Кіріспе

Үңгірлік зерттеу - үңгір жүйесінің барлық немесе бір бөлігінің картасы, ол үңгір жағдайларына және жер астындағы құрал-жабдықтарға байланысты әртүрлі дәлдігі стандарттарына сәйкес шығарылуы мүмкін. Үңгірлерді зерттеу және картография, яғни дәл, егжей-тегжейлі карта жасау үңгірде жүргізілетін ең көп таралған техникалық іс-шаралардың бірі және спелеологияның негізгі бөлігі болып табылады. Зерттеулер үңгірлерді ұзындығы, тереңдігі және көлемі бойынша салыстыру үшін пайдаланылуы мүмкін, спелеогенез туралы мәліметтерді аша алады, басқа ғылыми зерттеулер үшін кеңістіктік сілтеме береді және келушілерге жол табуға көмектеседі. Дәстүрлі түрде үңгірлердегі суреттер баспаның шектеулілігіне байланысты екі өлшемді түрде жасалады, бірақ үңгірдің ішіндегі үш өлшемді ортаны ескере отырып, үңгір жүйесінің нақты бейнелеуіне мүмкіндік беру үшін компьютерлік көмекпен жобалауды қолданатын заманауи әдістер жиі қолданылады.

Тарих

Бұрынғы ғалымдар 1546 жылы Италиядағы Неаполь маңындағы Поцзуолиде туфтан жасалған, Stufe di Nerone (Неронның пештері) деп аталатын үңгірдің пайда болуын болжаған. Картаға түсірілген алғашқы табиғи үңгір Германиядағы Бауманшөле болды, оның 1656 жылғы эскизі сақталған. Тағы бір ерте зерттеу 1680 жылға дейін, оны Чеддер ойысындағы Лонг-Хоулдың Джон Обри жасаған. Бұл үңгірдің биіктік бөлігі. Кейінгі жылдары үңгірлердің көптеген басқа зерттеулері жүргізілді, бірақ олардың көпшілігі эскиздер болып табылады және дәлдіктері шектеулі. Құралдармен дәл зерттелген алғашқы үңгір - Францияда орналасқан Миремонт үңгірі. Бұл жерді 1765 жылы инженер-құрылысшы өлшеді, оның ішінде көптеген қималары бар. Эдуард Альфред Мартель геодезиялық техниканы алғаш рет сипаттаған. Оның зерттеулері көмекшіге көшенің бойымен жүру арқылы, олар көзден таса болғанға дейін жүргізілді. Мартель компасты көмекшінің жарығына қарай ұстап, көмекшіге жақындап, қашықтықты өлшейтін. Бұл қазіргі заманғы BCRA 2-сыныптық зерттеуге теңестіріледі. Компьютерлік есеппен орталық сызығы анықталған алғашқы үңгір - Фергус өзенінің Ирландиядағы үңгірі. Бағдарламалық жасақтама үлкен университеттік компьютерге бағдарламаланып, қағаздан сюжет жасалды.

Әдістеме

Жерді зерттеу әдістерінің көптеген түрлері бар, бірақ олардың көпшілігі 250 жыл ішінде түбегейлі өзгермеген қадамдардың ұқсас жиынтығына негізделген, бірақ аспаптар (компас пен лента) кішірек және дәл болды. 1990 жылдардың соңынан бастап дистометрлер сияқты цифрлық құралдар процесті өзгерте бастады, бұл 2007 жылы қағазсыз геодезияның пайда болуына әкелді. Төменде егжей-тегжейлі сипатталған қалыпты әдістеменің негізгі өзгеруі LIDAR және SONAR геодезиясы сияқты құрылғылар, олар байланысты станциялар сериясының орнына нүктелік бұлтты шығарады. Видеоға негізделген жерді өлшеу прототип түрінде де бар.

Сызықтық графикті салу

Кейін картограф жазылған деректерді геометриялық есептеулер арқылы екі өлшемді өлшемдерге айналдырып, талдап шығады. Олардан ол сызықтық сызба жасайды; үңгір арқылы өтетін жолдың масштабталған геометриялық бейнесі.

