ORIGINAL PAPER
Automated on-demand inventory of coal dumps and heaps using UAV imagery and IoT-driven data processing
 
More details
Hide details
1
KOMAG Institute of Mining Technology, Gliwice
 
 
Submission date: 2025-04-30
 
 
Final revision date: 2025-06-02
 
 
Acceptance date: 2025-07-28
 
 
Publication date: 2025-09-26
 
 
Corresponding author
Bartosz Orzeł   

KOMAG Institute of Mining Technology, Gliwice
 
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2025;41(3):117-143
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The efficient management of coal resources is becoming increasingly important in Poland and Europe, especially during the ongoing energy transition. This paper presents an automated methodology for on-demand inventory of coal dumps and heaps, addressing the limitations of traditional manual surveying techniques. The proposed system integrates Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for rapid spatial data acquisition, IoT sensors for real-time monitoring of environmental parameters, and the QGIS open-source Geographic Information System for data processing and volume calculation. The methodology details the process of generating accurate Digital Elevation Models (DEMs) from UAV imagery using OpenDroneMap software and subsequent volume calculation using a custom algorithm developed within the QGIS Model Designer. This algorithm addresses the challenges of data processing, including the removal of “bad pixels” and geometric correction, to ensure accurate volume estimations. The results demonstrate the potential of the integrated system to provide accurate and timely inventory data, crucial for optimizing coal demand forecasting, production planning, and distribution logistics. This approach offers significant advantages over traditional methods by enhancing safety, reducing labor intensity, and enabling more frequent and precise measurements. The developed solution aligns with the goals of the Polish “Dynamic management of coal demand, production, resource management, and distribution logistics in an economy implementing a decarbonized energy mix” (DynGOSP) project, supporting the modernization of the Polish coal mining sector.
FUNDING
The work was financed by the National Centre for Research and Development under the Strategic Programme for Scientific Research and Development “Social and economic development of Poland in the conditions of globalising markets” GOSPOSTRATEG – competition IX (“Open” projects).
CONFLICT OF INTEREST
The Authors have no conflict of interest to declare.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zautomatyzowany system inwentaryzacji zwałów i hałd węgla, wykorzystujący technologię UAV i przetwarzanie danych oparte na IoT
węgiel, drony, objętość, DynGOSP, zwały
Efektywne zarządzanie zasobami węgla staje się coraz ważniejsze w Polsce i Europie, zwłaszcza w trakcie trwającej transformacji energetycznej. W niniejszym artykule przedstawiono zautomatyzowaną metodologię inwentaryzacji na żądanie składowisk i hałd węgla, rozwiązując ograniczenia tradycyjnych ręcznych technik geodezyjnych. Proponowany system integruje bezzałogowe statki powietrzne (UAV) w celu szybkiego pozyskiwania danych przestrzennych, czujniki IoT do monitorowania parametrów środowiskowych w czasie rzeczywistym oraz system informacji geograficznej QGIS typu open source do przetwarzania danych i obliczania objętości. Metodologia szczegółowo opisuje proces generowania dokładnych modeli wysokościowych (DEM) z obrazów UAV przy użyciu oprogramowania OpenDroneMap i późniejszego obliczania objętości przy użyciu niestandardowego algorytmu opracowanego w QGIS Model Designer. Algorytm ten rozwiązuje problemy związane z przetwarzaniem danych, w tym usuwaniem „złych pikseli” i korektą geometryczną, aby zapewnić dokładne oszacowanie objętości. Wyniki pokazują potencjał zintegrowanego systemu do dostarczania dokładnych i terminowych danych inwentaryzacyjnych, które są kluczowe dla optymalizacji prognozowania zapotrzebowania na węgiel, planowania produkcji i logistyki dystrybucji. To podejście oferuje znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami, zwiększając bezpieczeństwo, zmniejszając pracochłonność i umożliwiając częstsze i dokładniejsze pomiary. Opracowane rozwiązanie jest zgodne z celami polskiego projektu DynGOSP – „Dynamiczne zarządzanie popytem na węgiel, produkcją, zarządzaniem zasobami i logistyką dystrybucji w gospodarce wdrażającej zdekarbonizowany miks energetyczny”, wspierającego modernizację polskiego sektora górnictwa węglowego.
REFERENCES (43)
1.
Ajayi, O. and Ajulo, J. 2021. Investigating the Applicability of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) Photogrammetry for the Estimation of the Volume of Stockpiles. Quaestiones Geographicae 40(1), pp. 25–38, DOI: 10.2478/quageo-2021-0002.
 
2.
Alsayed, A. et al. 2025 – Alsayed, A., Bana, F., Arvin, F., Quinn, M.K. and Nabawy, M.R.A. 2025. Experimental Evaluation ofMulti- and Single-Drone Systems with1D LiDAR Sensors for StockpileVolume Estimation. Aerospace 12(3), DOI: 10.3390/aerospace12030189.
 
3.
Alsayed, A. and Nabawy, M. 2023. Stockpile Volume Estimation in Open and Confined Environments: A Review. Drones 7(8), DOI: 10.3390/drones7080537.
 
