Preliminary deformation detection of high-fill sections along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway using UAV photogrammetry

Dylan M.J. Stafford, Earl Marvin B. De Guzman, Samuel W. Kaluzny, Marolo C. Alfaro, Lukas U. Arenson, Guy Doré

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Dams and Embankments

ABSTRACT: The Inuvik-Tuktoyaktuk Highway (ITH) is a newly constructed highway in Northwest Territories, Canada in the continuous permafrost zone. The 137 km-long two-lane gravel surface road was constructed during winter using locally-available fill material with no cuts into the ground to minimize disturbance of the permafrost foundation. The embankment thicknesses were designed to provide insulation to the underlying permafrost as well as to maintain road geometry requirements. However, high-fill sections ranging from 5 to 12 m are susceptible to deformation in the form of settlements and slope movements. As part of an on-going research program studying the performance of embankments in Arctic regions, deformation of two high-fill sections along ITH were monitored using an unmanned aerial vehicle (UAV) and photogrammetric processing. Aerial images of the two sections were obtained in August 2017 and August 2018. Images were processed using structure-from-motion (SfM) software and the annual embankment deformations of each section were detected using two cloud comparison methods: cloud-to-mesh (C2M) and multiscale model-to-model cloud comparison (M3C2). C2M and M3C2 produced comparable results for both sections. This paper presents the detected deformations of the two sections, the challenges encountered during data acquisition and processing, and recommended best practices in using UAVs for monitoring deformations.

RÉSUMÉ: La Inuvik-Tuktoyaktuk Highway (ITH) est une route nouvellement construite dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada, dans la zone de pergélisol continu. La route de gravier à deux voies de 137 km de long a été construite en hiver à l'aide de matériaux de remblai disponibles localement, sans coupures dans le sol, afin de minimiser la perturbation de la fondation de pergélisol. Les épaisseurs des remblais ont été conçues pour isoler le pergélisol sous-jacent et pour maintenir les exigences de géométrie de la route. Cependant, les sections de remblayage élevées allant de 5 à 12 m sont susceptibles de se déformer sous la forme de tassement et de mouvement de la pente. Dans le cadre d'un programme de recherche en cours visant à étudier les performances des remblais dans les régions arctiques, la déformation de deux tronçons à remplissage élevé le long de ITH a été surveillée à l'aide d'un véhicule aérien sans pilote (UAV) et d'un traitement photogrammétrique. Les images aériennes des deux sections ont été obtenues en août 2017 et août 2018. Les images ont été traitées à l'aide du logiciel SfM (structure par mouvement) et la déformation annuelle du remblai de chaque section a été détectée à l'aide de deux méthodes de comparaison de nuage: nuage à maillage (C2M) et la comparaison multi-échelles de nuage de modèle à modèle (M3C2). C2M et M3C2 ont produit des résultats comparables pour les deux sections. Ce document présente les déformations détectées dans les deux sections, les difficultés rencontrées lors de pour la surveillance des déformations.

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Dylan M.J. Stafford; Earl Marvin B. De Guzman; Samuel W. Kaluzny; Marolo C. Alfaro; Lukas U. Arenson; Guy Doré (2019) Preliminary deformation detection of high-fill sections along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway using UAV photogrammetry in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

@article{Geo2019Paper199,author = Dylan M.J. Stafford; Earl Marvin B. De Guzman; Samuel W. Kaluzny; Marolo C. Alfaro; Lukas U. Arenson; Guy Doré,title = Preliminary deformation detection of high-fill sections along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway using UAV photogrammetry,year = 2019}