Monitoring Deformations in Mine Sites with UAVs

Year 2023, Volume: 5 Issue: 2, 43 - 57, 31.12.2023

Mücahit Emre Oruç , Ali Ulvi

https://doi.org/10.53030/tufod.1332958

Abstract

Open pit mines are important resources used for the extraction of coal, ore, stone and other minerals in many areas of the world. These types of mines are preferred because they can be found in a wider area than underground mines and their production first place is lower. However, erosion in open pit mines is a major concern in terms of safety as well as the amount of minerals extracted. Deformations can be caused by natural movements of the earth's crust or by the movement of rocks during the mining process. These shocks can endanger the lives of the workers working in the mines, as well as threaten the competitors of the mines. Therefore, early limiting of wear is critical to increase safety measures and reduce accident risks in open pit mines. Traditionally, it is used to detect human observations, measurements and reports. But the time consuming of this intake is not the arrest and the package. With the development of new technologies, devices such as Unmanned Aerial Vehicles (UAV) have become a much more effective tool for the effects of destruction in open pit mines. This article will focus on how the destructions in open pit mines can be detected by UAVs. First, it will be discussed why UAVs are an ideal tool for their destruction. Then, the destruction detection methods using UAVs will be explained in detail and how these methods can contribute to the limits of security measures in open pit mines will be examined.

Keywords

GNSS, UAV Photogrammetry, Deformation, Open Pit Mine, SfM.

Project Number

2021-2-TP2-4526

Maden Sahalarındaki Deformasyonların İHA’lar ile İzlenmesi

Abstract

Açık ocak madenleri, dünyanın birçok ülkesinde büyük ölçekli kömür, cevher, taş ve diğer minerallerin çıkarılması için kullanılan önemli kaynaklardır. Bu tür madenler, yer altı madenlerine göre daha geniş bir alanda bulunabilmeleri ve üretim maliyetlerinin daha düşük olması nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak açık ocak madenlerinde meydana gelen deformasyonlar, çıkarılan mineral miktarı kadar güvenlik açısından da büyük bir endişe kaynağıdır. Deformasyonlar, yer kabuğunun doğal hareketlerinden veya madencilik işlemi sırasında kayaların hareketinden kaynaklanabilir. Bu deformasyonlar madenlerde çalışan işçilerin hayatını riske atabileceği gibi madenlerin güvenliğini de tehdit edebiliyor. Bu nedenle, deformasyonların erken tespiti, güvenlik önlemlerini artırmak ve açık ocak madenlerinde kaza riskini azaltmak için kritik öneme sahiptir. Geleneksel olarak, insan gözlemleri, ölçümleri ve raporları deformasyonları tespit etmek için kullanılır. Ancak bu yöntemler zaman alıcı, maliyetli ve kapsamlı değildir. Yeni teknolojilerin gelişmesiyle birlikte İnsansız Hava Araçları (İHA) gibi cihazlar, açık ocak madenlerindeki deformasyonların tespiti için çok daha etkili bir araç haline gelmiştir. Bu makale, açık ocak madenlerinde meydana gelen deformasyonların İHA'lar tarafından nasıl tespit edilebileceğine odaklanacaktır. İlk olarak, İHA'ların neden deformasyon tespiti için ideal bir araç olduğu tartışılacaktır. Daha sonra İHA'lar kullanılarak yapılan deformasyon tespit yöntemleri detaylı olarak anlatılacak ve bu yöntemlerin açık ocak madenlerinde güvenlik önlemlerinin artırılmasına nasıl katkı sağlayabileceği incelenecektir.

Keywords

GNSS, İHA Fotogrametrisi, Deformasyon, Açık Maden Ocağı, SfM.

