Orman içi açık maden sahalarında yüzey değişiminin izlenmesinde İHA-tabanlı yöntemlerin karşılaştırılması: Düzce-Tatlıdere örneği
Comparison of UAV-based methods for monitoring surface change in open-pit mining sites in forests: Düzce-Tatlıdere case
Yazar: BERKAN BALABAN
Danışman: DOÇ. DR. YILMAZ TÜRK
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Taş ocaklarında yapılan faaliyetler sonrası meydana gelen yüzey değişimlerinin (şev basamak geometrisi ve kazı hacmi) belirlenmesinde uzaktan algılama teknolojileri, maliyet-etkin, hızlı ve kolay çözümler sunma potansiyeli taşımaktadır. 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 Kinematic -PPK) ölçüm tekniği alternatif çözüm sağlamaktadır. Bu çalışmanın amacı RTK ve PPK çözümünün Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri (GNSS) ve RTK-CORS tarafından sonradan işlenmiş ve düzeltilmiş konumsal ölçümler yoluyla dengelenmiş fotoğraf çiftlerinin ortaya koyduğu hassasiyeti değerlendirerek karşılaştırmaktır. Ayrıca orman idaresi bünyesinde açık maden (taş ocağı) sahasının sınırlarının izlenmesinde, şev geometrilerinin (şev basamak, genişlik ve açısının) ölçülmesinde İHA sistemlerinin kullanılabilirliğini incelemek ve taş ocağı işletmeciliği açısından, çıkarılan malzemenin hacmini İHA kullanarak hesaplamaktır. Çalışma alanı, Düzce ili Tatlıdere Orman İşletme Şefliği sınırları içerisinde kalan işletmesi tüzel kişiliğe ait bir taş ocağı seçilmiştir. RTK ve PPK uygulama modülleri olan DJI Phantom 4 RTK insansız hava aracı (İHA) kullanılarak, taş ocağında 30 Eylül 2021 ve 19 Mayıs 2022 tarihlerinde (yaklaşık 7 aylık süreci kapsayan)  eş zamanlı RTK ve PPK modlarında toplam dört uçuş gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması sonuçlarında RTK ve PPK yöntemi ile ortofoto üzerinde belirlenen ortalama konumsal doğruluklar sırasıyla 2,00 cm ve 0,68 cm bulunmuştur. Bu sonuca göre taş ocağı alanı gibi işletilmesi sonucunda oluşan şevlerin geometrik özelliklerinin belirlenmesinde, PPK çözümünün daha uygun olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca PPK yöntemi ulaşılması güç ve çoğunlukla dağlık alanlara yakın olan arazilerde bulunan taş ocaklarında RTK modda veri alımındaki kayıplara alternatif olacaktır. Tez çalışmasında taş ocağı şev basamak genişliği, yüksekliği ve eğimi rahatlıkla tespit edilmiştir. Bununla beraber taş ocağı sınırlarının takibi rahatlıkla yapılmış, çalışma süresince taş ocağı alanı 1044 m² ve çevresi ise 25 m genişlemiştir. Taş ocağı işletmeciliği için önemli olan materyal hacmi hesaplanmış, kazı miktarı 104170 m³ ve kazı alanı ise 44348 m2 bulunmuştur. Ele edilen sonuçlar doğrultusunda, orman idaresi ve taş ocağı işletmecisi İHA sistemlerini veri elde etmede kullanmalıdır.

Abstract:
Remote sensing technologies have the potential to offer cost-effective, fast and easy solutions in determining the surface changes (slope step geometry and excavation volume) that occur after the activities carried out in the quarries. 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 kinematics (RTK) technique, centimetre-accurate studies can be performed in the accuracy of spatial data. However, Post Processing Kinematic (PPK) measurement 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 and compare the accuracy of the RTK and PPK solutions for image pairs stabilised by Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and RTK-CORS through post-processed and corrected positional measurements. In addition, to examine the usability of UAV systems in monitoring the boundaries of the open-pit mine (quarry) area within the forest administration, measuring the slope geometries (slope step, width and angle) and calculating the volume of the extracted material using UAV in terms of quarry management. The study area was selected as a quarry operated by a legal entity within the boundaries of Tatlıdere Forestry Operation Directorate in Düzce province. Using a DJI Phantom 4 RTK unmanned aerial vehicle (UAV) with RTK and PPK application modules, a total of four flights were performed in simultaneous RTK and PPK modes on 30 September 2021 and 19 May 2022 (covering a period of approximately 7 months) at the quarry.  In the results of the thesis study, the average positional accuracies determined by RTK and PPK methods on orthophotos were 2.00 cm and 0.68 cm, respectively. According to this result, it is understood that the PPK solution is more suitable for determining the geometric properties of the slopes formed as a result of the operation such as quarry area. In addition, the PPK method will be an alternative to the losses in RTK mode data acquisition in quarries located in inaccessible and often mountainous areas. In the thesis study, slope step width, height and slope of the quarry were easily determined. However, the quarry boundaries were easily monitored and the quarry area expanded by 1044 m² and its perimeter by 25 m during the study period. The material volume, which is important for quarry operations, was calculated and the excavation volume was found to be 104170 m³ and the excavation area was found to be 44348 m2.  Based on the results obtained, the forest administration and the quarry operator should use UAV systems for data acquisition.