Coupling Satellite Images and Unmanned Aerial Vehicle Data to Monitor the Exploitation of Open-Pit Mine

• Autorzy: Tong Si Son , Le Quang Toan , Vu Phan Long , Pham Thi Lan , Ha Le Thi Thu , Tong Thi-Huyen-Ai , Nguyen Vu Giang

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-02-35

Warianty tytułu

PL

Łączenie zdjęć satelitarnych i danych bezzałogowego statku powietrznego w celu monitorowania eksploatacji kopalni odkrywkowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Discovering the variation of an open-pit mine in vertical, horizontal, and temporal dimensions as well to characterize the stages and the trends of the exploitation are indispensable tasks which provide information supporting decision making and planning for sustainable development of the mining industry. Remote sensing technique with the advantages of multi-spatial, multi-spectral, multi-temporal resolution is a promising solution to meet the information requirement. This study proposes an approach of coupling the high-resolution satellite images and Unmanned Aerial Vehicle (UAV) data to observe the variation of Tan An open rocky mine during its lifetime. Five satellite images with the resolution of 0.5 m acquired in 2006, 2012, 2014, 2016, 2018, and two ortho-images with 0.034 m resolution constructed from UAV photos captured in 2019, 2020 are used to make land cover maps. The analysis of land cover changes discovers 3 stages of open-pit mine exploitation consisting of unprompted exploitation, exploiting outbreak and stable exploitation corresponding to the changes in the mine. Besides, two Digital Surface Models (DSM) constructed by UAV photos are compared to calculate the elevation and volume changes. The assessment of the correlation between elevation change and land cover change indicates that the mineral exploitation is in the vertical range from 645 m to 660 m, and the exploitation trend is following the horizontal expansion rather than the deep excavation. Additionally, this experiment results in 79,422 m3 of mineral taken from the mine, and 34,022 m3 of soil used for the restoration within a year from June 2019 to June 2020.

PL

Monitorowanie zmienności kopalni odkrywkowej w wymiarze pionowym, poziomym i czasowym oraz scharakteryzowanie etapów i trendów eksploatacji są niezbędnymi zadaniami niezbędnymi do dostarczenia informacji wspomagających podejmowanie decyzji i planowanie zrównoważonego rozwoju górnictwa. Technika teledetekcji z zaletami wieloprzestrzennej, wielospektralnej, wieloczasowej rozdzielczości jest obiecującym rozwiązaniem spełniającym powyższe wymaganie. Niniejsze badanie proponuje podejście po-legające na połączeniu obrazów satelitarnych o wysokiej rozdzielczości i danych z bezzałogowego statku powietrznego (BSP) w celu obserwacji zmian w otwartej kopalni skalnej Tan An w czasie jej życia. Pięć zdjęć satelitarnych o rozdzielczości 0,5 m, pozyskanych w latach 2006, 2012, 2014, 2016, 2018 oraz dwa ortofotomapy o rozdzielczości 0,034 m wykonane ze zdjęć BST wykonanych w 2019, 2020 r. Są wykorzystywane do tworzenia map pokrycia terenu. Analiza zmian pokrycia terenu ujawnia 3 etapy eksploatacji kopalni odkrywkowej, na które składają się: eksploatacja niezamówiona, ognisko eksploatacyjne oraz etapy stabilnej eksploatacji odpowiadające zmianie pokrycia terenu w kopalni. Ponadto porównuje się dwa modele numeryczne powierzchni (MNP) zbudowane na podstawie zdjęć BSP, aby obliczyć wysokość i zmiany objętości kopalni. Ocena korelacji między zmianą wysokości a zmianą pokrycia terenu wskazuje, że eksploatacja kopaliny mieści się w przedziale od 645 m do 660 m npm, a trend eksploatacji raczej według ekspansji poziomej niż metodą wydobywczą. Dodatkowo, w wyniku tego doświadczenia uzyskano 79 422 m3 gruntów pobranego z kopalni oraz 34022 m3 gruntów użytej do rekultywacji w ciągu roku od czerwca 2019 do czerwca 2020.