Supporting Institution

mersin üniversitesi

Project Number

2021-2-TP2-4526

Thanks

Bu çalışma Mersin Üniversitesi tarafından Bilimsel araştırma projesi (BAP) kapsamında desteklenmiştir. 2021-2-TP2-4526

References

• Alptekin, A., & Yakar, M. (2020). Determination of pond volume with using an unmanned aerial vehicle. Mersin Photogrammetry Journal, 2(2), 59-63.
• Alptekin, A., & Yakar, M. (2020). Heyelan bölgesinin İHA kullanarak modellenmesi. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 2(1), 17-21.
• Alptekin, A., Çelik, M. Ö., Kuşak, L., Ünel, F. B., & Yakar, M. (2019). Anafi Parrot’un heyelan bölgesi haritalandırılmasında kullanımı. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 1(1), 33-37.
• Baryla, R., Paziewski, J., Wielgosz, P., Stepniak, K., & Krukowska, M. (2014). Accuracy assessment of the ground deformation monitoring with the use of GPS local network: open pit mine Koźmin case study. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 11(4), 176.
• Brown, N., Kaloustian, S., & Roeckle, M. (2007, September). Monitoring of open pit mines using combined GNSS satellite receivers and robotic total stations. In Slope Stability 2007: Proceedings of the 2007 International Symposium on Rock Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering (417-429). Australian Centre for Geomechanics.
• Bui, X. N., Lee, C., Nguyen, Q. L., Adeel, A., Cao, X. C., Nguyen, V. N., ... & Nguyen, V. D. (2019). Use of unmanned aerial vehicles for 3D topographic mapping and monitoring the air quality of open-pit mines. Inżynieria Mineralna, 21(2), 223-239.
• Erdoğan, A., Görken, M., & Kabadayı, A. (2022). Study on the use of unmanned aerial vehicles in open mine sites: a case study of ordu province mine site. Advanced UAV, 2(2), 35-40.
• Gül, Y., Hastaoğlu, K. Ö., & Poyraz, F. (2020). Using the GNSS method assisted with UAV photogrammetry to monitor and determine deformations of a dump site of three open-pit marble mines in eliktekke region, amasya province, Turkey. Environmental Earth Sciences, 79(11), 1-20.
• Hamal, S. N. G. (2022). Accuracy of digital maps produced from UAV images in rural areas. Advanced UAV, 2(1), 29-34.
• Hamal, S. N. G., Sarı, B., & Ulvi, A. (2020). Using of hybrid data acquisition techniques for cultural heritage a case study of pompeiopolis. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 2(2), 55-60.
• Hamal, S. N. G., Ulvi, A., & Yiğit, A. Y. (2021). Three-dimensional modeling of an object using underwater photogrammetry. Advanced Underwater Sciences, 1(1), 11-15.
• Jarosz, A., & Wanke, D. (2003). Use of InSAR for monitoring of mining deformations. In Proc. of Fringe 2003 Workshop, Frascati, Italy, 1-5.
• Kabadayı, A. (2021). Unmanned aerial vehicle usage in rough areas and photogrammetric data generation. Advanced UAV, 1(1), 8-14.
• Kabadayı, A. (2022). Açık maden ocağında hacim hesabı için GNSS ve İHA ölçümlerinin karşılaştırıldığı bir çalışma örneği. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 4(2), 52-57.
• Kabadayı, A. (2022). Maden sahasının insansız hava aracı yardımıyla fotogrametrik yöntemle haritalanması. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 4(1), 19-23.
• Kabadayı, A. (2023). Yersel lazer tarama yöntemi ile rölöve ve restütasyon projelerinin hazırlanması; Akşehir Kale Kalıntısı Örneği. Türkiye Lidar Dergisi, 5(1), 17-25.
• Kabadayı, A., & Uysal, M. (2019). İnsansiz hava araci ile elde edilen verilerden binalarin tespiti. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 1(1), 8-14.