Соңғылау

Картограф содан кейін желілік сызбаның айналасына егжей-тегжейлі сызу жасайды, сонымен бірге үңгірдің толық зерттеуін жасау үшін, өту өлшемдері, су ағыны және сол кездегі жер бедері / қабырға топографиясы туралы қосымша деректерді пайдаланады. Қағазға түсірілген үңгірлер жиі екі өлшемді жоспарда және/немесе профильдік көріністе ұсынылады, ал компьютерлік зерттеулер үш өлшемді симуляциялауы мүмкін. Негізінен функционалдық мақсатта жасалғанмен, кейбір үңгіршілер үңгірлерді сурет салуды өнер түрі деп санайды.

Гидроневелирлеу

Гидроливелирлеу - бұл Ресейде ұзақ уақыт қолданылып келген клинометр мен лентамен тереңдікті өлшеудің баламасы. Бұл әдіс ғимарат құрылысында бір биіктіктегі екі нүктеді табу үшін, яғни еденді тегістеу үшін жиі қолданылады. Ең қарапайым жағдайда, екі ұшы ашық түтікше қолданылады, ол ағаштан жасалған жолаққа бекітіледі, түтікше сумен толтырылады және әр ұшында тереңдігі белгіленеді. Ресейде үңгірлердің тереңдігін өлшеу 1970 жылдары басталды және сол кездегі ауыр жабдықтарды қолданудың қиындықтарына қарамастан тереңдікті өлшеудің ең дәл құралы деп саналды. Бұл әдіске қызығушылық Кавказдағы Арабика массивіне Воронья тауының ашылуынан кейін жанданды. Воронья экспедициясында пайдаланылған гидродеңгей құрылғысы сумен толтырылған мөлдір түтікшеден тұрады, ол орамаға немесе катушкаға орналастырылады. Құбырдың бір шетінде резервуар ретінде жұмыс істейтін резеңке қолғап, екінші шетінде мөлдір терезелі металл қорап орналастырылады. Қаптамада тереңдік өлшегіш функциясы бар суға түсушінің цифрлық қол сағаты орналасқан. Егер резеңке қолғап бір станцияға, ал тереңдік өлшегіші бар қорап төменгі станцияға орналастырылса, онда екі нүкте арасындағы гидростатикалық қысым тек биіктік пен су тығыздығының айырмашылығына байланысты болады, яғни құбырдың бағыты қораптағы қысымға әсер етпейді. Тереңдік өлшегіштің оқуы жоғары және төменгі станция арасындағы көрінетін тереңдік өзгеруін береді. Тереңдіктің өзгеруі "көрініп тұр", өйткені тереңдік өлшегіштер теңіз суына калибрленген, ал гидродеңгей тұщы сумен толтырылады. Сондықтан тереңдіктің көрінетін өзгеруін шын тереңдіктің өзгеруіне айналдыратын коэффициент анықталуы тиіс. Бірінен соң бірі келетін екі станциядан алынған мәліметтерді қосқанда үңгірдің жалпы тереңдігі анықталады.

Сауалнама қателерін анықтау

Үңгірлерді зерттеу үшін қолданылатын құрал-жабдықтар жақсаруда. Компьютерлерді, инерциялық жүйелерді және электрондық қашықтықты анықтаушыларды пайдалану ұсынылды, бірақ қазіргі уақытта практикалық жерасты қолданбалары аз. Осы жетістіктерге қарамастан, ақаулы аспаптар, дәл емес өлшеулер, жазу қателері немесе басқа да факторлар әлі де толығымен емес зерттеуге әкелуі мүмкін, ал бұл қателерді анықтау қиын. Кейбір үңгірлердегі геодезия әр станцияны екі рет өлшеп, алдыңғы станцияға қарама-қарсы бағыттағы артқа қарай көз жүгіртуді жазады. Артқа қарай қарап тұрған компастың 180 градусқа айырмашылығы және клинометрдің бірдей мәні, бірақ кері бағытта (мысалы, теріс емес, оң) бастапқы өлшеудің дәл болғанын көрсетеді. Үңгірдегі бір айналым бастапқы нүктесіне дейін тексерілгенде, алынған сызық сызбасы да жабық айналымға айналуы керек. Бірінші және соңғы станциялар арасындағы кез келген бос орын циклді жабу қатесі деп аталады. Егер бір қате болмаса, циклді жабу қатесі жинақталған дәлсіздіктерге байланысты деп есептеуге болады, ал үңгірлерді зерттеу бағдарламалық жасақтамасы цикл станцияларының барлық мүмкін қателерін орташалай отырып, "циклді жабуы" мүмкін. Зерттеудің дәлдігін тексеру үшін айналымдар бір үңгірдің бірнеше кіреберісінің аралығындағы жердің бетін зерттеу арқылы да жасалуы мүмкін. Төменгі жиіліктегі үңгір радиосын қолдану зерттеудің дәлдігін тексеруге мүмкіндік береді. Жер бетіндегі қабылдағыш құрылғы радио толқынының геометриясын өлшеуі арқылы үңгірдегі жолдың тереңдігі мен орналасуын анықтай алады. Жер асты зерттеуімен жер бетіндегі суретті қабылдаушыдан үңгірдің кіреберісінің артына дейін жасанды цикл жасайды, содан кейін циклдің жабылу қателігін анықтау мүмкін. Бұрын үңгіршілер күрделі үңгір карталарын зерттеу қателерін анықтағаннан кейін қайтадан сызудан тартыншақ еді. Бүгінде компьютерлік картография деректер түзетілгеннен кейін үңгір карталарын автоматты түрде қайта тарта алады.

