the planning of production activities in forestry and in the design of forest roads, decision support systems based on spatial data are widely used in some countries. In recent years, Unmanned Aerial Vehicles (UAV) have been used in the production of high resolution and accuracy digital elevation model (DEM) of forest areas. The workload is high in the preparation of the forest road tender cost and progress payment schedules. In addition, the fee to be paid to the contractor company after the road construction is completed is paid according to the final cost in the progress payment schedule. The aim of this study is to determine the progress payment forest road cut, fill volumes and land classes with UAV technology. Within the scope of the study, the 100-meter section of the 001-coded Type B forest road of Taşlıyayla Forest Management Chief, which is located within the borders of Seben Forestry Directorate,was selected. Before and after the construction of the road, which is the subject of the study, flights with UAV (drone) were carried out autonomously. As a result of the study, 384.23 m3 cut and 188.30 m3 fill volume, cut 893.84 m2 and fill area 447.85 m2 were found. In addition, soil and loose soil land classes were determined in the area.

Keywords

• UAVs
• digital elevation model
• forest roads
• cut and fill volumes

İnsansız hava aracı ile orman yolu kazı ve dolgu hacimlerinin belirlenmesi: Bolu-Taşlıyayla örneği

Abstract

Ormancılıkta üretim aktivitelerinin planlanmasında ve orman yollarının tasarlanmasında, konumsal verilere dayalı karar destek sistemleri bazı ülkelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, ormanlık alanların yüksek çözünürlükte ve doğrulukta sayısal yükseklik modellerinin (SYM) üretilmesinde İnsansız Hava Araçları (İHA) kullanılmaktadır. İHA ile iş yükü azaltılmakta, zaman kazanımı ve daha hassas veriler elde edilmektedir. Orman yolu yaklaşık maliyet ve hakediş cetvellerinin hazırlanmasında iş yükü fazla olmaktadır. Ayrıca yol yapımı bittikten sonra yüklenici firmaya ödenecek ücret hakediş (olur) cetvellerinde bulunan kesin maliyete göre belirlenmektedir. Bu çalışmanın amacı İHA teknolojisi ile hakediş orman yolu kazı ile dolgu hacimleri belirlenmiş ve zemin klasları da incelenmiştir. Seben Orman İşletme Müdürlüğü sınırları içerisinde yer alan Taşlıyayla Orman İşletme Şefliği 001 kodlu orman yolunun 100 metrelik kısmı çalışamaya konu edilmiştir. Çalışmaya konu yolun yapımından önce ve sonra İHA (drone) ile uçuşlar otonom olarak gerçekleşmiştir. Çalışma sonucunda, hakediş 384,23 m3 kazı ile 188,30 m3 dolgu hacmi ve 893,84 m2 kazı alanı ile 447,85 m2 dolgu alanı bulunmuştur. Ayrıca alanda toprak ve küskülük zemin klasları tespit edilmiştir.

Keywords

• İHA
• sayısal yükseklik modeli
• orman yolları
• kazı ve dolgu hacimleri

References

1. Acar, H. H., Karabacak, M., 2012. The investigation of approximate cost and progress payment for forest road bulding in Likes Region of Turkey. Turkish Journal of Forestry, 13(1), 21-27.
2. Akgül, M., Demir, M., Akay, A.E., 2017. Analyzing dynamic curve widening on forest roads. Journal of Forestry Research, Springer, 28(2):411-417.
3. Anurogo, W., Lubis, M.Z., Khoirunnisa, H., Hanafi, D.S.P.A., Rizki, F., Surya, G., Dewanti, N.A., 2017. A simple aerial photogrammetric mapping system overview and ımage acquisition using unmanned aerial vehicles (UAVs). Geospatial Information, 1(1):11-18.
4. Buğday, E., 2018. Capabilities of using UAVs in forest road construction activities. European Journal of Forest Engineering, 4 (2), 56-62.
5. Contraras, M., Aracena, P., Chung, W., 2012. İmpro-ving accuracy in earthwork volume estimation for proposed forest roads a high-resolution digital eleva-tion model. Croatian Journal of Forest Engineering, 33(1).
6. Eker, R., Aydın, A., Hübl, J. 2018. Unmanned aerial vehicle (UAV)-based monitoring of a landslide: Gal-lenzerkogel landslide (Ybbs-Lower Austria) case study. Environmental Monitoring And Assessment, 190(1), 1-14.
7. Erbaş, F. D., 2010. Dağlık arazide inşa edilen orman yollarında yaklaşık maliyet ve hakediş değerlerinin irdelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Ensti-tüsü, Karadeniz teknik Üniversitesi, Trabzon.
8. Gülci, S. 2018. Uçangöz yardımıyla kazı sonrası olu-şan toprak yığını hacim ölçümünün değerlendirilmesi. Internatıonal Academıc Research Congress, Octaber 30-November 03, 2018. Antalaya Turkey, 1808-1812.

9. Gülci, S. , Yurtseven, H., Akgül, M. 2021. Düşük maliyetli insansız hava araçları için uçuş öncesi blok planlamanın değerlendirilmesi. Turkish Journal of Forest Science, 5(1),114-126.
10. Gumus, S., Acar, H. H., Tunay, M., Atesoglu, A., 2003. Calculation of cut and fill volumes by GIS in forest roads projecting, XII. World Forestry Congress. Proceeding, a Forest for People, Quebec City, Canada, 152-153.
11. Karabacak, M., 2010. Göller Bölgesi’nde inşa edilen orman yollarinda yaklaşik maliyet ve hakediş değerle-rinin ırdelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karadeniz teknik Üniversitesi, Trabzon.
12. Lindner, G., Schraml, K., Mansberger, R., Hübl, J. 2016. UAV monitoring and documentation of a large landslide. Applied Geomatics, 8(1), 1-11.
13. OGM, 2018. Taşlıyayla Orman İşletme Şefliği Fonk-siyonel Orman Amenajman Planı, Seben Orman İşlet-me Müdürlüğü.
14. OGM. 2008. Orman yolları planlanması yapımı ve bakımı, Tebliğ no. 292, Ankara.
15. Shervais, K., 2015. Structure from Motion, Introduc-tory Guide. Retrieved 27 July 2016 from https://www.unavco.org/education/resources/educational-resources/lesson/field-geodesy/module-materials/sfm-intro-guide.pdf (Ziyaret tarihi: 12.02.2016).
16. Turk, Y., Boz, F., Aydin, A., Eker, R. 2019a. Evalua-tion of UAV usage possibility in determining the forest road pavement degradation: preliminary results. 3rd International Engineering Research Symposium, September 05-07, 2019. Düzce Turkey, 630-633.
17. Turk, Y., Aydin, A., Eker, R. 2019b. Effectiveness of open top culverts in forest road deformations: prelimi-nary results from a forest road section, Düzce-Turkey. 2nd International Symposium of Forest Engineering and Technologies, 04-06 September 2019 Tirana, 147-152.
18. Turk, Y., Aydin, A., Eker, R., Bodur, M., 2018. Eva-luation of UAV Usage Possibility in Determining the Environmental Impacts of Construction Activities of Forest Roads: Preliminary Results, International Eco-logy 2018 Symposium, (ss. 469).
19. Turk,Y., Gumus, S., 2017. Evaluation of the tender results of forest road constructions: A case study in Bolu Regional Directorate, Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University, 67(2), 194-202.
20. Wallace, L., Lucieer, A., Malenovskè, Z., Turner, D., Vopěnka, P. 2016. Assessment of forest structure using two UAV techniques: a comparison of airborne laser scanning and structure from motion (SfM) point clouds. Forests, 7, 1-16.