The use of photogrammetry in assessing the stability of escarpment of a ditch draining a forest road
Zastosowanie fotogrametrii w ocenie stateczności skarpy rowu odwadniającego drogę leśną
Sylwan 169 (10):703-718, 2025
DOI:
https://doi.org/10.26202/sylwan.2024070Available online: 2025-12-29
Open Access (CC-BY)
close−range photogrammetry • escarpment plane stability • excavation escarpment • landslide • low altitude drone flight
The stability of slopes and ditch bottoms, as elements of the road, is an important factor in keeping the road drainage system operational. This paper presents the practical application of close−range photogrammetry, GIS analysis on rasters, and geotechnical studies to determine the stability of a sample roadside ditch slope over a three−year period from 2019. The studied object is located in the Limanowa Forest District (Poland, Kostrza Forestry, section 22a), and consists modernized road (in 2019) with open roadside ditches. The formation of natural landslides of the originally very steep slope and deformation of the ditch grade line, including a landslide of the slope, was found. The observed internal friction angles in the soils of the landslide slope are very close to the average values in similar soils. The soil slid into the ditch and raised its bottom by more than 0.60 meters in places, resulting in the loss of patency of the ditch and severely limiting the functioning of this element of road drainage. However, part of the slope remained in its original, very high gradients and did not change its geometry.
Apollo, M., Jakubiak, M., Nistor, S., Lewinska, P., Krawczyk, A., Borowski, Ł., Specht, M., Krzykowska-Piotrowska, K., Marchel, Ł., Pęska-Siwik, A., Kardoš, M., Maciuk, K., 2023. Geodata in science – a review of selected scientific fields. Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 22 (2): 17-40. DOI: https://doi.org/10.15576/ASP.FC/2023.22.2.02.
ASAE Standards, 1998. Soil Cone Penetrometer, pp. 820-821.
Baver, L.D., Gardner, W.H., Gardner, W.R., 1972. Soil physics. (4th edition). New York: Wiley, 536 pp.
Borowski, L., Pieńko, M., Wielgos, P., 2017. Evaluation of inventory surveying of façade scaffolding conducted during ORKWIZ project. Proceedings – 2017 Baltic Geodetic Congress (Geomatics), 22-25 June 2017, pp. 189-192. DOI: https://doi.org/10.1109/BGC.Geomatics.2017.31.
Carr, S.J., Diggens, L.M., Spencer, K.L., 2020. There is no such thing as ‘undisturbed’ soil and sediment sampling: Sampler-induced deformation of salt marsh sediments revealed by 3D X-ray computed tomography. Journal of Soils and Sediments, 20 (7): 2960-2976. DOI: https://doi.org/10.1007/s11368-020-02655-7.
Croke, J., Hairsine, P., Fogarty, P., 2001. Soil recovery from track construction and harvesting changes in surface infiltration, erosion and delivery rates with time. Forest Ecology and Management, 143 (1): 3-12. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-1127(00)00500-4.
Czerniak, A., Grajewski, S., Kamiński, B., Miler, A., Okoński, B., Leciejewski, P., Trzciński, G., Madaj, A., Bańkowski, J., Wojtkowski, K., 2013. Wytyczne prowadzenia robót drogowych w lasach. Bedoń: Ośrodek Rozwojowo-Wdrożeniowy Lasów Państwowych, 124 pp.
Dzidowska, K., Noga, L., 2007. Warunki geologiczno-inżynierskie nasypu kolejowego w aspekcie procesów osuwiskowych. Geoinżynieria: Drogi, Mosty, Tunele, 2: 62-64.
Ferenčík, M., Dudáková, Z., Kardoš, M., Sivák, M., Merganičová, K., Merganič, J., 2022. Measuring soil surface changes after traffic of various wheeled skidders with close-range photogrammetry. Forests, 13 (7): 976. DOI: https://doi.org/10.3390/f13070976.
Ferenčík, M., Kardoš, M., Allman, M., Slatkovská, Z., 2019. Detection of forest road damage using mobile laser profilometry. Computers and Electronics in Agriculture, 166: 105010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105010.
