Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Обследование пещеры

Обследование пещеры является картой всех или частей пещеры системы, которые могут быть произведены , чтобы удовлетворить различные стандарты точности в зависимости от условий пещерных и оборудования под землю. Обследование пещер и картография , то есть создание точной и подробной карты, являются одними из наиболее распространенных технических мероприятий, предпринимаемых в пещерах, и являются фундаментальной частью спелеологии . Обследования могут использоваться для сравнения пещер друг с другом по длине, глубине и объему, могут выявить ключи к спелеогенезу , предоставить пространственную привязку для других областей научных исследований и помочь посетителям в поиске маршрутов.

Традиционно исследования пещер производятся в двухмерной форме из-за ограничений печати, но, учитывая трехмерную среду внутри пещеры, все чаще используются современные методы компьютерного проектирования , позволяющие получить более реалистичное представление пещерной системы.

История [ править ]

Нарисованная от руки карта пещеры с извилистым подземным ходом реки, а также рельефом поверхности, включая большие шахты.
Обследование 1908 года пещер Мраморная арка Йоркширским клубом бродяг

Первый известный план пещеры датируется 1546 годом и представлял собой искусственную пещеру из туфа под названием Stufe di Nerone (Печь Нерона) в Поццуоли недалеко от Неаполя в Италии. Первой естественной пещерой, нанесенной на карту, была Бауманнсхёле в Германии , эскиз которой сохранился от 1656 года. [1]

Другое раннее исследование датируется до 1680 года и было сделано Джоном Обри из Лонг-Хоул в ущелье Чеддер . Он состоит из возвышенного участка пещеры. В последующие годы было проведено множество других исследований пещер, хотя большинство из них являются эскизами и имеют ограниченную точность. Первая пещера, которая, вероятно, была точно исследована с помощью инструментов, - это Grotte de Miremont во Франции . Он был обследован инженером-строителем в 1765 году и включает множество поперечных сечений. Эдуард-Альфред Мартельбыл первым, кто описал методы съемки. Его обследования проводились с помощником, идущим по коридору, пока они почти не скрывались из виду. Затем Мартел проводил по компасу к свету помощника и измерял расстояние, подходя к помощнику. Это можно сравнить с современным опросом BCRA Grade 2.

Первая пещера, центральная линия которой была рассчитана с помощью компьютера, - это пещера реки Фергус в Ирландии , которая была построена членами UBSS в 1964 году. Программное обеспечение было запрограммировано на большом универсальном компьютере университета, и был создан бумажный график. [2]

Методология [ править ]

Существует множество вариаций методологии съемки , но большинство из них основано на аналогичном наборе шагов, которые принципиально не изменились за 250 лет, хотя инструменты (компас и лента) стали меньше и точнее. С конца 1990-х годов цифровые инструменты, такие как дистометры , начали изменять процесс, что привело к появлению полностью безбумажной съемки примерно в 2007 году. Основным изменением стандартной методологии, описанной ниже, были такие устройства, как геодезисты LIDAR и SONAR, которые производят точку облако, а не ряд связанных станций. Видеосъемка также существует в виде прототипа.

Съемка [ править ]

Исследовательская группа начинает с фиксированной точки (например, у входа в пещеру) и измеряет серию последовательных измерений прямой видимости между станциями. Станции - это временные стационарные места, выбранные в основном из-за легкости доступа и хорошей видимости вдоль прохода пещеры. В некоторых случаях геодезические станции могут быть помечены постоянно, чтобы создать фиксированную контрольную точку, к которой можно вернуться позже.

Измерения между станциями включают:

  • направление ( азимут или пеленг ) по компасу
  • наклон от горизонтали (падение), измеренный клинометром
  • расстояние, измеренное с помощью низкоэластичной ленты или лазерного дальномера
  • опционально расстояние до окружающих стен - влево, вправо, вверх, вниз ( LRUD )

Совпадая с записью прямолинейных данных, регистрируются детали размеров прохода, формы, постепенных или внезапных изменений высоты, наличия или отсутствия неподвижной или текущей воды, расположения примечательных особенностей и материала на полу, часто с помощью схематическая карта.

