Towards safer mining: the role of modelling software to find missing persons after a mine collapse

Purpose. The purpose of the study is to apply science and technology to determine the most likely location of a container in which three miners were trapped after the Lily mine disaster. Following the collapse of the Crown Pillar at Lily Mine in South Africa on the 5th of February 2016, there was a national outcry to find the three miners who were trapped in a surface container lamp room that disappeared in the sinkhole that formed during the surface col-lapse. Methods. At a visit to Lily Mine on the 9th of March, the Witwatersrand Mining Institute suggested a two-way strategy going forward to find the container in which the miners are trapped and buried. The first approach, which is the subject of this paper, is to test temporal 3D modeling software technology to locate the container, and second, to use scientific measurement and testing technologies. The overall methodology used was to first, request academia and research entities within the University to supply the WMI with ideas, which ideas list was compiled as responses came in. These were scrutinized and literature gathered for a conceptual study on which these ideas are likely to work. The software screening and preliminary testing of such software are discussed in this article. Findings. The findings are that software modeling is likely to locate the present position of the container, but accurate data and a combination of different advanced software packages will be required, but at tremendous cost. Originality. This paper presents original work on how software technology can be used to locate missing miners. Practical implications. The two approaches were not likely to recover the miners alive because of the considerable time interval, but will alert the rescue team and mine workers when they come in close proximity to them.Мета. Визначення можливого місця локалізації лампового приміщення контейнера, в якому опинилися три шахтаря після аварії на шахті Лілі (Барбертон, Мпумаланга) методом комп’ютерного моделювання. Після обвалення стельового цілика на шахті Лілі 5 лютого 2016 року почалася національна кампанія з порятунку трьох шахтарів, які залишилися у ламповому приміщенні поверхневого транспортного контейнера, що провалився в утворену після вибуху воронку. Методика. Співробітниками Гірничого Інституту (Уітуотерс) запропонована двостадійна стратегія пошуку контейнера, в якому існує ймовірність знаходження шахтарів. В рамках першого підходу (який розглядається у даній статті) для виявлення контейнера здійснювалось випробування комп’ютерної технології 3D-моделювання в часі. Другий підхід передбачав технологію проведення наукового вимірювання та експерименту. В цілому, методологія включала, насамперед, підключення викладацького та наукового складу університету до вирішення проблеми шляхом комплексної генерації ідей, які були об’єднані в загальний список, вивчені із залученням відповідних літературних джерел, і найбільш реалістичні ідеї були виділені із загального переліку. Дана стаття розглядає результати комп’ютерної експертизи цих ідей та перевірки надійності відповідного програмного забезпечення. Результати. Для зручності моделювання процес обвалення був розділений на три окремі фази: руйнування воронки, руйнування західного схилу та небезпека ковзання на південних схилах. Ідентифіковано програмні технології, які можуть імітувати рух контейнера у перших двох фазах обвалення. В результаті моделювання у програмному забезпеченні ParaView виявлено місце розташування даного контейнера. Виконано аналіз південного схилу за допомогою ArcGIS і складені карти небезпеки схилу для району, а також підземні карти порятунку з маршрутами евакуації. Встановлено, що комп’ютерне моделювання може визначити місцезнаходження контейнера, але для цього потрібні точні вихідні дані й комплекс дорогих високоефективних програмних пакетів. Наукова новизна. Вперше застосовано комплекс комп’ютерних технологій та програмного забезпечення для пошуку зниклих шахтарів після аварійних ситуацій у підземному просторі шахт. Практична значимість. При застосуванні двостадійної стратегії пошуку шахтарів, що опинилися під завалом порід, команда рятувальників отримає сигнал про наближення до їх місцезнаходження.Цель. Определение возможного места локализации лампового помещения контейнера, в котором оказались три шахтера после аварии на шахте Лили (Барбертон, Мпумаланга) методом компьютерного моделирования. После обрушения потолочного целика на шахте Лили 5 февраля 2016 года началась национальная кампания по спасению трех шахтеров, оставшихся в ламповом помещении поверхностного транспортного контейнера, который провалился в воронку, образовавшуюся после взрыва. Методика. Сотрудниками Горного Института (Уитуотерс) предложена двухстадийная стратегия поиска контейнера, в котором существует вероятность нахождения шахтеров. В рамках первого подхода (который рассматривается в данной статье) для обнаружения контейнера производилось испытание компьютерной технологии 3D-моделирования во времени. Второй подход предполагал технологию проведения научного измерения и эксперимента. В целом, методология включала, прежде всего, подключение преподавательского и научного состава университета к решению проблемы путем комплексной генерации идей, которые были объединены в общий список, изучены с привлечением соответствующих литературных источников, и наиболее реалистичные идеи были выделены из общего списка. Настоящая статья рассматривает результаты компьютерной экспертизы данных идей и проверки надежности соответствующего программного обеспечения. Результаты. Для удобства моделирования процесс обрушения был разделен на три отдельные фазы: разрушение воронки, разрушение западного склона и опасность скольжения на южных склонах. Идентифицированы программные технологии, которые могут имитировать движение контейнера в первых двух фазах обрушения. В результате моделирования в программном обеспечении ParaView выявлено местоположение данного контейнера. Выполнен анализа южного склона с помощью ArcGIS и составлены карты опасности склона для района, а также подземные карты спасения с маршрутами эвакуации. Установлено, что компьютерное моделирование может определить местонахождение контейнера, но для этого нужны точные исходные данные и комплекс дорогостоящих высокоэффективных программных пакетов. Научная новизна. Впервые применен комплекс компьютерных технологий и программного обеспечения для поиска пропавших шахтеров после аварийных ситуаций в подземном пространстве шахт. Практическая значимость. При применении двухстадийной стратегии поиска шахтеров, оказавшихся под завалом пород, команда горноспасателей получит сигнал о приближении к их местонахождению.The results of the article were obtained without the support of any of the projects or funding

