Maden işletmelerinde yüzey deformasyonlarının yapay açıklıklı uydu radar görüntüleriyle izlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of the monitoring of surface deformations by artificial satellite radar images in mining operations
Yazar: BEKİR POYRAZ
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ GÜL ; PROF. DR. FATİH POYRAZ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Madencilik iş kazaları bakımdan en riskli sektörlerin başında gelmektedir. Maden açık işletmelerinde gerekli tedbirler alınmadığında özellikle büyük kütlesel yer değiştirmeler (heyelan) nedeniyle çok ciddi kazalar ve can kayıpları ile karşılaşılmaktadır. Bu durum hem maddi hem de manevi açıdan önemli kayıplara sebep olmaktadır. Bu yüzden maden sahalarındaki deformasyonların önceden tespiti ve gerekli önlemlerin alınması son derece önemlidir. Son yıllarda özellikle çok geniş alanlarda, yüzey deformasyonlarını ve hareketlerini belirlemeye olanak sağlayan ve uydu verilerini kullanan interferometrik yapay açıklı radar (InSAR) yöntemi ön plana çıkmaya başlamıştır. Bu yöntem, üretilen yüksek kaliteli topografya bilgisi ile deformasyonların belirlenmesi esasına dayanmaktadır. Mevcut yöntemlerden farklı olarak istenilen büyüklükte alanın izlenmesine imkan sağlamakta ve santimetre/santimetre altı hassaslığında sonuç vermektedir. 
Bu tez çalışması kapsamında, bölgede deformasyon alanlarının belirlenebilmesine yönelik olarak LiCBAS yazılımı ile bir ön değerlendirme yapılmıştır. Belirlenen deformasyon alanındaki hem deformasyonların gelişiminin hem de periyodik bir etkinin araştırılması amacıyla üç yıllık zaman aralığı periyotlara bölünerek PSInSAR tekniği ile incelenmiştir. Sabit saçıcı (PS) oluşumlarına etkilerini belirlemek amacı ile de  bazı lokasyonlara Köşe reflektörler (CR) tesis edilmiş ve sonuçları değerlendirilmiştir.  Avrupa uzay ajansı uydularından (Sentinel-1A/B) ücretsiz düşük çözünürlüklü ve Alman uzay ajansı uydusundan (TerraSAR-X) ücretli yüksek çözünürlüklü SAR görüntüleri elde edilerek deformasyonların ve olası kütlesel yer değiştirmelerin izlenebilirliği ve izleme hassasiyetleri ortaya konulmaya çalışılmıştır. Sahaya tesis edilen 2 adet GPS ile Sentinel-1A ve TerraSAR-X uydu radar verilerinden elde edilen sonuçların uyumu değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, her üç yaklaşımla elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Çalışma sonucunda, uzun dönem verilerinden PSInSAR tekniği ile belirlenen sonuçlarına göre, deformasyon alanı içerisinde yatay/düşey yönlü deformasyonların azalmış olsa dahi hala devam ettiği, aynı zamanda mevsimsel bir etkinin de olduğu görülmüştür. CR tesisi ile yeni PS adaylarının oluştuğu ve bu sayede noktasal değerlendirmelerinde yapılabileceği ortaya konulmuştur. Yaklaşık aynı tarih aralığına denk gelen, Sentinel-1A uydusu tabanlı LOS hızları ile TerraSAR-X uydusu tabanlı LOS hızları %5'lik bir farkla yaklaşık aynı seviyelerde bulunmuştur. Uyduların açı değerleri (incidence ve heading) dikkate alınarak GPS verilerinden elde edilen dönüştürülmüş LOS yönündeki hızlarda ise yaklaşık %20'lik bir fark ortaya çıkmıştır. GPS tabanlı LOS hız değerleri, uydu tabanlı hız değerlerine göre yüksek bulunmuş ancak  yönelimlerinin (benzer hareket davranışları) uyumlu olduğu görülmüştür. Benzer şekilde GPS noktalarından tesbit edilen yatay ve düşey hız değerleri de Sentinel-1A tabanlı hızlara göre yüksek bulunsa da sonuçları uyumlu olup aynı yönelimi göstermişlerdir.

Abstract:
Mining is one of the riskiest sectors in terms of occupational accidents. When necessary precautions are not taken in open mining operations, serious accidents and loss of life can occur, especially due to large mass displacements such as landslides. This situation causes significant losses in both material and moral terms. Therefore, it is extremely important to detect deformations in mining sites in advance and take necessary precautions. In recent years, the interferometric synthetic aperture radar (InSAR) method, which uses satellite data, has come to the forefront, particularly in very large areas, allowing for the detection of surface deformations and movements. This method is based on the determination of deformations with high-quality topographic information. Unlike existing methods, it enables monitoring of areas of any size and provides results with sub-centimeter accuracy.
Within the scope of this thesis, a preliminary assessment was conducted using LiCBAS software to determine the deformation areas in the region. To investigate both the development of deformations and any periodic effects in the identified deformation area, a three-year time interval was divided into periods and analyzed using the PSInSAR technique. Corner reflectors (CR) were also installed in some locations to determine the effects on the formation of stationary scatterers (PS), and the results were evaluated. Free low-resolution SAR images were obtained from the European Space Agency's Sentinel-1A/B satellites, and paid high-resolution SAR images were obtained from the German Space Agency's TerraSAR-X satellites to determine the traceability and sensitivity of deformations and possible mass displacements. The agreement between the results obtained from Sentinel-1A and TerraSAR-X satellite radar data with two GPS units installed in the field was evaluated. Additionally, the results obtained using all three approaches were compared.
As a result of the study, according to the results determined with the PSInSAR technique from long-term data, it was observed that the horizontal/vertical deformations within the deformation area still continue even if they have decreased, and there is also a seasonal effect. It has been revealed that new PS candidates have been formed with the CR facility and thus pointwise evaluations can be made. The LOS velocities based on the Sentinel-1A satellite and the LOS velocities based on the TerraSAR-X satellite, which correspond to approximately the same date range, were found to be at approximately the same levels with a difference of 5%. The converted LOS velocities derived from GPS data using the incidence and heading values of the satellites showed a difference of about 20%. The GPS-based LOS velocity values were higher than the satellite-based velocity values, but their orientations (similar motion behaviors) were found to be compatible. Similarly, the horizontal and vertical velocity values determined from GPS points were higher than the Sentinel-1A-based velocities, but their results were compatible and showed the same orientation.