Рисование линейного графика [ править ]

Позже картограф анализирует записанные данные, преобразовывая их в двумерные измерения посредством геометрических расчетов. Из них он создает линейный сюжет ; геометрическое изображение пути через пещеру в масштабе.

Завершение [ править ]

Затем картограф рисует детали вокруг линейного графика, используя дополнительные данные о размерах проходов, потоке воды и топографии пола / стен, записанные в то время, чтобы произвести завершенное обследование пещеры. Исследования пещер, нарисованные на бумаге, часто представляются в виде двухмерного плана и / или профиля , в то время как компьютерные исследования могут моделировать трехмерные изображения. Хотя в первую очередь это было функционально, некоторые спелеологи считают исследования пещер формой искусства. [ кто? ]

Гидролевеллинг [ править ]

Гидролевеллинг - это альтернатива измерению глубины с помощью клинометра и ленты, которая давно используется в России. [3] При строительстве зданий метод регулярно используется для нахождения двух точек одинаковой высоты, как при выравнивании пола. В простейшем случае используется трубка с открытыми обоими концами, прикрепленная к деревянной полосе, и трубка заполняется водой, и на каждом конце отмечается глубина. В России измерение глубины пещер с помощью гидроуровня началось в 1970-х годах и считалось наиболее точным методом измерения глубины, несмотря на трудности с использованием громоздкого оборудования того времени. Интерес к методу возродился после открытия Воронья на массиве Арабика на Кавказе. - в настоящее время самая глубокая пещера в мире.

Гидроуровневое устройство, использованное в недавних экспедициях в Воронжу, представляет собой 50-метровую прозрачную трубу, наполненную водой, которая наматывается или помещается на катушку. Резиновая перчатка, которая действует как резервуар, помещается на одном конце трубки, а металлический ящик с прозрачным окном - на другом. Цифровые наручные часы дайвера с функцией измерителя глубины погружены в коробку. Если резиновая перчатка размещена на одной станции, а ящик с глубиномером - на более низкой, то гидростатическое давление между двумя точками зависит только от разницы высот и плотности воды, т. Е. От пути следования трубка не влияет на давление в коробке. Считывание глубиномера дает очевидное изменение глубины между верхней и нижней станцией. Изменения глубины «очевидны»потому что глубиномеры откалиброваны для морской воды, а гидроуровень заполнен пресной водой. Следовательно, необходимо определить коэффициент для преобразования видимых изменений глубины в истинные изменения глубины. Сложение показаний для последовательных пар станций дает общую глубину пещеры.[3]

Точность [ править ]

Точность или степень исследования пещеры зависит от методологии измерения. Общепринятая система оценок при обследовании - это система, созданная Британской ассоциацией пещерных исследований в 1960-х годах, в которой используется шестиуровневая шкала. [4]

Система оценок BCRA [ править ]

Оценки BCRA для исследования линии пещеры [ править ]

