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PROPUESTA METODOLÓGICA DE FUSIÓN DATOS InSAR CON DATOS UAV PARA EL MONITOREO DE SUBSIDENCIA DEBIDO A MINERÍA SUBTERRÁNEA

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Date
2021-11
Authors
CALISTO NAVARRO, CATALINA ANTONIETA
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Publisher
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Journal Issue
Abstract
La producción de cobre en Chile durante el año 2020 fue de 5,7 millones de toneladas métricas finas, provenientes en un 19% de minería subterránea. Este tipo de minería ha aumentado su participación en el mercado en un 7% en los últimos 15 años y se pronostica que a futuro tanto los yacimientos nuevos como actuales migrarán a métodos de explotación subterráneos, esto a consecuencia del envejecimiento de los depósitos y la mayor profundidad del mineral. Es por esto que toma importancia el estudio de los efectos que conlleva la minería subterránea, en específico los métodos de hundimiento masivo tipo caving, siendo uno de los efectos más importantes a analizar, la subsidencia. La subsidencia corresponde a una deformación en la superficie que constituye una fuente de peligros tanto para trabajadores como para el medio ambiente. Es por esto, que es importante el monitoreo constante de este movimiento, el cual se ha hecho tradicionalmente mediante métodos topográficos convencionales de técnicas de medición de puntos discretos como nivelación precisa, estaciones totales y sistemas de GPS. En el último tiempo los sistemas de monitoreo mediante teledetección han ido ganando popularidad en el área por sus altas precisiones, como es el caso de las técnicas satelitales de interferometría SAR (InSAR). Logrando realizar mediciones de áreas extensas sin la necesidad de exponer a trabajadores a áreas de peligro o inaccesibles y con precisiones del orden del milímetro. Las técnicas InSAR se basan en los satélites de apertura sintética SAR, el cual es un radar de imágenes y sensor activo que emite pulsos de microondas hacia la superficie, la cual dependiendo de sus características los retro-dispersa de vuelta hacia el sensor, obteniendo una señal compuesta por fase y amplitud. Uno de los problemas de la técnica InSAR para la medición de deformación es que la señal se mezcla con la señal de la topografía, es por esto, que se utiliza la interferometría diferencial DInSAR, eliminando la fase topográfica del interferograma, a partir un DEM. Este DEM puede ser obtenido a partir de interferometría simple o a través de un agente externo como un UAV. A partir de lo expuesto anteriormente se hace interesante evaluar la factibilidad de implementar una metodología DInSAR con DEM obtenido desde UAV y posterior análisis SIG. Para esto se analizan las diferentes etapas necesarias para un estudio mediante esta técnica. En primer lugar, se encuentran las etapas Pre-DInSAR, en donde se realiza un análisis cualitativo de si es posible realizar el estudio mediante esta técnica. Posteriormente está la etapa DInSAR donde se obtiene un mapa de velocidad de deformación, en esta etapa se incorpora un DEM obtenido desde fotogrametría UAV para incrementar la precisión en las coordenadas X e Y de la imagen. Finalmente viene la etapa Post-DInSAR donde se incorpora el mapa de velocidad a un SIG para su análisis. Además, se hace una revisión bibliográfica de monitoreo de subsidencia debido a minería subterránea, mediante técnicas InSAR, desde distintos satélites, obteniendo que en la mayoría se utiliza la técnica DInSAR y A-DInSAR, con DEM obtenidos principalmente desde interferometría, logrando en todas precisiones del orden de los centímetros y milímetros en la coordenada Z del hundimiento. Finalmente se investigan softwares disponibles para realizar estos procesos InSAR/DInSAR, generación de DEM desde fotogrametría y de SIG y el tipo de licencia que tienen, existiendo en todas las categorías, softwares de licencia libre para poder realizar los estudios.
Copper production in Chile during 2020 was 5.7 million metric tons of fine, 19% coming from underground mining. This type of mining has increased its market share by 7% in the last 15 years and it is forecast that in the future both new and current deposits will migrate to underground exploitation methods, this as a result of the aging of the deposits and the greater mineral depth. Therefore, the study of the effects of underground mining is important, specifically the caving methods, being subsidence one of the most important effects to analyze. Subsidence corresponds to a deformation on the surface that constitutes a source of dangers for both workers and the environment. This is why constant monitoring of this movement is important, which has traditionally been done using conventional topographic methods of discrete point measurement techniques such as precise leveling, total stations and GPS systems. In recent times, remote sensing monitoring systems have been gaining popularity in the area due to their high precision, as is the case with satellite interferometry SAR (InSAR) techniques. Achieving measurements of large areas without the need to expose workers to dangerous or inaccessible areas and with accuracies of the order of the millimeter. InSAR techniques are based on synthetic aperture satellites SAR, which is an imaging radar and active sensor that emits microwave pulses towards the surface, which, depending on its characteristics, backscatters them back towards the sensor, obtaining a signal composed of phase and amplitude. One of the problems of the InSAR technique for measuring deformation is that the signal mixes with the signal from the topography, which is why differential interferometry (DInSAR) is used, eliminating the topographic phase of the interferogram, starting from a DEM. This DEM can be obtained from simple interferometry or through an external agent such as a UAV. Based on the above, it is interesting to evaluate the feasibility of implementing a DInSAR methodology with DEM obtained from UAV and subsequent GIS analysis. For this, the different stages necessary for a study are analyzed using this technique. In the first place, there are the Pre-DInSAR stages, where a qualitative analysis is carried out on whether it is possible to carry out the study using this technique. Later there is the DInSAR stage where a deformation speed map is obtained, in this stage a DEM obtained from UAV photogrammetry is incorporated to increase the precision in the X and Y coordinates of the image. Finally comes the Post-DInSAR stage where the speed map is incorporated into a GIS for analysis. In addition, a bibliographic review of subsidence monitoring due to underground mining is made, using InSAR techniques, from different satellites, obtaining that in most the DInSAR and A-DInSAR techniques are used, with DEM obtained mainly from interferometry, achieving all precisions of the order of centimeters and millimeters in the Z coordinate of the subsidence. Finally, available software is investigated to carry out these InSAR / DInSAR processes, generation of DEM from photogrammetry and GIS and the type of license they have, existing in all categories, free license software to be able to carry out the studies.
Description
Keywords
MINERIA SUBTERRANEA , TOPOGRAFIA , EXPLOTACION MINERA
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