使用3D激光扫描来检测盐和冰洞的结构变化

作者：Tommaso Santagata

陆地激光扫描（TLS）已用于地下调查已有十多年了，并且越来越多地用于洞穴的A勘探和研究中。虚拟地理机构的Tommaso Santagata维亚最近使用了Leica Geosystems激光扫描解决方案在两个洞穴调查中：对智利Lechuza盐洞的形态（形式和结构）变化的研究，意大利的自然井冰洞。

Santagata解释了如何在洞穴环境中详细扫描可以洞悉洞穴环境中的物理变化，但“尽管大多数发生在洞穴中的过程相对较慢，但有些过程可能很快，例如洪水引起的侵蚀。这些地质变化可以通过陆地激光扫描调查来监测，并通过比较“前后” 3D模型来衡量。这是一个有趣的工具，可以随着时间的推移进行比较，因此越来越多地用于气候变化的研究。”

衡量由Lechuza洞穴洪水引起的变化（Cordillera de la Sal）

靠近智利村庄圣佩德罗·德·阿塔卡马（San Pedro de Atacama）是一个重要的洞穴，由寡西新世矿物沉积物岩石组成，被称为Cordillera de la Sal。Two surveys carried out in 2015 and 2018 allowed Santagata’s team to verify and measure small topographical changes in the cave due to a flood in 2017, which caused the river in the cave to flow and dissolve a measurable amount of halite - commonly known as rock salt.

2015年，对洞穴进行了完整的3D调查。La Venta Esplorazioni Geografiche以及Trieste的Grotte Eugenio Boegan委员会。该团队使用Leica HDS7000基于阶段的激光扫描仪进行大约50次扫描。2018年，La Venta团队与博洛尼亚大学合作使用了Leica Scanstation P40进行68次扫描，包括在洞穴上游的外部峡谷中进行调查的大约200米，这是国家地理学会支持的研究项目“阅读盐洞”的一部分。

随后分析了以云文件格式获得的Lechuza数据，以确定发生变化的区域。Santagata解释说：“由于发现非常有限的变化，因此有必要识别共同点并将点云定位在相同的起源和方向上以进行比较。在洞穴的至少三个区域中，对地板上天花板和侵蚀的崩溃进行了认可并数字化，以获取洞穴这些部分的详细部分。这两项调查之间的比较表明，在这种情况下，有可能准确记录发生分离或倾向侵蚀的区域。”

天然井岩石洞穴监测项目：测量冰崩溃

第二项研究涉及在意大利白云岩中最深，最庞大的洞穴之一，这是Cenote深渊的地下冰矿床。这座280米深的冰洞是在1994年因扇形，森恩斯和布拉伊斯地区公园突然排空的小湖而打开后发现的。该洞穴的垂直入口包括一个巨大的130米厚分层冰矿床；在充满冰的入口部分的下限，A轴打开 - 无冰和165米深 - 通向一个由洞穴岩石冰川占据的圆顶形腔室。

激光扫描调查于2015年，2016年进行，并于2018年允许Santagata的团队估计由于崩溃并获取数据以进行完整监测项目而导致的变化。2015年10月的首次探险包括使用基于HDS7000阶段的激光扫描仪对最终腔室进行完整的3D激光扫描调查。这项调查提供了腔室（420,000立方米）的详细体积，以及从天花板上悬挂的冰块和底部岩石冰川的冰块位置的第一个记录。在这次探险中以及随后在2016年和2018年的探险中，洞穴的其他部分使用扫描仪P40进行了3D扫描。

桑塔加塔（Santagata）解释说：“由于接下来的几年中的一些段落填充了一些段落，因此不可能重复对最终会议厅的调查（这将是未来探险的目标）。但是，这些年来，在洞穴上部获得的数据使我们能够研究入口附近前两个房间发生的变化。特别是，一个区域突出了崩溃，导致通道扩大。2016年之后发生了通道。该区域在倒塌之前和之后进行了3D扫描，获得的数据使我们能够验证分离并量化岩石的体积并量化了崩溃的岩石量。。”

使用两种不同的方法比较点云：首先，我们进行了两个数据集之间的快速比较，以了解将我们更详细的分析集中在哪里。其次，我们提取了感兴趣领域的几个“切片”。我们向这些区域出口以进行完全数字化，以更好地估计岩石倒塌的量，约为61m³。”

正在进行的研究：使用3D模型了解地质过程

研究表明，3D激光扫描是一种有用的测量技术，可突出自然结构的变化。获得的数据可用于帮助解释其他地质信息，Santagata说：“例如，通过比较Lechuza Cave研究突出显示的变化提供了有趣的数据，这些数据很容易与这两个调查活动之间的降雨相关联。。”

“在cenote深渊的情况下，考虑到该区域在洞穴中的温度和气压传感器记录的表面和洞穴温度之间发生振荡，可能是由于温度变化而崩溃的。正在进行对洞穴该区域的详细环境监测，重复的3D模型将使我们能够理解这些过程对于阿尔卑斯山中的冰洞​​的起源和开发是否重要。”

探索3D中的项目：
Atacama盐洞
Atacama 3D型号
Cenote 2018探险
Cenote 3D模型

参与调查的关键人物：Tommaso Santagata（Vigea-虚拟地理机构和La Venta Esplorazioni Geografiche），Umberto del Vecchio（Vigea-虚拟地理机构和La Venta Esplorazioni Geografiche），乔·德·沃尔（Boolgna and La Venta大学），弗朗切斯科·索罗（Francesco Sauro）（博洛尼亚大学和拉文塔大学），斯特凡诺·法布里（Stefano Fabbri）（博洛尼亚大学/拉文塔大学）。

Lechuza洞穴探险是由La Venta Esplorazioni Geografiche协会组织的，并在博洛尼亚大学的怪异系的科学支持下，并于2015年与委员会的Grotte E. Boegan合作。地理社会，并在康纳夫智利的支持下实现。Cenote Monitoring是一个多学科项目，与La Venta，Benea的合作以及Fanes Sennes和Braies的区域公园与Studio GST和Eli Friulia的合作组织，该项目是冰川内部项目的一部分。Gruppo Grotte Treviso和Gruppo Speleologico Padovano。