1-й класс
Эскиз низкой точности, на котором не производились измерения
Степень 2 (использовать только при необходимости, см. Примечание 7)
При необходимости может использоваться для описания эскиза, который по точности находится между 1 и 3 уровнями.
3-й степени
Грубая магнитная съемка. Горизонтальные и вертикальные углы измеряются до ± 2,5 °; расстояния измеряются до ± 50 см; Погрешность положения станции менее 50 см.
Степень 4 (использовать только при необходимости, см. Примечание 7)
При необходимости может использоваться для описания опроса, не отвечающего всем требованиям 5-го класса, но более точного, чем опрос для 3-го класса.
5 класс
Магнитная съемка. Горизонтальные и вертикальные углы измеряются с точностью до ± 1 °; расстояния должны наблюдаться и регистрироваться с точностью до ближайшего сантиметра, а положение станций должно быть меньше 10 см.
Уровень 6
Магнитная съемка более точна, чем оценка 5 (см. Примечание 5).
X класс
Съемка, основанная главным образом на использовании теодолита или тахеометра вместо компаса (см. Примечания 6 и 10 ниже).
Примечания [ править ]
  1. Приведенная выше таблица представляет собой сводку без некоторых технических деталей и определений; Приведенные выше определения оценок за обследование следует рассматривать вместе с этими примечаниями.
  2. Во всех случаях необходимо следовать духу определения, а не только букве.
  3. Для достижения 3-й степени необходимо использовать клинометр в проходах с заметным уклоном.
  4. Чтобы получить оценку 5, важно, чтобы инструменты были правильно откалиброваны, и все измерения должны проводиться из точки в пределах сферы диаметром 10 см с центром на станции съемки.
  5. Съемка 6-го уровня требует, чтобы компас использовался на пределе возможной точности, то есть с точностью до ± 0,5 °; Показания клинометра должны быть с одинаковой точностью. Погрешность определения местоположения станции должна быть менее ± 2,5 см, что потребует использования штатива на всех станциях или других фиксированных маркеров станций («крюков на крыше»).
  6. Обследование Уровня X должно включать в заметки на чертежах описания используемых инструментов и методов, а также оценку вероятной точности опроса по сравнению с опросами Уровня 3, 5 или 6.
  7. Уровни 2 и 4 предназначены для использования только в том случае, если на каком-то этапе обследования физические условия не позволили обследованию выполнить все требования для следующего более высокого класса, и повторное обследование нецелесообразно.
  8. Спелеологическим организациям и т. Д. Рекомендуется воспроизводить Таблицу 1 и Таблицу 2 в своих публикациях; разрешение BCRA на это не требуется, но таблицы без этих примечаний нельзя перепечатывать.
  9. Уровень X потенциально более точен, чем уровень 6. Никогда не следует забывать, что теодолит / тахеометр - это сложный прецизионный инструмент, который требует значительного обучения и регулярной практики, если при его использовании не допускаются серьезные ошибки!
  10. При составлении координаты обследования должны быть рассчитаны, а не нарисованы вручную с помощью шкалы и транспортира, чтобы получить оценку 5.

Оценки BCRA для записи деталей прохода в пещере [ править ]

Класс А
Все детали прохождения основаны на памяти.
Класс B
Детали прохода оценены и записаны в пещере.
Класс C
Детальные замеры производятся только на геодезических станциях.
Класс D
Детальные измерения, сделанные на геодезических станциях и везде, где необходимо, чтобы показать значительные изменения в размерах прохода.
Примечания [ править ]
  1. Точность детали должна быть аналогична точности линии.
  2. Обычно следует использовать только одну из следующих комбинаций оценок:
    • 1А
    • 3B или 3C
    • 5C или 5D
    • 6D
    • XA, XB, XC или XD

Обнаружение ошибок опроса [ править ]

Оборудование, используемое для исследования пещеры, продолжает улучшаться. Было предложено использование компьютеров, инерционных систем и электронных дальномеров, но в настоящее время разработано несколько практических подземных приложений.

Несмотря на эти достижения, неисправные инструменты, неточные измерения, ошибки записи или другие факторы могут по-прежнему приводить к неточному обследованию, и эти ошибки часто трудно обнаружить. Некоторые исследователи пещер измеряют каждую станцию ​​дважды, записывая обратный прицел на предыдущую станцию ​​в противоположном направлении. Показания компаса заднего визирования, которые отличаются на 180 градусов, и показания клинометра, которые имеют то же значение, но с обратным направлением (например, положительным, а не отрицательным), указывают на то, что исходное измерение было точным.

Когда петля внутри пещеры исследуется до ее начальной точки, полученный линейный график также должен образовывать замкнутую петлю. Любой разрыв между первой и последней станциями называется ошибкой замыкания петли . Если единственная ошибка не очевидна, можно предположить, что ошибка замыкания петли вызвана совокупными неточностями, а программное обеспечение для исследования пещер может «замкнуть петлю», усредняя возможные ошибки по всем станциям петли. Петли для проверки точности съемки также могут быть сделаны путем исследования поверхности между несколькими входами в одну и ту же пещеру.

Использование низкочастотного пещерного радио также может проверить точность съемки. Приемное устройство на поверхности может определить глубину и местоположение передатчика в проходе пещеры путем измерения геометрии его радиоволн. Съемка по поверхности от приемника до входа в пещеру образует искусственную петлю с подземной съемкой, ошибка замыкания которой затем может быть определена.

В прошлом спелеологи неохотно перерисовывали сложные карты пещер после обнаружения ошибок исследования. Сегодня компьютерная картография может автоматически перерисовывать карты пещер после исправления данных.