Fonstad, M.A., Dietrich, J.T., Courville, B.C., Jensen, J.L., Carbonneau, P.E., 2013. Topographic structure from motion: A new development in photogrammetric measurement. Earth Surface Processes and Landforms, 38 (4): 421-430. DOI: https://doi.org/10.1002/esp.3366.
Gołąb, J., 2011. Natężenie powierzchniowego spływu wody z leśnej drogi stokowej. Intensity of water surface flow from forest slope road. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 7: 199-208.
Gołąb, J., Wańczyk, R., Matusiak, B., 2006. Surface runoff from slanting forest roads. Acta Scientiarum Polonorum, Silvarum Colendarum Ratio et Industria Lignaria, 5 (1): 13-25.
Grigorev, I., Kunickaya, O., Burgonutdinov, A., Ivanov, V., Shuvalova, S., Shvetsova, V., Stepanishcheva, M., Tikhonov, E., 2020. Theoretical studies of dynamic soil compaction by wheeled forestry machines. Diagnostyka, 21 (4): 3-13. DOI: https://doi.org/10.29354/diag/127650.
Guan, J., Yang, X., Liu, P., Oeser, M., Hong, H., Li, Y., Dong, S., 2023. Multi-scale asphalt pavement deformation detection and measurement based on machine learning of full field-of-view digital surface data. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 152: 104177. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trc.2023.104177.
Gupta, P., Raghuwanshi, A.K., Bhargava, S., 2016. Effect of density and moisture on the slope stability of highway embankment. International Journal of Engineering Sciences and Research Technology, 5 (7): DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.56885.
Hejmanowska, B., Warchoł, A., 2010. Analiza porównawcza wysokości terenu uzyskanej za pomocą lotniczego skaningu laserowego, pomiaru GPS oraz pomiaru na modelu stereoskopowym z kamery ADS 40. Acta Scientiarum Polonorum, Geodesia et Descriptio Terrarum, 9 (3): 13-24.
Herrick, J.E., Jones, T.L., 2002. A dynamic cone penetrometer for measuring soil penetration resistance. Soil Science Society of America Journal, 66 (4): 1320-1324. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj2002.1320.
Jermołowicz, P., 2014. Wykonywanie i zabezpieczanie wykopów pod obiekty i instalacje podziemne. Materiały szkole-niowe. Opole: Opolska Okręgowa Izba Inżynierów Budownictwa, 114 pp.
Kaczmarek, Ł., Dąbska, A., Popielski, P., 2021, Badania filtracji w aparacie trójosiowego ściskania przy różnych warunkach przepływu na przykładzie glin przewarstwionych pyłami. 7. Ogólnopolskie Sympozjum „Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce”, 14-17.09.2021, Warszawa, 16 pp.
Kardoš, M., Sačkov, I., Tomaštík, J., Basista, I., Borowski, Ł., Ferenčík, M., 2024. Elevation accuracy of forest road maps derived from aerial imaging, airborne laser scanning and mobile laser scanning data. Forests, 15 (5): 840. DOI: https://doi.org/10.3390/f15050840.
Karwacki, K., 2019. Zastosowanie bezzałogowego statku latającego (UAV) w monitoringu powierzchniowym ruchów masowych na przykładzie osuwiska w Kasince Małej (Beskid Wyspowy, Zewnętrzne Karpaty Zachodnie). [The application an unnamed aerial vehicle (UAV) in landslides surface monitoring – case study of the Kasinka Mała landslide (Beskid Wyspowy Mts., Outer Carpathians Mts.)]. Przegląd Geologiczny, 67: 339-350. DOI: https://doi.org/10.7306/2019.28.
Kormanek, M., Gołąb, J., 2021. Analysis of surface deformation and physical and mechanical parameters of soils on selected skid trails in the Gorce National Park. Forests, 12 (6): DOI: https://doi.org/10.3390/f12060797.
