UAV and TLS point cloud integration for the surface plant infrastructure of underground coal mines
Abstract
The surface plant infrastructure (SPI) of underground coal mines is one of important sets of underground mines as it includes essential objects, such as office buildings, structures and equipment used to load, receive, sort or process minerals; receive and discharge waste rocks; provide ventilation for tunnels and energy for mining operations. The measurement and collection of spatial data of SPI are important to ensure the safe and effective management and operation of mining activities in underground mines. A rapid development in geospatial technologies has facilitated the acquisition of geospatial data in the mining industry. Unmanned Aerial Vehicle (UAV) photogrammetry and Terrestrial Laser Scanning (TLS) are two of the typical geospatial technologies, which have made significant contributions to the field of geospatial data collection. While UAV photogrammetry allows to create dense point clouds with centimeter - level accuracy in a short time and large areas, TLS technology can produce dense point clouds with millimeter - level accuracy. However, the latter is time - consuming and expensive while performing on a large area. The integration of UAV and TLS data can be seen as a reasonable solution to gain the advantages of both and avoid the disadvantages of each technology. This paper presents the results of an integrated study of point cloud data generated by UAV and TLS for the plant infrastructure of the underground coal mine. Featuring structures in the study area include mineshaft tower, office and factory buildings. The results show that the UAV and TLS integrated point cloud data has millimeter - level accuracy for important objects such as mineshaft towers, while ancillary structures in the study area have centimeter - level accuracy.References
Amos, C. L., (1995). Siliciclastic Tidal Flats. Developments in Sedimentology, 53(C), 273 - 306. https://doi.org/10.1016/S0070 - 4571 (05)80030 - 5.
Bae, K. H., & Lichti, D., (2004). Automated registration of unorganised point clouds from Terrestrial Laser Scanners. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 35.
Besl, P. J., & McKay, N. D., (1992). A method for registration of 3 - D shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2), 239 - 256. doi:10.1109/34.121791.
Bùi Tiến Diệu, Nguyễn Cẩm Vân, Hoàng Mạnh Hùng, Đồng Bích Phương, Nhữ Việt Hà, Trần Trung Anh, Nguyễn Quang Minh, (2016). Xây dựng mô hình số bề mặt và bản đồ trực ảnh sử dụng công nghệ đo ảnh máy bay không người lái. Hội nghị khoa học: Đo đạc bản đồ với ứng phó biển đổi khí hậu. Trường Đại học Mỏ - Địa chất .
Dieu Tien Bui, Nguyen Quoc Long, Bui Xuan Nam, Nguyen Viet Nghia, Pham Chung Van, Le Canh Van, Ngo Thi Phuong Thao, Bui Tien Dung, Bjørn 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, Springer: Advances and Applications in Geospatial Technology and Earth Resources, 17 - 33.
Đỗ Tiến Sỹ, Nguyễn Anh Thư, Hoàng Hiệp, Võ Thị Loan, Nguyễn Ngọc Tường Vi, Võ Văn Trương, Lê Nguyễn Thanh Phước, Phạm Thị Trường An, Đặng Minh Quang, (2019). Kết hợp dữ liệu đám mây điểm từ các thiết bị 3D Laser scanning và phương tiện bay không người lái (UAV) nhằm thu thập thông tin mô hình công trình xây dựng. Tạp chí Xây Dựng Việt Nam, 4.
Furukawa, Y., Curless, B., Seitz, S. M., & Szeliski, R., (2010). Towards Internet - scale multi - view stereo. The IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 13 - 18 June 2010.
Furukawa, Y., & Ponce, J. ,(2010). Accurate, Dense and Robust Multiview Stereopsis. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 32(8), 1362 - 1376. doi:10.1109 /TPAMI.2009.161
Kubota, S., Ho, C., & Nishi, K., (2019). Construction and Usage of Three - dimensional Data for Road Structures Using Terrestrial Laser Scanning and UAV with Photogrammetry. ISARC. Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction, 36, 136 - 143. doi:10.22260/ ISARC2019/0019.
Kwon, S., Park, J. - W., Moon, D., Jung, S., & Park, H. ,(2017). Smart Merging Method for Hybrid Point Cloud Data using UAV and LIDAR in Earthwork Construction. Procedia engineering, 196, 21 - 28. doi:10.1016/ j.proeng.2017.07. 168.
Le Van Canh, Nguyen Viet Nghia (2016). Monitoring the displacement of industrial site area at Nui Beo coal mine. The international conference on Earth sciences and Sustainable Geo - Resources development, Hanoi, Vietnam.
