使用3D激光扫描来检测盐和冰洞的结构变化

个案研究

作者:托马索·桑塔加塔

陆地激光扫描(TLS)已被用于地下调查超过十年,越来越多地用于洞穴中的探索和研究。来自虚拟地理机构的Tommaso Santagata维加最近使用过徕卡地理系统激光扫描解决方案在两个洞穴调查中:智利莱科扎盐洞和意大利自然井冰洞的形态(形式和结构)变化的调查。

Santagata解释了每隔一段时间进行的详细扫描如何能够洞察洞穴环境中的物理变化,“尽管洞穴中发生的大多数过程相对缓慢,但有些过程可能很快,如洪水造成的侵蚀。这些地质变化可以通过地面激光扫描测量进行监测,并通过比较“前后”三维模型进行测量。这是一种随时间进行比较的有趣工具,因此正在增加。”y被用于气候变化研究。”


测量Lechuza洞穴(Cordillera de La Sal)洪水引起的变化



靠近智利村的圣佩德罗德阿阿塔卡马是一个重要的洞穴,由寡核苷酸矿床岩石组成,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,该洞穴的完整3D勘测由拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店和里雅斯特委员会博罗特·埃巴尼奥布勒。该团队使用Leica HDS7000相激光扫描仪进行大约50个扫描。2018年,La Venta团队与博洛尼亚大学使用过徕卡扫描站P40为了执行68次扫描,包括在洞穴上游的外部峡谷调查中,作为研究项目的一部分“读阿塔卡马盐洞”,包括国家地理学会支持的一部分。

随后对以点云文件格式获得的Lechuza数据进行分析,以确定发生变化的区域。Santagata解释道,“由于发现的变化非常有限,因此有必要识别共同点,并将点云定位在相同的原点和方向上进行比较。在洞穴的至少三个区域中,识别并数字化了天花板坍塌和地面侵蚀,以获得ca这些部分的详细剖面ve.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滑脱或急流侵蚀的区域。”


天然井冰岩洞穴监测项目:冰塌测量



第二项研究涉及意大利白云岩中最深、体积最大的洞穴之一的Cenote深渊中的地下冰沉积。1994年,法恩斯、塞恩斯和布雷斯地区公园的一个小湖突然排空,导致入口打开,从而发现了280米深的冰洞NCE由一个130米厚的巨大层状冰沉积物组成;在充满冰的入口部分的下限处,一个竖井打开——无冰,165米深——通向一个圆顶形的洞室,洞室中有一个岩洞冰川。

2015年、2016年和2018年进行的激光扫描调查使Santagata的团队能够估计坍塌引起的变化,并获取完整监测项目的数据。2015年10月的第一次考察包括使用HDS7000相位激光扫描仪对最终腔室进行完整的3D激光扫描测量。本次调查提供了洞室的详细体积(420000 m³),并首次记录了悬挂在天花板上的冰块和底部岩石冰川的位置。在这次探险以及2016年和2018年的后续探险中,使用扫描站P40对洞穴的其他部分进行了三维扫描。

SantAdata解释说:“由于冰填充了一些段落在接下来的几年中,不可能重复最终会议室的调查(这将是未来探险的目标)。然而,在洞穴的上半年里,这些年来的数据使我们能够研究入口附近的前两个房间所发生的变化。特别地,在一个区域中突出显示崩溃,这导致了2016年之后发生的通道的放大。该区域是在崩溃之前和之后扫描的3D,并且所获取的数据允许我们验证分离并量化岩石的岩石的体积。“

使用两种不同的方法进行比较点云:首先,我们在两个数据集之间进行快速比较,以便了解要重点的何处进行更详细的分析。其次,我们提取了兴趣领域的几个“切片”。我们将这些领域导出为完整的数字化,更好地估计岩石体积倒塌,大约61m³。“


正在进行的研究:使用三维模型了解地质过程



研究表明,三维激光扫描是一种有用的测量技术,可以突出自然结构的变化。Santagata说,获得的数据可以用来帮助解释其他地质信息,“例如,通过比较Lechuza洞穴研究突出显示的变化提供了有趣的数据,这些数据很容易与两次调查活动期间该地区发生的降雨量相关联。”

“在空心洞深渊的情况下,坍塌可能是由于温度变化引起的,考虑到该区域受到安装在洞穴中的温度和气压传感器记录的表面温度和洞穴温度之间的波动。正在对洞穴该区域进行详细的环境监测,并重复三维模型将让我们了解这些过程对阿尔卑斯山冰洞的起源和发展是否重要。”


探索3D项目:
阿塔卡马盐洞穴
阿塔卡马3D模型
2018年和平纪念碑探险队
Cenote三维模型

参与调查的关键人物:Tommaso Santagata(Vigea-虚拟地理机构和拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店),Umberto Del Vecchio(Vigea-虚拟地理机构和拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店)乔德瓦勒(博洛尼亚和拉文塔大学)、弗朗西斯科·索罗(博洛尼亚和拉文塔大学)、斯特凡诺·法布里(博洛尼亚/拉文塔大学)。

LeCuZa洞穴探险由La Vuna EsPrRoasii GeGravikHe协会和波罗尼亚大学Bigea系的科学支持组织,并与2015年联合会G.O.BoeGe合作。2018年的科学考察获得了国家地理学会的资助,并在智利国家地理委员会的支持下实现。Cenote监测是一个多学科项目,作为冰川内部项目的一部分,由La Venta、BIGEA、Fanes Sennes和Braies区域公园与GST工作室和Eli Friulia、维琴察Speleo Club Proteto、Gruppo Grotte Treviso和Gruppo Speleologico Padovano合作组织。

激光扫描触点

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环境、社会和治理影响:气候研究

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激光扫描工业应用

随着激光扫描的引入,所有行业的测量和记录都得到了简化和改进。
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