3D Multi-view Stereo Modelling of an Open Mine Pit Using a Lightweight UAV

Hafif bir İHA ile bir Açık Maden Ocağının 3B Çok-bakılı Stereo Modellemesi

Abstract

Digital elevation models have been evolved in decades, their resolution and accuracy have improved vividly. Geological, structural and geomorphological benefits of those high-quality digital elevation models enhanced the quality of the research and engineering and unfold the visibility of the data. Modern techniques such as laser scanners provide a quantum leap on digital modelling, however the cost of those methods limits their widespread usage. Improvements in stereo-photogrammetry did not decelerate. On the contrary, the evolution of Structure from Motion-Multi-view stereo-photogrammetry (SfM-MVS) method is accelerated by the continuous developments in digital photography and computer vision technologies. We have used a lightweight drone to acquire digital aerial photographs of an open mine pit for an ultimate purpose of modelling the terrain using SfM-MVS procedure. We have been able to derive a high resolution (0.3 m/pixel) DEM and a very high resolution (0.04 m/pixel) orthorectified aerial image. Both datasets are representing the topography with high sample point densities. Elevation model dataset has been compared with the regular topographic point measurements of the mine pit and the accuracy of the aerially derived model have been investigated. Sources of modelling errors, the effect of temporal physical changes in the terrain, effect and importance of geo-referencing have been discussed in detail. SfM-MVS is a cost-effective, rapid and promising technique for digital mapping, modelling and monitoring in various spatial scales of Geology.

Özet

Sayısal yükseklik modelleri (SYM) on yıllar içinde evrilmiş, hassasiyetleri ve çözünürlükleri de görünür ölçüde artmıştır. Bu yüksek kaliteli SYM'lerinin jeolojik, yapısal ve jeomorfolojik faydaları bilimsel araştırmanın ve mühendislik uygulamalarının kalitesini ciddi oranda artırmış ve verinin görünürlüğünü yükseltmiştir. Lazer tarama gibi modern tekniklerin sayısal modellemede bir kuantum sıçraması yaratmasına rağmen bu metotların yüksek maliyeti uygulamalarını kısıtlamaktadır. Stereo-fotogrametrideki ilerleme ise yavaşlamamıştır. Tersine, "Hareketten Yapı-Çok bakılı stereofotogrametri" (HY-ÇBS) metodunun gelişimi sayısal fotoğraflama ve bilgisayar teknolojisindeki sürekli gelişmeyle birlikte ivmelenmiştir. Bu çalışmada, HY-ÇBS yöntemi kullanarak yeryüzü modelleme nihai amacı ile hafif bir dron kullanarak bir açık maden ocağının hava fotoğrafları alınmıştır. Yüksek çözünürlüklü (0.3 m/piksel) bir sayısal yükseklik modeli ve çok yüksek çözünürlüklü (0.04 m/piksel) bir ortorektifiye hava fotoğrafı oluşturulmuştur. Hem oluşturulan SYM, hem de hava fotoğrafı topoğrafyayı ve maden ocağını yüksek nokta yoğunluğu ile temsil etmektedir. Oluşturulan yükseklik modeli, maden ocağının olağan topoğrafik nokta ölçümleri ile kıyaslanmış ve havadan oluşturulan modelin hassasiyeti incelenmiştir. Modelleme hatalarının kaynakları, yerdeki zamanla değişen fiziksel değişikliklerin etkisi ve jeoreferanslamanın önemi detaylıca tartışılmıştır. HY-ÇBS yöntemi, sayısal haritalama ve çok çeşitli jeolojik ölçeklerde modelleme ve gözlem amacı ile kullanılabilecek, çok uygun maliyetli, hızlı ve gelecek vadeden bir tekniktir.