Training of Crisis Mappers and Map Production from Multi-sensor Data: Vernazza Case Study (Cinque Terre National Park, Italy)

This aim of paper is to presents the development of a multidisciplinary project carried out by the cooperation between Politecnico di Torino and ITHACA (Information Technology for Humanitarian Assistance, Cooperation and Action). The goal of the project was the training in geospatial data acquiring and processing for students attending Architecture and Engineering Courses, in order to start up a team of "volunteer mappers". Indeed, the project is aimed to document the environmental and built heritage subject to disaster; the purpose is to improve the capabilities of the actors involved in the activities connected in geospatial data collection, integration and sharing. The proposed area for testing the training activities is the Cinque Terre National Park, registered in the World Heritage List since 1997. The area was affected by flood on the 25th of October 2011. According to other international experiences, the group is expected to be active after emergencies in order to upgrade maps, using data acquired by typical geomatic methods and techniques such as terrestrial and aerial Lidar, close-range and aerial photogrammetry, topographic and GNSS instruments etc.; or by non conventional systems and instruments such us UAV, mobile mapping etc. The ultimate goal is to implement a WebGIS platform to share all the data collected with local authorities and the Civil Protectio

FLIAT, an object-relational GIS tool for flood impact assessment in Flanders, Belgium

Floods can cause damage to transportation and energy infrastructure, disrupt the delivery of services, and take a toll on public health, sometimes even causing significant loss of life. Although scientists widely stress the compelling need for resilience against extreme events under a changing climate, tools for dealing with expected hazards lag behind. Not only does the socio-economic, ecologic and cultural impact of floods need to be considered, but the potential disruption of a society with regard to priority adaptation guidelines, measures, and policy recommendations need to be considered as well. The main downfall of current impact assessment tools is the raster approach that cannot effectively handle multiple metadata of vital infrastructures, crucial buildings, and vulnerable land use (among other challenges). We have developed a powerful cross-platform flood impact assessment tool (FLIAT) that uses a vector approach linked to a relational database using open source program languages, which can perform parallel computation. As a result, FLIAT can manage multiple detailed datasets, whereby there is no loss of geometrical information. This paper describes the development of FLIAT and the performance of this tool

Assessment of the photovoltaic potential at urban level based on 3D city models: A case study and new methodological approach

The use of 3D city models combined with simulation functionalities allows to quantify energy demand and renewable generation for a very large set of buildings. The scope of this paper is to determine the solar photovoltaic potential at an urban and regional scale using CityGML geometry descriptions of every building. An innovative urban simulation platform is used to calculate the PV potential of the Ludwigsburg County in south-west Germany, in which every building was simulated by using 3D city models. Both technical and economic potential (considering roof area and insolation thresholds) are investigated, as well as two different PV efficiency scenarios. In this way, it was possible to determine the fraction of the electricity demand that can be covered in each municipality and the whole region, deciding the best strategy, the profitability of the investments and determining optimal locations. Additionally, another important contribution is a literature review regarding the different methods of PV potential estimation and the available roof area reduction coefficients. An economic analysis and emission assessment has also been developed. The results of the study show that it is possible to achieve high annual rates of covered electricity demand in several municipalities for some of the considered scenarios, reaching even more than 100% in some cases. The use of all available roof space (technical potential) could cover 77% of the region’s electricity consumption and 56% as an economic potential with only high irradiance roofs considered. The proposed methodological approach should contribute valuably in helping policy-making processes and communicating the advantages of distributed generation and PV systems in buildings to regulators, researchers and the general public

Microsimulation of urban land use

The project ILUMASS (Integrated Land-Use Modelling and Transportation System Simulation) aims at embedding a microscopic dynamic simulation model of urban traffic flows into a comprehensive model system incorporating both changes of land use and the resulting changes in transport demand. The land-use component of ILUMASS will be based on the land-use parts of an existing urban simulation model, but is to be microscopic like the transport parts of ILUMASS. Microsimulation modules will include models of demographic development, household formation, firm lifecycles, residential and non-residential construction, labour mobility on the regional labour market and household mobility on the regional housing market. These modules will be closely linked with the models of daily activity patterns and travel and goods movements modelled in the transport parts of ILUMASS developed by other partners of the project team. The design of the land use model takes into account that the collection of individual micro data (i.e. data which because of their micro location can be associated with individual buildings or small groups of buildings) or the retrieval of individual micro data from administrative registers for planning purposes is neither possible nor, for privacy reasons, desirable. The land use model therefore works with synthetic micro data which can be retrieved from generally accessible public data. ILUMASS is a group project of institutes of the universities of Aachen, Bamberg, Dortmund, Cologne and Wuppertal under the co-ordination of the Transport Research Institute of the German Aerospace Centre (DLR). Study region for tests and first applications of the model is the urban region of Dortmund. The common database will be compiled in co-operation with the City of Dortmund. After its completion the integrated model is to be used for assessing the impacts of potential transport and land use policies for the new land use plan of the city. The paper will focus on the land-use parts of the ILUMASS model. It will present the underlying behavioural theories and how they are made operational in the model design, explain how the synthetic population is generated, show first model results and demonstrate the potential usefulness of the model for the planning process.