Lowe, D. G., (2004). Distinctive Image Features from Scale - Invariant Keypoints. International Journal of Computer Vision, 60(2), 91 - 110. doi:10.1023/B:VISI.0000029664.99615.94.
Mai Văn Sỹ, Bùi Ngọc Quý, Phạm Văn Hiệp, Lê Đình Quý, (2017). Nghiên cứu xử dụng dữ liệu ảnh máy bay máy bay không người lái (UAV) trong thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Tạp chí khoa học Đo đạc và bản đồ, 33.
Marcisz, M., Probierz, K., & Ostrowska - Łach, M., (2018). 3D representation of geological observations in underground mine workings of the Upper Silesian Coal Basin. Journal of Sustainable Mining, 17(1), 34 - 39. doi: https:// doi. org/10.1016/j.jsm.2018.01.001.
Martínez - Espejo Zaragoza, I., Caroti, G., Piemonte, A., Riedel, B., Tengen, D., & Niemeier, W. ,(2017). Structure from motion (SfM) processing of UAV images and combination with terrestrial laser scanning, applied for a 3D - documentation in a hazardous situation. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 8(2), 1492 - 1504. doi:10.1080/19475705.2017. 134 5796.
Ngô Sỹ Cường, Trần Xuân Trường, Trần Hồng Hạnh, Đặng Nguyên Vũ, (2019). Nâng cao chất lượng xây dựng mô hình 3D bằng kết hợp công nghệ bay chụp UAV và quét Laser mặt đất. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 60(4), 10.
Ngô Sỹ Cường, Trần Hồng Hạnh, Trần Vân Anh, Trần Xuân Trường, (2018). Ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất trong việc theo dõi biến động địa hình - Khu vực thực nghiệm ở Quảng Ninh. Hội nghị khoa học Địa lý toàn quốc lần thứ X tại Đà Nẵng. Hội Địa lý Việt nam.
Nguyễn Viết Nghĩa, Nguyễn Quốc Long, Vũ Quốc Lập, (2017). Đánh giá khả năng ứng dụng máy quét laser mặt đất GeoMax Zoom 300 trong công tác thành lập mô hình 3D mỏ lộ thiên. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 58, 6.
Nguyen Quoc Long, Buczek, M. M., Szlapińska, S. A., Bui Xuan Nam, Nguyen Viet Nghia, Cao Xuan Cuong, (2018). Accuracy assessment of mine walls’ surface models derived from terrestrial laser scanning. International Journal of Coal Science & Technology, 5(3), 328 - 338.
Nguyễn Quốc Long, Cao Xuân Cường, (2019). Ứng dụng máy bay không người lái (UAV) để xây dựng mô hình số bề mặt và bản đồ mỏ lộ thiên khai thác vật liệu xây dựng. Tạp chí công nghiệp mỏ, 1 - 2019, 9.
Nguyen Quoc Long, Bui Xuan Nam, Cao Xuan Cuong, Le Van Canh, (2019). An approach of mapping quarries in Vietnam using low - cost Unmanned Aerial Vehicles. Sustainable Development of Mountain Territories, 11(2), 199 - 209.
Nguyễn Viết Nghĩa, Võ Ngọc Dũng, (2016). Nghiên cứu khả năng ứng dụng máy quét laser 3D mặt đất trong quản lý xây dựng ‐ khai thác mỏ hầm lò. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ ‐ Địa chất, 57, 8.
Šašak, J., Gallay, M., Kaňuk, J., Hofierka, J., & Minár, J., (2019). Combined Use of Terrestrial Laser Scanning and UAV Photogrammetry in Mapping Alpine Terrain. Remote sensing (Basel, Switzerland), 11(18), 2154. doi:10. 3390/rs11182154.
Trần Quốc Vinh, Hoàng Văn Anh, Phạm Quốc Khánh, (2018). Nghiên cứu kết hợp dữ liệu của máy bay không người lái và máy quét laser mặt đất thành lập bản đồ 3D khu vực đô thị. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 59(44), 10.
Vũ Phan Long, Lê Thắng, (2014). Thử nghiệm thiết bị bay không người lái thành lập bản dồ 3D hành lang tuyến điện. Hội nghị khoa học ngành Địa hình quân sự. Cục Bản đồ, Bộ Tổng tham mưu.
Xu, Z., Wu, L., Shen, Y., Li, F., Wang, Q., & Wang, R., (2014). Tridimensional Reconstruction Applied to Cultural Heritage with the Use of Camera - Equipped UAV and Terrestrial Laser Scanner. Remote sensing (Basel, Switzerland), 6(11), 10413 - 10434. doi:10.3390/rs61110 413.
