Пещерная съемка — это карта всей или части пещерной системы, которая может быть составлена с разной степенью точности в зависимости от условий пещеры и имеющегося под землей оборудования. Пещерная съемка и картография , то есть создание точной, подробной карты, является одним из наиболее распространенных технических мероприятий, проводимых в пещере, и является фундаментальной частью спелеологии . Съемки могут использоваться для сравнения пещер друг с другом по длине, глубине и объему, могут раскрыть подсказки о спелеогенезе , предоставить пространственную привязку для других областей научного исследования и помочь посетителям с поиском маршрута.
Традиционно исследования пещер выполняются в двухмерной форме из-за ограничений печати, но, учитывая трехмерную среду внутри пещеры, все чаще используются современные методы с использованием компьютерного проектирования, позволяющие получить более реалистичное изображение пещерной системы.
.png/1280px-Marble_Arch_Survey_(Brodrick,_H.,_1908).png)
Первый известный план пещеры датируется 1546 годом и представлял собой искусственную пещеру в туфе под названием Stufe di Nerone (печь Нерона) в Поццуоли недалеко от Неаполя в Италии. Первой естественной пещерой, нанесенной на карту, была Бауманншёле в Германии , эскиз которой сохранился с 1656 года. [1]
Еще одно раннее обследование датируется периодом до 1680 года и было проведено Джоном Обри из Лонг-Хоул в ущелье Чеддер . Оно состоит из возвышенной части пещеры. В последующие годы было проведено множество других обследований пещер, хотя большинство из них представляют собой наброски и имеют ограниченную точность. Первая пещера, которая, вероятно, была точно обследована с помощью инструментов, — это Грот-де-Миремонт во Франции . Она была обследована инженером-строителем в 1765 году и включает в себя многочисленные поперечные сечения. Эдуард-Альфред Мартель был первым человеком, описавшим методы обследования. Его обследования проводились путем того, что помощник шел по проходу, пока они почти не скрывались из виду. Затем Мартель брал компас на свет помощника и измерял расстояние, подходя к помощнику. Это было бы равносильно современному обследованию BCRA Grade 2.
Первой пещерой, осевая линия которой была рассчитана с помощью компьютера, стала пещера Фергус-Ривер в Ирландии , которая была нанесена на карту членами UBSS в 1964 году. Программное обеспечение было загружено на большой университетский компьютер, и был создан бумажный план. [2]
Существует множество вариаций методологии съемки , но большинство из них основаны на похожем 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 измерители дистантности, начали менять процесс, что привело к появлению полностью безбумажной съемки около 2007 года. Основным изменением обычной методологии, описанным ниже, стали такие устройства, как геодезисты LIDAR и SONAR, которые создают облако точек, а не ряд связанных станций. Видеосъемка также существует в виде прототипа.
Группа исследователей начинает с фиксированной точки (например, входа в пещеру) и проводит ряд последовательных измерений прямой видимости между станциями. Станции представляют собой временные фиксированные местоположения, выбранные в основном из-за простоты доступа и четкой видимости вдоль прохода пещеры. В некоторых случаях станции обследования могут быть постоянно отмечены, чтобы создать фиксированную точку отсчета, к которой можно будет вернуться позднее.
Измерения, проведенные между станциями, включают:
Одновременно с записью данных по прямой фиксируются данные о размерах прохода, форме, постепенных или резких изменениях высоты, наличии или отсутствии стоячей или текущей воды, расположении примечательных объектов и материале на полу, часто с помощью схематической карты.
Затем картограф анализирует записанные данные, преобразуя их в двумерные измерения с помощью геометрических расчетов. Из них он/она создает линейный график — масштабированное геометрическое изображение пути через пещеру.
Затем картограф рисует детали вокруг линейного участка, используя дополнительные данные о размерах прохода, потоке воды и топографии пола/стен , записанные в то время, чтобы создать завершенное обследование пещеры. Обследования пещер, выполненные на бумаге, часто представляются в виде двухмерного плана и/или профиля , в то время как компьютерные обследования могут имитировать три измерения. Хотя в первую очередь они предназначены для функциональности, некоторые спелеологи рассматривают обследования пещер как форму искусства. [ кто? ]
Гидронивелирование является альтернативой измерению глубины с помощью клинометра и ленты, которая имеет долгую историю использования в России. [3] Этот метод регулярно используется в строительстве для нахождения двух точек с одинаковой высотой, как при выравнивании пола. В простейшем случае используется трубка с обоими открытыми концами, прикрепленная к полоске дерева, и трубка заполняется водой, а глубина на каждом конце отмечается. В России измерение глубины пещер с помощью гидронивелирования началось в 1970-х годах и считалось наиболее точным средством измерения глубины, несмотря на трудности в использовании громоздкого оборудования того времени. Интерес к методу возродился после открытия Вороньи на массиве Арабика на Кавказе — в настоящее время второй по глубине пещеры в мире.
