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 Santagatavigea.最近使用过徕卡地球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详细的扫描可以洞察洞穴环境的物理变化，“尽管洞穴中发生的大多数过程相对缓慢，但有些可能很快，比如洪水造成的侵蚀。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”3D模型进行测量。随着时间的推移，它是一种进行比较的有趣工具，因此越来越多地被用于气候变化的研究。”

测量Lechuza洞穴(Cordillera de La Sal)洪水造成的变化

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，洞穴的完整3D调查是由La Venta Esplorazioni Geografiche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Scanstation 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。

随后分析了以点云文件格式获得的Lechuza数据以识别发生了更改的区域。SantAdata解释说：“由于发现了非常有限的变化，有必要识别共同点，并将点云以相同的起源和方向定位以进行比较。在洞穴的至少三个区域中，从地板上的天花板和侵蚀坍塌并被发现并数字化以获得这些洞穴的这些部分的详细部分。这两种调查之间的比较表明，在这种情况下，可以准确地记录发生脱离或发生洪水侵蚀的区域。“

天然井冰洞监测项目:测量冰崩塌

第二项研究涉及天然井深渊的地下冰沉积，这是意大利白云岩中最深、体积最大的洞穴之一。这个280米深的冰洞是在1994年被发现的，当时由于Fanes、Sennes和Braies地区公园的一个小湖泊突然清空，冰洞的入口打开了。这个洞穴的垂直入口由一个巨大的130米厚的层状冰层组成;在充满冰的入口部分的下限，有一个竖井打开了——无冰，165米深——通向一个由洞穴岩石冰川占据的圆顶形房间。

2015年，2016年的激光扫描调查，2018年，允许Santagata的团队估算由于崩溃和获取完整监控项目的数据而估算变化。2015年10月的第一次远征包括使用基于HDS7000相激光扫描仪的最终室的完整3D激光扫描调查。本调查提供了腔室（420,000m³）的详细体积以及冰块悬挂在天花板和底部的岩石冰川位置的第一次记录。在2016年和2018年的随后的探险期间，洞穴的其他部分是使用ScanStation P40扫描的3D。

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3D模型来理解地质过程

研究表明，3D激光扫描是一种有用的测量技术，用于突出对天然结构的变化。获得的数据可用于帮助解释其他地质信息，SantAdata说，“例如，通过比较Lechuza洞穴研究的突出显示的变化提供了可以容易地与在两个调查活动之间发生的降雨相关的有趣数据。“

“就天然井深渊而言，坍塌可能是由于温度变化造成的，因为该地区受到安装在洞穴中的温度和空气压力传感器记录的地表和洞穴温度之间的波动的影响。对该洞穴区域的详细环境监测正在进行中，重复的3D模型将让我们了解这些过程是否对阿尔卑斯山冰洞的起源和发展很重要。”

探索3D项目：
阿塔卡马盐洞穴
阿塔卡马3D模型
伦敦目的2018远征
Cenote 3D模型

参与调查的主要人员：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），Jo de Waele（博洛尼亚大学和La Venta），Francesco Sauro（Bologna大学和La Venta），Stefano Fabbri（Bologna / La Venta大学）。

2015年，在博洛尼亚大学BIGEA系的科学支持和Grotte E. Boegan委员会的合作下，La Venta Esplorazioni Geografiche协会组织了Lechuza洞穴探险。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。天然井监测是一个多学科的项目组织在冰川的一部分项目的合作拉文塔,BIGEA和风扇的区域公园森和布雷协作工作室销售税和以利Friulia Speleo俱乐部Proteo维琴察,Gruppo Grotte特雷维索和Gruppo Speleologico Padovano。