Введение
Пещерный обзор - это карта всей или части пещерной системы, которая может быть создана для соответствия различным стандартам точности в зависимости от условий пещер и оборудования, доступного под землей. Опрос пещер и картография, то есть создание точной, подробной карты, является одной из самых распространенных технических мероприятий, проводимых в пещере, и является основополагающей частью спелеологии. Исследования могут использоваться для сравнения пещер друг с другом по длине, глубине и объему, могут раскрыть подсказки о спелеогенезе, обеспечить пространственную ссылку для других областей научного исследования и помочь посетителям в поиске маршрута. Традиционно пещерные обследования производятся в двухмерной форме из-за ограничений печати, но учитывая трехмерную среду внутри пещеры, современные методы с использованием компьютерного проектирования все чаще используются, чтобы обеспечить более реалистичное представление системы пещер.
История
Первый известный план пещер датируется 1546 годом, и был из пещеры, сделанной человеком из туфа, называемой Stufe di Nerone (печь Нерона) в Поцзуоли недалеко от Неаполя в Италии. Первой на карте была пещера Бауманшёле в Германии, очерк которой сохранился до 1656 года. Еще один ранний обзор датируется 1680 годом и был сделан Джоном Обри из Лонг-Холл в ущелье Чеддар. Он состоит из высотной части 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 приборами, - это Грот де Миремон во Франции. Это было обследовано инженером-строителем в 1765 году и включает в себя многочисленные поперечные сечения. Эдуард Альфред Мартель был первым человеком, который описал методы геодезирования. Его обследования были сделаны, имея помощника ходить вниз по коридору, пока они были почти вне поля зрения. Мартель затем взял компас, направленный на свет помощника, и измерил расстояние, приблизившись к помощнику. Это будет эквивалентно современному исследованию BCRA 2 класса. Первая пещера, чья центральная линия была вычислена компьютером, - пещера реки Фергус в Ирландии, которая была намечена членами UBSS в 1964 году. Программное обеспечение было запрограммировано на большой университетский компьютер, и был создан бумажный график.
Методология
Существует много вариаций методологии обследования, но большинство из них основаны на схожих шагах, которые не изменились в основном за 250 лет, хотя инструменты (компас и лента) стали меньше и точнее. С конца 1990-х годов цифровые инструменты, такие как дистометры, начали менять процесс, что привело к появлению полностью безбумажных геодезических исследований около 2007 года. Основным изменением обычной методологии, описанной ниже, были такие устройства, как геодезические устройства LIDAR и SONAR, которые создают облако точек, а не серию связанных станций. Видео-опрос также существует в прототипе.
Рисуем линейный график
Позже картограф анализирует записанные данные, преобразуя их в двумерные измерения с помощью геометрических вычислений. Из них он создает линейный график, масштабированное геометрическое представление пути через пещеру.
Окончательное оформление
Затем картограф рисует детали вокруг линии, используя дополнительные данные о размерах прохода, потоке воды и топографии пола / стены, записанные в то время, чтобы создать завершенный обзор пещеры. Пещерные обзоры, начертанные на бумаге, часто представляются в двухмерном плане и/или профильном представлении, в то время как компьютерные обзоры могут имитировать три измерения. Хотя пещерные исследования в основном предназначены для функциональных целей, некоторые пещерные исследователи считают их формой искусства.
Гидроуровневание
Гидроуровневание является альтернативой измерению глубины клинометром и лентой, которая имеет долгую историю использования в России. Этот метод регулярно используется в строительстве зданий для нахождения двух точек с одинаковой высотой, как при выравнивании пола. В самом простом случае используется трубка с открытыми концами, прикрепленная к деревянной полосе, и трубка заполняется водой, а глубина на каждом конце отмечается. В России измерение глубины пещер с помощью гидроуровнения началось в 1970-х годах и считалось самым точным средством измерения глубины, несмотря на трудности в использовании громоздкого оборудования того времени. Интерес к методу возродился после открытия Вороньи на Арабика Массиве на Кавказе - в настоящее время вторая по глубине пещера в мире. Устройство гидроуровня, используемое в недавних экспедициях Вороньи, состоит из прозрачной трубки, заполненной водой, которая скручивается или помещается на катушку. На одном конце трубки помещается резиновая перчатка, которая действует как резервуар, а на другом - металлическая коробка с прозрачным окном. Цифровые наручные часы дайвера с функцией измерения глубины погружены в коробку. Если резиновая перчатка размещена на одной станции, а коробка с глубинметром - на нижней, то гидростатическое давление между двумя точками зависит только от разницы в высотах и плотности воды, т.е. траектория трубки не влияет на давление в коробке. Счет глубиномера показывает видимое изменение глубины между верхней и нижней станциями. Изменения глубины "очевидны", потому что глубинные газы калиброваны для морской воды, а гидроуровня заполнена пресной водой. Поэтому необходимо определить коэффициент, чтобы преобразовать явные изменения глубины в реальные изменения глубины. Если сложить показания последовательных пар станций, то получится общая глубина пещеры.