Программное обеспечение для съемки [ править ]

На различных компьютерных платформах доступно большое количество геодезических пакетов, большинство из которых было разработано спелеологами с основами компьютерного программирования. Многие из пакетов особенно хорошо подходят для конкретных задач, и поэтому многие исследователи пещер не будут выбирать только один продукт вместо другого для всех картографических задач.

Популярной программой для проведения обследования осевой линии является Survex , которая изначально была разработана членами Спелеологического клуба Кембриджского университета для обработки данных съемок клубных экспедиций в Австрию. Он был опубликован в 1992 году. Затем данные осевой линии можно экспортировать в различные форматы, а детали пещеры нарисовать с помощью различных других программ, таких как AutoCAD , Adobe Illustrator и Inkscape . Другие программы, такие как «Туннель» и Therion, имеют возможности редактирования осевой линии и карты. Примечательно, что Therion, закрывая петли съемки, искажает проходы, чтобы они соответствовали их длине, а это означает, что не нужно перерисовывать целые проходы. В отличие от возможностей 2D-деформирования Therion,CaveWhere искажает проходы в 3D. Сюда входят план деформации и эскизы профиля. CaveWhere также поддерживает замыкание петель (с помощью Survex) и предоставляет удобный интерфейс для ввода и визуализации данных исследования пещер. [5]

Точность наземных LiDAR значительно повышается, а цена снижается. [ необходима цитата ] Несколько Пещер были "просканированы" с использованием блоков LiDAR "время полета" и "сдвиг фазы". Различия заключаются в относительной точности, доступной каждому. Национальный парк «Пещеры Орегона» был просканирован методом LiDAR в августе 2011 года, как и место археологических раскопок «Пещеры Пейсли» в юго-восточной части штата Орегон. [ необходима цитата ] Оба были сканированы с помощью сканера с фазовым сдвигом FARO Focus с точностью +/- 2 мм. Пещеры Орегона были просканированы от главного общественного входа до выхода 110 и были обследованы до точки начала. Данные пока недоступны для публичного использования, но их копии хранятся как в Службе парков США, так и в i-TEN Associates в Портленде, штат Орегон. [ необходима цитата ]

Автоматизированные методы [ править ]

В последние годы в горнодобывающей промышленности применялась технология подземного географического позиционирования под названием HORTA . В технологии используются гироскоп и акселерометр для помощи в определении трехмерного положения. [6]

Такие автоматизированные методы обеспечили более чем пятидесятикратное увеличение производительности подземных съемок, а также более точные и более мелкие карты. [6]

См. Также [ править ]

  • Обрушение
  • Список самых длинных пещер

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Gunn, J. (2003). Энциклопедия пещер и карстовых исследований . Рутледж. ISBN 978-1-57958-399-6.
  2. ^ Николсон, FH; Патмор, ди-джей (1965). "Пещера реки Фергус, графство Клэр, Ирландия". UBSS Труды . 10 (3): 285.
  3. ^ a b Дегтярев Александр; Снетков, Евгений; Гурджанов, Алексей (июль 2007 г.). «Получение точных глубин пещер с помощью гидроуровня» (PDF) . Компасные точки . BCRA Cave Survey Group (38): 8–12. ISSN 1361-8962 . Проверено 2 мая 2009 .  
  4. ^ «Оценки обзора BCRA» . Британская ассоциация пещерных исследований . Проверено 2 мая 2009 .
  5. ^ Шухардт, Филипп (2013). «Быстрые 3D-карты пещер с использованием Cavewhere» (PDF) . 16-й Международный конгресс спелеологов .
  6. ^ a b Инновации Inco [ постоянная мертвая ссылка ] , Canadian Mining Journal , апрель 2000 г., дата обращения 02.12.2010. «Устройство HORTA для определения географического положения под землей. HORTA-Honeywell Ore Retrieval and Tunneling Aid - это коробка, содержащая гироскоп и акселерометр, первоначально разработанная для вооруженных сил США, которая решает проблему позиционирования и определения местоположения под землей».

Внешние ссылки [ править ]

  • История лазерного сканирования: пещеры Пейсли
  • Compass Points , официальный журнал группы исследования пещер BCRA.
  • CaveMaps.org Surveys , коллекция обзоров британских пещер