• Kabadayı, A., Yunus, K., & Yiğit, A. Y. (2020). Comparison of documentation cultural artifacts using the 3D model in different software. Mersin Photogrammetry Journal, 2(2), 51-58.
• Kahveci, M., & Yıldız, F. (2009). GPS/GNSS: uydularla konum belirleme sistemleri: teori ve uygulama. Nobel.
• Kara, B. C. (2018). İnsansız hava aracı fotogrametrisi ile alansal deformasyonların izlenebilirliğinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi.
• Karataş, L., Alptekin, A., Kanun, E., & Yakar, M. (2022). Tarihi kârgir yapılarda taş malzeme bozulmalarının İHA fotogrametrisi kullanarak tespiti ve belgelenmesi: Mersin Kanlıdivane ören yeri vaka çalışması. İçel Dergisi, 2(2), 41-49.
• Karataş, L., Alptekin, A., Karabacak, A., & Yakar, M. (2022). Detection and documentation of stone material deterioration in historical masonry buildings using UAV photogrammetry: A case study of Mersin Sarisih Inn. Mersin Photogrammetry Journal, 4(2), 53-61.
• Kaya Y., Şenol, H. İ., Memduhoğlu, A., Akça, Ş., Ulukavak, M., & Polat, N. (2019). Hacim hesaplarında İHA kullanımı: Osmanbey kampüsü örneği. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 1(1), 7-10.
• Kaya, Y., Yiğit, A. Y., Ulvi, A. Ve Yakar, M. (2021). Arkeolojik alanların dokümantasyonununda fotogrametrik tekniklerinin doğruluklarının karşılaştırmalı analizi: Konya Yunuslar örneği. Harita Dergisi, 165, 57-72.
• Kıranlıoğlu, Y., (2006). GPS yöntemi ile deformasyonların tespitinde gerinimlerin belirlenmesi, Yüksek Mühendislik Tezi. Gebze İleri Teknoloji Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Kim, D., Langley, R. B., Bond, J., & Chrzanowski, A. (2003). Local deformation monitoring using GPS in an open pit mine: initial study. GPS Solutions, 7, 176-185.
• Kusak, L., Unel, F. B., Alptekin, A., Celik, M. O., & Yakar, M. (2021). Apriori association rule and K-means clustering algorithms for interpretation of pre-event landslide areas and landslide inventory mapping. Open Geosciences, 13(1), 1226-1244.
• Lepădatu, A., Ianoschi, R., & Neagu, A. (2011). GNSS technology for structural health monıtorıng. Mathematical Modeling in Civil Engineering, (4).
• Ma, F., Zhao, H., Zhang, Y., Guo, J., Wei, A., Wu, Z., & Zhang, Y. (2012). GPS monitoring and analysis of ground movement and deformation induced by transition from open-pit to underground mining. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 4(1), 82-87.
• Mura J. C., Paradella, W. R., Gama, F. F., Santos, A. R., Galo, M., Camargo, P. O., & Silva, G. G. (2014). Monitoring of surface deformation in open pit mine using DInSAR time-series: a case study in the N5W iron mine (Carajás, Brazil) Using TerraSAR-X Data. SAR image Analysis, Modeling, and Techniques XIV, 92(43), 11.
• Oruç, M. E. (2021). The possibilities of data usage obtained from UAV. Advanced UAV, 1(1), 15-23.
• Oruç, M. E., & Baş, G. (2021). Kompleks yapı ve alanlarda yersel lazer tarama teknolojisinin kullanımı. Türkiye Lidar Dergisi, 3(2), 39-47.
• Oruç, M. E., & Öztürk, İ. L. (2021). Usability of terrestrial laser technique in forest management planning. Türkiye Lidar Dergisi, 3(1), 17-24.
• Padró, J. C., Cardozo, J., Montero, P., Ruiz-Carulla, R., Alcañiz, J. M., Serra, D., & Carabassa, V. (2022). Drone-based identification of erosive processes in open-pit mining restored areas. Land, 11(2), 212.
• Reilinger, R., McClusky, S., Vernant, P., Lawrence, S., Ergintav, S., Cakmak, R., ... & Karam, G. (2006). GPS constraints on continental deformation in the Africa‐Arabia‐Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 111(B5).