Гидроуровень, используемый в недавних экспедициях Voronja, состоит из 50-метровой (160 футов) прозрачной трубки, заполненной водой, которая свернута или намотана на катушку. Резиновая перчатка, которая действует как резервуар, помещается на один конец трубки, а металлическая коробка с прозрачным окном помещается на другой. В коробку погружаются цифровые наручные часы дайвера с функцией глубиномера. Если резиновая перчатка помещается на одну станцию, а коробка с глубиномером — на более низкую, то гидростатическое давление между двумя точками зависит только от разницы высот и плотности воды, т. е. маршрут трубки не влияет на давление в коробке. Показания глубиномера дают кажущееся изменение глубины между более высокой и более низкой станцией. Изменения глубины являются «кажущимися», поскольку глубиномеры калибруются для морской воды, а гидроуровень заполнен пресной водой. Поэтому необходимо определить коэффициент для преобразования кажущихся изменений глубины в истинные изменения глубины. Сложение показаний последовательных пар станций дает общую глубину пещеры. [3]
Точность, или оценка , обследования пещер зависит от методологии измерения. Распространенная система оценки обследования была создана Британской ассоциацией по исследованию пещер в 1960-х годах, которая использует шкалу из шести степеней. [4]
Оборудование, используемое для проведения обследования пещер, продолжает совершенствоваться. Было предложено использовать компьютеры, инерционные системы и электронные дальномеры, но в настоящее время разработано мало практических подземных приложений.
Несмотря на эти достижения, неисправные приборы, неточные измерения, ошибки записи или другие факторы все еще могут привести к неточной съемке, и эти ошибки часто трудно обнаружить. Некоторые исследователи пещер измеряют каждую станцию дважды, записывая обратный прицел на предыдущую станцию в противоположном направлении. Показание компаса обратного прицела, отличающееся на 180 градусов, и показание клинометра, которое имеет то же значение, но с обратным направлением (например, положительное, а не отрицательное), указывают на то, что первоначальное измерение было точным.
Когда петля внутри пещеры исследуется обратно к своей начальной точке, полученный линейный график также должен образовывать замкнутую петлю. Любой разрыв между первой и последней станциями называется ошибкой замыкания петли . Если не видно ни одной ошибки, можно предположить, что ошибка замыкания петли вызвана кумулятивными неточностями, и программное обеспечение для обследования пещер может «замкнуть петлю», усреднив возможные ошибки по всем станциям петли. Петли для проверки точности обследования также могут быть сделаны путем обследования по всей поверхности между несколькими входами в одну и ту же пещеру.
Использование низкочастотного пещерного радио также может проверить точность обследования. Приемное устройство на поверхности может определить глубину и местоположение передатчика в пещерном проходе путем измерения геометрии его радиоволн. Обследование поверхности от приемника обратно к входу в пещеру образует искусственную петлю с подземным обследованием, ошибка замыкания петли которой затем может быть определена.
Раньше спелеологи неохотно перерисовывали сложные карты пещер после обнаружения ошибок в обследовании. Сегодня компьютерная картография может автоматически перерисовывать карты пещер после исправления данных.
Существует большое количество пакетов для геодезии, доступных на различных компьютерных платформах, большинство из которых были разработаны спелеологами, имеющими базовые навыки в компьютерном программировании. Многие пакеты особенно хорошо подходят для определенных задач, и поэтому многие спелеологи не будут выбирать один продукт вместо другого для всех картографических задач.
Популярная программа для создания съемки центральной линии — Survex , которая изначально была разработана членами Кембриджского университета спелеологического клуба для обработки данных съемки из экспедиций клуба в Австрию. Она была выпущена для публики в 1992 году. Затем данные центральной 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 «Tunnel» и Therion, имеют полные возможности редактирования центральной линии и карты. В частности, Therion, когда он замыкает циклы съемки, деформирует проходы, чтобы подогнать их по длине, что означает, что целые проходы не нужно перерисовывать. В отличие от возможностей 2D-деформации Therion, CaveWhere деформирует проходы в 3D. Это включает в себя деформацию плана и эскизов профиля. CaveWhere также поддерживает замыкание цикла (с помощью Survex) и предоставляет удобный интерфейс для ввода и визуализации данных съемки пещер. [5]
Точность наземных LiDAR-устройств значительно увеличивается, а их стоимость снижается. [ требуется ссылка ] Несколько пещер были «сканированы» с использованием как LiDAR-устройств «по времени пролета», так и LiDAR-устройств «сдвиг фазы». Различия заключаются в относительной точности, доступной для каждого из них. Национальный парк Oregon Caves был просканирован LiDAR в августе 2011 года, как и место археологических раскопок Paisley Caves на юго-востоке Орегона. [ требуется ссылка ] Оба были просканированы сканером FARO Focus Phase shift с точностью +/-2 мм. Пещеры Oregon Caves были просканированы от главного общественного входа до съезда 110 и были обследованы по кругу до точки начала. Данные пока недоступны для публичного использования, но копии хранятся как в Службе парков США, так и в i-TEN Associates в Портленде, штат Орегон. [ требуется ссылка ]
В последние годы в горнодобывающей промышленности используется технология подземного географического позиционирования HORTA . Технология инерциальной навигационной системы использует 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 детальные карты. [6]