Słowa kluczowe

EN

land cover dynamic; open-pit mine; UAV; stages of exploitation

PL

dynamika zmienna terenu; kopalnia odkrywkowa; bezzałogowy statek powietrzny; etapy eksploatacji

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 2, vol. 1
• Strony: 291--299
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Tong Si Son

• University of Science and Technology of Ha Noi, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

autor

Le Quang Toan

• Space Technology Institute, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

autor

Vu Phan Long

• Defense Mapping Agency, Hanoi, Vietnam

autor

Pham Thi Lan

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Ha Le Thi Thu

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Tong Thi-Huyen-Ai

• Space Technology Institute, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

autor

Nguyen Vu Giang

• Space Technology Institute, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

Bibliografia

• 1. Beretta, F., H. Shibata, R. Cordova, R. d. L. Peroni, J. Azambuja and J. F. C. L. Costa (2018). "Topographic modelling using UAVs compared with traditional survey methods in mining." REM-International Engineering Journal 71(3): 463-470.
• 2. Bui, D. T., N. Q. Long, X.-N. Bui, V.-N. Nguyen, C. Van Pham, C. Van Le, P.-T. T. Ngo, D. T. Bui and B. Kristoffersen (2017). Lightweight unmanned aerial vehicle and structure-from-motion photogrammetry for generating digital surface model for open-pit coal mine area and its accuracy assessment. International Conference on Geo-Spatial Technologies and Earth Resources, Springer.
• 3. Esposito, G., G. Mastrorocco, R. Salvini, M. Oliveti and P. Starita (2017). "Application of UAV photogrammetry for the multi-temporal estimation of surface extent and volumetric excavation in the Sa Pigada Bianca open-pit mine, Sardinia, Italy." Environmental Earth Sciences 76(3): 103.
• 4. Gindraux, S., R. Boesch and D. Farinotti (2017). "Accuracy Assessment of Digital Surface Models from Unmanned Aerial Vehicles’ Imagery on Glaciers." Remote Sensing 9(3): 186.
• 5. Liu, Y., M. Li, L. Cheng, F. Li and K. Chen (2012). "Topographic Mapping of Offshore Sandbank Tidal Flats Using the Waterline Detection Method: A Case Study on the Dongsha Sandbank of Jiangsu Radial Tidal Sand Ridges, China." Marine Geodesy 35(4): 362-378.
• 6. Lowe, D. G. (1999). "Object recognition from local scale-invariant features "Proceedings of the International Conference on Computer Vision 2: 1150–1157.
• 7. Lowe, D. G. (2004). "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints." International Journal of Computer Vision 60(2): 91–110.
• 8. Nguyen, Q. L., X. N. Bui, X. C. Cao and V. C. Lе (2019). "An approach of mapping quarries in Vietnam using low-cost Unmmaned Aerial Vehicles." Sustainable Development Of Mountain Territories 2(40): 199-209.
• 9. Nguyen Quoc Long, Ropesh Goyal, Bui Khac Luyen, Le Van Canh, Cao Xuan Cuong, Pham Van Chung, Bui Ngoc Quy, Xuan-Nam Bui. Influence of Flight Height on The Accuracy of UAV Derived Digital Elevation Model of Complex Terrain. Inzynieria Mineralna, Vol 45 (1), DOI: 10.29227/IM-2020-01-27 (2020). 
• 10. Ozdemir, B. and M. Kumral (2019). "A system-wide approach to minimize the operational cost of bench production in open-cast mining operations." International Journal of Coal Science & Technology 1(6): 84-94.
• 11. Ren, H., Y. Zhao, W. Xiao and Z. Hu (2019). "A review of UAV monitoring in mining areas: current status and future perspectives." International Journal of Coal Science & Technology 6(3): 320-333.
• 12. Sanders, A. (2017). "Mapping the Distribution of Understorey Rhododendron Ponticum Using Low-Tech Multispectral UAV Derived Imagery." 167-181.
• 13. Szentpeteri, K., T. Setiawan and A. Ismanto (2016). "Drones (UAVs) in mining and Exploration. An application example: Pit Mapping and Geological Modelling." Unconventional Exploration Target & new tools in mineral and coal exploration: 45-49.
• 14. Tonkin, T. and N. Midgley (2016). "Ground-Control Networks for Image Based Surface Reconstruction: An Investigation of Optimum Survey Designs Using UAV Derived Imagery and Structure-from-Motion Photogrammetry." Remote Sensing 8(9): 786.
• 15. Tucci, G., A. Gebbia, A. Conti, L. Fiorini and C. Lubello (2019). "Monitoring and Computation of the Volumes of Stockpiles of Bulk Material by Means of UAV Photogrammetric Surveying." Remote Sensing 11(12): 1471.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).