4.
Bang et al. 2022 – Bang, G., Rosendahl, K. and Böhringer, C. 2022. Balancing cost and justice concerns in the energy transition: comparing coal phase-out policies in Germany and the UK. Climate Policy 22(8), p. 1000–1015, DOI: 10.1080/14693062.2022.2052788.
 
5.
Brits, R. and Bekker, J. 2016. A multi-objective coal inventory management model using Monte Carlo computer simulation. South African Journal of Industrial Engineering 27(4), pp. 215–226, DOI: 10.7166/27-4-1560.
 
6.
Carpenter, A. 1999. Management of coal stockpiles. IEA Coal Research, Gemini House 14(2).
 
7.
Clean Air Task Force 2024. A Vision for Poland’s Clean Energy Transition: Unlocking Poland’s clean energy potential with paragmatic and optionality-driven approach, s. l.: CATF (Clean Air Task Force).
 
8.
Dyczko, A. 2024. The perspective of Using Neural Networks and Machine Learning Algorithms for Modelling and Forecasting the Quality Parameters of Coking Coal – A Case Study. Geosciences 14(8), DOI: 10.3390/geosciences14080199.
 
9.
Dyczko et al. 2025 – Dyczko, A., Galica, D., Jarosz, J., Kaczmarzewski, S. Kicki, J., Kopacz, M., Kulpa, J., Malinowski, L. and Sobczyk, E.J. 2025. DynGOSP – modelowanie zapotrzebowania, produkcji i logistyki węgla kamiennego w gospodarce realizującej dekarbonizacyjny miks energetyczny – platforma węglowa jako sposób na zrównoważone zarządzanie zasobami. Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN 113(1), pp. 189–209, DOI: 10.33223/zN/2025/17.
 
10.
DynGOSP 2023 – MEERI PAS 2023. DynGOSP. [Online:] https://dyngosp.pl [Accessed: 2025-04-29].
 
11.
Ekpa et al. 2019 – Ekpa, A., Eyoh, A. and Ubom, O. 2019. A Comparative Analysis of Volumetric Stockpile from UAV Photogrammetry and Total Station Data. International Journal of Geoinformatics and Geological. Science 6(2), DOI: 10.14445/23939206/IJGGS-V6I2P105.
 
12.
Equinox’s Drones 2024. Equinox’s Drones. [Online:] https://equinoxsdrones.com/how... [Accessed: 2025-04-29].
 
13.
European Commission 2018. Scenario analysis of accelerated coal phase-out by 2030: A study on the European power system based on the EUCO 27 scenario using METIS model, Luxembourg: Publications Office of the European Union.
 
14.
Ganti, G. et al. 2025 – Ganti, G., Pelz, S., Klönne, U., Gidden, U., Schleussner, C. and Nicholls, Z. 2025. Fair carbon removal obligations under climate response uncertainty. Climate Policy 1080, DOI: 10.1080/14693062.2025.2481138.
 
15.
GAO RFID Inc. 2025. RFID, BLE, IoT and Drones for Coal Mining Industry. [Online:] https://gaorfid.com/rfid-ble-i... [Accessed: 2025-04-29].
 
16.
Hasan, M. et al. 2024 – Hasan, M., Hossain, S., Ahmed, M.T., Samad, A. and Faruque, J. 2024. Open coal stock pile impact on surface, river, and groundwater: Noapara, Jashore case study. Environmental Quality Management 34(1), DOI: 10.1002/tqem.22194.
 
17.
Janikowska, J. 2023. Challenges of the energy transition in Poland – deliberative democracy as a tool for activating the civil society. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 26(4), pp. 45–62, DOI: 10.33223/epj/166687.
 
18.
Kardaś, S. 2023. European Council on Foreign Relations. [Online:] https://ecfr.eu/publication/fr... [Accessed: 2025-04-29].
 
19.
Kokamägi et al. 2020 – Kokamägi, K.,Türk, K. and Liba, T. 2020. UAV photogrammetry for volume calculations. Agronomy Research 18(3), pp. 2087–2102, DOI: 10.15159/AR.20.213.
 
20.
Kubiczek et al. 2023 – Kubiczek, J., Hadasik, B., Krawczyńska, D., Przedworska, K. and Ryczko, A. 2023. Going beyond frontiers in household energy transition in Poland – a perspective. Frontiers in Energy Research 11, DOI: 10.3389/fenrg.2023.1239115.
 
21.
Kuinkel et al. 2023 – Kuinkel, M.S., Zhang, C., Liu, P., Çakır, S.D. and Ksaibati, K. 2023. Suitability Study of Using UAVs to Estimate Landfilled Fly Ash Stockpile. Sensors 23(3), DOI: 10.3390/s23031242.
 
22.
Kurniawan, S. and Cahyadi, M. 2023. Utilization of unmanned aerial vehicle (UAV) for measurement of surface coal mining situatio. Journal of Marine-Earth Science and Technology 3(2), DOI: 10.12962/j27745449.v3i2.576.
 
23.
Lakshmi, S. and Yarrakula, K. 2019. Review and critical analysis on digital elevation models. Geofizika 35(2), pp. 129–157, DOI: 10.15233/gfz.2018.35.7.
 