• Shahmoradi, J., Talebi, E., Roghanchi, P., & Hassanalian, M. (2020). A comprehensive review of applications of drone technology in the mining industry. Drones, 4(3), 34.
• Tong, X., Liu, X., Chen, P., Liu, S., Luan, K., Li, L., ... & Hong, Z. (2015). Integration of UAV-based photogrammetry and terrestrial laser scanning for the three-dimensional mapping and monitoring of open-pit mine areas. Remote Sensing, 7(6), 6635-6662.
• Turan, S. N., Eyo, E. E., Acar, M., & Bayrak, T. (2012). Periyodik toplanmış TUSAGA-aktif ölçülerinin deformasyon izlemede kullanılabilirliğinin araştırılması. Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 4(2), 19-29.
• Ulvi, A., & Yiğit, A. Y. (2019). Kültürel mirasın dijital dokümantasyonu: Taşkent Sultan çeşmesinin fotogrametrik teknikler kullanarak 3B modelinin yapılması. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 1(1), 1-6.
• Ulvi, A., Yakar, M., Yiğit, A. Y., & Kaya, Y. (2020). İHA ve yersel fotogrametrik teknikler kullanarak Aksaray Kızıl Kilise’nin 3 boyutlu nokta bulutu ve modelinin üretilmesi. Geomatik Dergisi, 5(1), 22-30.
• Ulvi, A., Yakar, M., Yiğit, A., & Kaya, Y. (2019). The use of photogrammetric techniques in documenting cultural heritage: the example of Aksaray Selime Sultan tomb. Universal Journal of Engineering Science, 7(3), 64-73.
• Wang, J., Gao, J., Liu, C., & Wang, J. (2010). High precision slope deformation monitoring model based on the GPS/Pseudolites technology in open-pit mine. Mining Science and Technology (China), 20(1), 126-132.
• Yakar, M., Kabadayı, A., Yiğit, A. Y., Çıkıkcı, K., Kaya, Y., & Catin, S. S. (2016). Emir Saltuk kümbeti fotogrametrik rölöve çalişmasi ve 3 boyutlu modellenmesi. Geomatik, 1(1), 14-18.
• Yakar, M., Ulvi, A., Yiğit, A. Y., & Alptekin, A. (2022). Discontinuity set extraction from 3D point clouds obtained by UAV Photogrammetry in a rockfall site. Survey Review, 1-13.
• Yıldız, H., (2012). Yükseklik modernizasyonu yaklaşımı: Türkiye için bir inceleme. Harita Dergisi, 147, 1-12.
• Yılmaz, M., & Uysal, M. (2016). Comparison of data reduction algorithms for LiDAR‐derived digital terrain model generalisation. Area, 48(4), 521-532.
• Yılmaz, M., & Uysal, M. (2017). Comparing uniform and random data reduction methods for DTM accuracy. International Journal of Engineering and Geosciences, 2(1), 9-16.
• Yılmaz, M., Uysal, M., & Yilmaz, İ. (2015). Hava LiDAR Nokta Bulutundan Sayısal Yükseklik Modeli Üretiminde Veri Seyrekleştirme Algoritmalarının Karşılaştırılması. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, 15.
• Yiğit, A. Y., & Ulvi, A. (2020). İHA fotogrametrisi tekniği kullanarak 3B model oluşturma: Yakutiye medresesi örneği. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 2(2), 46-54.
• Yiğit, A. Y., Kaya, Y., & Şenol, H. İ. (2023). Açık maden ocaklarında insansız hava aracı (İHA) kullanımı. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 11(1), 225-235.
• Yue, D., Wang, J., Zhou, J., Chen, X., & Ren, H. (2010). Monitoring slope deformation using a 3-D laser image scanning system: a case study. Mining Science and Technology (China), 20(6), 898-903.
• Zeybek, M., & Şanlıoğlu, İ. (2019). Topoğrafik yüzey değişimlerinin görüntü işleme teknikleriyle belirlenmesi üzerine bir araştırma. Artvin Çoruh Üniversitesi Doğal Afetler Uygulama ve Araştırma Merkezi Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 5(2), 350-367.