Обнаружение ошибок обследования
Оборудование, используемое для исследования пещер, продолжает совершенствоваться. Предлагалось использовать компьютеры, инерционные системы и электронные дальномеры, но в настоящее время практически не существует практических подземных приложений. Несмотря на эти достижения, ошибки приборов, неточные измерения, ошибки в записи или другие факторы могут привести к неточным результатам обследования, и эти ошибки часто трудно обнаружить. Некоторые исследователи пещер измеряют каждую станцию дважды, записывая обратный взгляд на предыдущую станцию в противоположном направлении. Если показания компаса, находящегося в обратном направлении, отличаются на 180 градусов, а показания клинометра имеют одинаковое значение, но в обратном направлении (например, положительное, а не отрицательное), это указывает на то, что исходное измерение было точным. Когда петля внутри пещеры обследуется обратно к начальной точке, полученная линия должна также образовывать замкнутую петлю. Любой промежуток между первой и последней станциями называется ошибкой закрытия цикла. Если не обнаруживается ни одной ошибки, можно предположить, что ошибка закрытия петли связана с кумулятивными неточностями, и программное обеспечение для пещерного обследования может "закрыть петлю", усредняя возможные ошибки во всех станциях петли. Для проверки точности обследования можно также сделать петли, обследуя поверхность между несколькими входами в одну и ту же пещеру. Использование низкочастотного пещерного радио также может подтвердить точность обследования. Приемная единица на поверхности может точно определить глубину и местоположение передатчика в пещерном проходе путем измерения геометрии его радиоволн. Проверка поверхности от приемника обратно к входу в пещеру образует искусственную петлю с подземной проверкой, ошибка закрытия петли которой затем может быть определена. В прошлом пещерные исследователи не хотели перерисовывать сложные пещерные карты после обнаружения ошибок в обследовании. Сегодня компьютерная картография может автоматически перерисовывать пещерные карты после корректировки данных.
Программное обеспечение для геодезических исследований
Существует большое количество пакетов для геодезических исследований, доступных на различных компьютерных платформах, большинство из которых были разработаны пещерниками с базой в компьютерном программировании. Многие из пакетов особенно хорошо подходят для конкретных задач, и поэтому многие пещерные геодезисты не будут выбирать один продукт в пользу другого для всех картографических задач. Популярной программой для создания центральной линии опроса является Survex, которая была первоначально разработана членами Клуба пещерных исследований Кембриджского университета для обработки данных опроса из экспедиций клуба в Австрию. Он был выпущен для общественности в 1992 году. Затем данные центральной линии могут быть экспортированы в различных форматах, а детали пещеры могут быть нарисованы с помощью различных других программ, таких как AutoCAD, Adobe Illustrator и Inkscape. Другие программы, такие как "Туннель" и Therion, имеют полную возможность редактирования центральной линии и карт. В частности, когда Therion закрывает обзорные петли, он искривляет проходы, чтобы они соответствовали их длине, а это означает, что не нужно перерисовывать целые проходы. В отличие от возможностей 2D-отклонения Therion, CaveWhere отклоняет проходы в 3D. Это включает в себя план деформации и профильные эскизы. CaveWhere также поддерживает закрытие цикла (с использованием Survex) и предоставляет удобный для пользователя интерфейс для ввода и визуализации данных пещерного обследования. Наземные устройства LiDAR значительно повышают точность и снижают цену. Несколько пещер были "сканированы" с использованием как "время полета", так и "сдвига фазы" LiDAR-устройств. Различия заключаются в относительной точности, доступной для каждого. Национальный парк пещер Орегона, был сканирован LiDAR в августе 2011 года, как и археологические раскопки в пещерах Пейсли в Юго-Восточном Орегоне. Оба были отсканированы с помощью сканера FARO Focus Phase shift с точностью +/ 2 мм. Пещеры Орегона были отсканированы от главного общественного входа до выхода 110 и были обследованы в петле до точки начала. Данные пока не доступны для общественного использования, но копии хранятся как в Службе парков США, так и в i TEN Associates в Портленде, штат Орегон.
Автоматизированные методы
В последние годы в горнодобывающей промышленности была использована технология подземного географического позиционирования, называемая HORTA. Технология инерциальной навигационной системы использует гироскоп и акселерометр для помощи в определении 3D-позиции. Такие автоматизированные методы позволили более чем в пятьдесят раз увеличить производительность подземных съемок, а также создать более точные и более детальные карты.