24.
Li et al. 2023 – Li, D., Luo, H., Wang, L., Gao, J. and Li, C. 2023. A review of automatic coal volume measuring. SHS Web of Conferences 166(7), DOI: 10.1051/shsconf/202316601074.
 
25.
Lind, G. 2001. Activity Based Costing: Challenging the way we cost underground coal mining systems. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy 101(2), pp. 77–82.
 
26.
Madamidola et al. 2024 – Madamidola, O., Daramola, O., Gabriel, A. and Akinwonmi, A. 2024. A Framework for an IoT-enabled Intelligent Inventory Management System. International Journal of Advances in Engineering and Management (IJAEM), 6(10), pp. 234–243, DOI: 10.35629/5252-0610234243.
 
27.
Mantey, S. and Aduah, M. 2021. Comparative Analysis of Stockpile Volume Estimation using UAV. Ghana Mining Journal 21(1), DOI: 10.4314/gm.v21i1.1.
 
28.
Marlęga, R., Dragić, S. and Dydo, M. 2024. The implementation of information technology (IT) in the dynamic management of coal demand and supply processes. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 40(4), p. 161–182, DOI: 10.24425/gsm.2024.152717.
 
29.
Marszowski, R. and Iwaszenko, S. 2021. Mining in Poland in Light of Energy Transition: Case Study of Changes Based on the Knowledge Economy. Sustainability 13(24), DOI: 10.3390/su132413649.
 
30.
Mesas-Carrascosa, F. 2020. Geo-Informatics in Resource Management. ISPRS International Journal of Geo-Information (IJGI) 9(11), DOI: 10.3390/ijgi9110628.
 
31.
Mól et al. 2024 – Mól, D., Kaczmarzewski, S. and Galica, D. 2024. Modern technical and IT solutions in the System of Quality Control of the Run of Mine at LW “Bogdanka” S.A. coal mine. E3S Web of Conferences 567, DOI: 10.1051/e3sconf/202456701029.
 
32.
Multimodal 2023 – Multimodal. [Online:] https://www.multimodal.dev/pos... [Accessed: 2025-04-29].
 
33.
Points North GIS 2024 – Points North GIS. [Online:] https://www.pointsnorthgis.ca/... [Accessed: 2025-04-28].
 
34.
QGIS Documentation 2025 – QGIS. [Online:] https://docs.qgis.org/3.40/en/... [Accessed: 2025-04-29].
 
35.
Salvi et al. 2023 – Salvi, S.S., Nimbre, Y.V., Kokane, R.S., Akhade, N.B. and Chakane, O.D. 2023. Inventory Management Using IoT. Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR) 10(12), pp. 675–679.
 
36.
Stanton, T. 2013. Understanding Coal’s Challenges and Recommended Regulatory Responses. Silver Spring: National Regulatory Research Institute.
 
37.
Sun, J. 2024. Enhancing Coal Mining Efficiency. International Journal of Distributed Systems and Technologies 15(1), DOI: 10.4018/IJDST.338327.
 
38.
Surour et al. 2024 – Surour, A., El-Tohamy, A. and Saleh, G. 2024. Chemistry of Hydrothermally Destabilized Rare-Metal and Radioactive Minerals in Deformed A-Type Granite in the Vicinity of Nugrus Shear Zone, South Eastern Desert, Egypt. Resources 14(1), DOI: 10.3390/resources14010004.
 
39.
Tamin et al. 2019 – Tamin, M.A., Darwin, N., Majid, Z.B., Mohd Ariff, M.F.M., Idris, K.M. and Samad, A.M. 2019. Volume Estimation of Stockpile Using Unmanned Aerial Vehicle. 2019 9th IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), pp. 49–54, DOI: 10.1109/ICCSCE47578.2019.9068543.
 
40.
TerraDrone Arabia 2023 – Drones for Stockpile Calculation in Coal Mining. [Online:] https://terra-drone.com.sa/dro... [Accessed: 2025-04-29].
 
41.
Tucci et al. 2019 – Tucci, G., Gebbia, A., Conti, A., Fiorini, L. and Lubello, C. 2019. Monitoring and Computation of the Volumes of Stockpiles of Bulk Material by Means of UAV Photogrammetric Surveying. Remote Sernsing 11(2), DOI: 10.3390/rs11121471.
 
42.
Ugbebor et al. 2024 – Ugbebor, F., Adeteye, M. and Ugbebor, J. 2024. Automated Inventory Management Systems with IoT Integration to Optimize Stock Levels and Reduce Carrying Costs for SMEs: A Comprehensive Review. Journal of Artificial Intelligence General science (JAIGS) 6(1), pp. 306–340, DOI: 10.60087/jaigs.v6i1.257.
 
43.
Woo et al. 2023 – Woo, J., Shin, J., Yoo, S.H. and Huh, S.Y. 2023. Reducing Environmental Impact of Coal-Fired Power Plants by Building an Indoor Coal Storage: An Economic Analysis. Energies 16(1), DOI: 10.3390/en16010511.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953
Journals System - logo
Scroll to top