Lal, A., Fronczyk, J., Franus, M., 2023. Efficiency comparison of mixture formulations in the stabilisation/solidification of the loess silt contaminated with zinc in terms of mechanical properties. Budownictwo i Architektura, 22 (1): 025-035. DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.3407.
Lipiec, J., Hatano, R., 2003. Quantification of compaction effects on soil physical properties and crop growth. Geoderma, 116 (1): 107-136. DOI: https://doi.org/10.1016/S0016-7061(03)00097-1.
Lipiński, M., Wdowska, M., 2010. Saturation criteria for heavy overconsolidated cohesive soils. Land Reclamation, 42 (2): 295-302. DOI: https://doi.org/10.2478/v10060-008-0087-1.
Łukasik, S., 2018. Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych. Część A: Roboty ziemne i konstrukcyjne: Roboty ziemne. Warszawa: Instytut Techniki Budowlanej.
Miler, A.T., 2013. Utrzymanie drogowych urządzeń odwadniających. In: A. Czerniak, ed. Wytyczne prowadzenia robót drogowych w lasach. (1st edition). Nowy Bedoń: Ośrodek Rozwojowo-Wdrożeniowy Lasów Państwowych, pp. 90-91.
Mohammadi, S.D., Nikoudel, M.R., Rahimi, H., Khamehchiyan, M., 2008. Application of the Dynamic Cone Penetrometer (DCP) for determination of the engineering parameters of sandy soils. Engineering Geology, 101 (3): 195-203. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.05.006.
Myślińska, E., 2016. Laboratoryjne badania gruntów i gleb (2nd edition). Warsaw University Press. DOI: https://doi.org/10.31338/uw.9788323525240.
Pazdro, Z., Kozerski, B., 1990. Hydrogeologia ogólna. (4th edition). Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 623 pp.
PN-86/B-02480, 1986. Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów. Polski Komitet Normalizacyjny.
PN-ISO 11465, 1999. Jakość gleby. Oznaczanie zawartości suchej masy gleby i wody w glebie w przeliczeniu na suchą masę gleby. Metoda wagowa. Polski Komitet Normalizacyjny.
Siafali, E., Tsioras, P.A., 2024. An innovative approach to surface deformation estimation in forest road and trail networks using unmanned aerial vehicle real-time kinematic-derived data for monitoring and maintenance. Forests, 15 (1): 212. DOI: https://doi.org/10.3390/f15010212.
Solgi, A., Naghdi, R., Tsioras, P., Ilstedt, U., Salehi, A., Nikooy, M., 2017. Combined effects of skidding direction, skid trail slope and traffic frequency on soil disturbance in north mountainous forest of Iran. Croatian Journal of Forest Engineering, 38: 97-106.
Ustawa, 1991. Ustawa z dnia 28 września 1991 r. o lasach. Dz.U. 1991 nr 101 poz. 444.
Weaver, W., Weppner, E., Hagans, D., 2015. Handbook for forest, ranch and rural roads. Arcata: Pacific Watershed Associates, California, 420 pp.
Zarski, C., 1986. Drogi gruntowe i ich wzmacnianie. Sulejówek: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 144 pp.
Zawisza, E., Kula, A., 2016. Wpływ metody badań na wartości parametrów charakteryzujących wytrzymałość na ścinanie gruntu spoistego. Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus, 15 (4): 409-420. DOI: https://doi.org/10.15576/ASP.FC/2016.15.4.409.
Zydroń, T., Borusiński, D., 2013. Wytrzymałość na ścinanie gruntu zbrojonego korzeniami roślin. (Shear strength of soil reinforced by plant roots). Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus, 12 (1): 147-156.
Zydroń, T., Gadowska, A., 2013. Wytrzymałość na ścinanie gruntów nienasyconych w świetle badań laboratoryjnych oraz modeli empirycznych. (Shear strength of unsaturated soil under laboratory and theoretical calculations). Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus, 12 (4): 119-130.
Zydroń, T., Zgoda, J., 2012. Wpływ wilgotności na właściwości wytrzymałościowe gruntów z obszaru karpackiego. (The influence of moisture content on shear strength of doils from the Carpathians). Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus, 11 (2): 75-84.