Surface Change Detection in the March 5Youth Mine Using Sentinel-1 Interferometric SAR Coherence Imagery

Open-pit mines require constant monitoring as they can cause surface changes and environmental disturbances. In open-pit mines, there is little vegetation at the mining site and can be monitored using InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) coherence imageries. In this study, activities occurring in mine were analyzed by applying the recently developed InSAR coherence-based NDAI (Normalized Difference Activity Index). The March 5 Youth Mine is a North Korean mine whose development has been expanded since 2008. NDAI analysis was performed with InSAR coherence imageries obtained using Sentinel-1 SAR images taken at 12-day intervals in the March 5 Youth Mine. First, the area where the elevation decreased by about 75.24 m and increased by about 9.85 m over the 14 years from 2000 was defined as the mining site and the tailings piles. Then, the NDAI images were used for time series analysis at various time intervals. Over the entire period (2017-2019), average mining activity was relatively active at the center of the mining area. In order to find out more detailed changes in the surface activity of the mine, the time interval was reduced and the activity was observed over a 1-year period. In 2017, we analyzed changes in mining operations before and after artificial earthquakes based on seismic data and NDAI images. After the large-scale blasting that occurred on 30 April 2017, activity was detected west of the mining area. It is estimated that the size of the mining area was enlarged by two blasts on 30 September 2017. The time-averaged NDAI images used to perform detailed time-series analysis were generated over a period of 1 year and 4 months, and then composited into RGB images. Annual analysis of activity confirmed an active region in the northeast of the mining area in 2018 and found the characteristic activity of the expansion of tailings piles in 2019. Time series analysis using NDAI was able to detect random surface changes in open-pit mines that are difficult to identify with optical images. Especially in areas where in situ data is not available, remote sensing can effectively perform mining activity analysis.

Sentinel-1 InSAR 긴밀도 영상을 이용한 3월5일청년광산의 지표 변화 탐지

노천 채광을 수행하는 광산은 지표 변화와 환경 교란을 발생시킬 수 있기 때문에 지속적인 모니터링이 필요하다. 노천 광산은 채광 작업장에 식생이 거의 분포하지 않아 InSAR 긴밀도 영상을 이용한 모니터링이 가능하다. 본 연구는 최근 개발된 InSAR 긴밀도 영상 기반의 Normalized Difference Activity Index(NDAI)를 적용하여 광산에서 발생하는 활동을 분석하였다. 3월5일청년광산은 2008년 이후 본격적으로 개발이 확장된 북한의 광산이다. 3월5일청년광산을 촬영한 12일 간격의 Sentinel-1 SAR 영상을 이용하여 획득된 InSAR 긴밀도 영상으로 NDAI 분석을 진행하였다. 우선 2000년부터 약 14년간 발생한 75.24 m의 고도 하강 지역과 약 9.85 m의 고도 상승 지역을 채광 작업장 및 광미 적치장으로 정의하였다. 이후 NDAI 영상을 이용하여 기간별 활동 분석을 진행하기 위해 전체 기간의 평균 영상, 1년 단위의 평균 영상, 및 4개월 단위의 평균 영상을 제작하였다. 2017년부터 2019년까지 광산 활동은 평균적으로 채광 작업장의 중심에서 비교적 활발하였다. 보다 자세한 광산의 활동 변화를 확인하기 위해 시간 간격을 좁혀 1년간의 활동을 알아보고자 하였다. 2017년은 지진파 자료의 정보와 NDAI 영상을 이용하여 인공 지진의 발생 시점과 그 전후에 대하여 RGB 합성 영상을 제작하고 채광 작업장의 활동 변화를 분석하였다. 2017년 4월 30일 발생한 대규모 발파 이후 채광 작업장의 서쪽에서 활발한 활동이 감지되었다. 9월 30일의 두 차례의 발파 이후에는 채광 작업장의 크기가 확장된 것으로 추정된다. 2018년 및 2019년의 활동 변화는 4개월 단위의 시간 평균 영상을 RGB 영상으로 합성하여 분석하였다. 연도별 활동을 분석한 결과, 2018년은 채광 작업장의 북동쪽에서 활발하게 활동하는 영역을 찾을 수 있었으며, 2019년은 광미 적치장에서 확장에 따른 특징적인 활동이 확인되었다. NDAI를 이용한 시계열 분석으로 광학 영상으로는 확인하기 어려운 노천 광산의 무작위적인 지표 변화를 탐지할 수 있었다. 특히 현장 자료를 획득할 수 없는 지역의 광산 활동을 원격 탐사를 이용하여 효과적으로 수행할 수 있었다.