Жер зерттеу бағдарламалық жасақтамасы

Компьютерлік платформаларда көптеген геодезиялық бағдарламалар бар, олардың көпшілігі компьютерлік бағдарламалауды негізге ала отырып, үңгіршілермен әзірленген. Көптеген топтамалар белгілі бір тапсырмалар үшін өте жақсы жұмыс істейді, сондықтан көптеген үңгірлер геодезиялық зерттеушілері картографиялық тапсырмалар үшін бір өнімді екіншісіне қарағанда таңдамайды. Орталық сызықты зерттеуді жүргізу үшін танымал бағдарлама - Survex, оны бастапқыда Кембридж университетінің Caving клубы мүшелері Австрияға клуб экспедицияларынан алынған зерттеу деректерін өңдеу үшін әзірледі. Ол 1992 жылы көпшілікке таратылды. Орталық сызық деректері әртүрлі форматта экспортталуы мүмкін, ал үңгірдің егжей-тегжейі AutoCAD, Adobe Illustrator және Inkscape сияқты басқа да бағдарламалармен тартылады. "Туннель" және "Терион" сияқты басқа бағдарламалар картаның орта сызығын және картаны өңдеуге толық мүмкіндік береді. Therion, атап айтқанда, зерттеу циклдарын жапқан кезде, олардың ұзындығына сәйкес келетін жолдарды бұрады, яғни бүкіл жолдарды қайта салудың қажеті жоқ. Therion-дың 2D-ге ауысу қабілетімен айырмашылығы, CaveWhere 3D-ге ауысады. Бұған деформация жоспары мен профильді эскиздер кіреді. CaveWhere сонымен қатар үңгірлердегі зерттеу деректерін енгізу және визуализациялау үшін пайдаланушыға ыңғайлы интерфейс ұсынады. Жер бетіндегі LiDAR құрылғыларының дәлдігі айтарлықтай артып, бағасы төмендеп келеді. Бірнеше үңгірлер "ұшу уақыты" және "фазалық ауысу" LiDAR құрылғыларын қолдана отырып "сканерленді". Әрқайсысының айырмашылығы салыстырмалы дәлдігінде. Орегон үңгірлері ұлттық паркі 2011 жылдың тамызында Лидар сканерлеуімен, сондай-ақ Орегонның оңтүстік-шығысындағы Пейсли үңгірлері археологиялық қазба орнымен бірге сканерленді. Екеуі де FARO Focus фазалық ауысу сканерімен +/ 2 мм дәлдікпен сканерленді. Орегон үңгірлері басты кіреберісінен 110-шы шығысқа дейін сканерленді және басталған нүктеге дейін тексерілді. Деректер әлі де көпшілік үшін қол жетімді емес, бірақ олардың көшірмелері АҚШ Парк қызметі мен Портлендте (Орегон) i TEN Associates компаниясында сақталған.

Автоматтандырылған әдістер

Соңғы жылдары тау-кен өнеркәсібінде HORTA деп аталатын жер асты географиялық орналасу технологиясы қолданылды. Инерциялық навигациялық жүйе технологиясы гироскоп пен акселерометрді 3D-деген позицияны анықтауға көмектеседі. Мұндай автоматтандырылған әдістер жер асты зерттеудің өнімділігін елу есеге арттырып, нақты және егжей-тегжейлі карталарды жасады.