Пещерный опрос

Пещерный опрос

Пещерная обследование - это карта всей или части пещерной системы, которая может быть получена для соответствия различным стандартам точности в зависимости от условий пещеры и оборудования, доступного под землей. Пещерная съемка и картография , то есть создание точной, подробной карты, является одной из наиболее распространенных технических действий, предпринимаемых в пещере, и является фундаментальной частью спелеологии . Обследования могут быть использованы для сравнения пещер друг с другом по длине, глубине и объему, могут выявить подсказки о спелеогенезе , обеспечить пространственную ссылку для других областей научного исследования и помочь посетителям с установлением маршрутов.

Традиционно, пещерные обследования производятся в двумерной форме из-за ограничений печати, но, учитывая трехмерную среду внутри пещеры, современные методы с использованием компьютерного дизайна все чаще используются для обеспечения более реалистичного представления системы пещеры.

История

1908 г. Обзор пещер Мраморных Арков от The Yorkshire Ramblers 'Club'

Первый известный план пещеры датируется 1546 году и был из искусственной пещеры в Туфе под названием Stufe Di Nerone (духовка Нерона) в Позуоли недалеко от Неаполя в Италии. Первой естественной пещерой, которая была нанесена на карту, была Бауманншёль в Германии , из которой выжил эскиз из 1656 года.

Еще один ранний опрос датируется до 1680 года, и был сделан Джоном Обри из Лонг -Холотки в ущелье Чеддар . Он состоит из лифтовой секции пещеры. Многочисленные другие исследования пещер были проведены в последующие годы, хотя большинство из них являются эскизами и ограничены по точности. Первая пещера, которая, вероятно, была точно обследована с помощью инструментов, - это Гротте де Миремонт во Франции . Это было обследовано инженером-строителем в 1765 году и включает в себя многочисленные перекрестные сечения. Эдуард-Альфред Мартель был первым человеком, который описывал методы съемки. Его опросы были сделаны путем прохождения помощника по проходу, пока они не были почти не в виду. Мартел затем принесет компаса, подчиняющуюся свету помощника и измеряет расстояние, прижимаясь к помощнику. Это будет соответствовать современному опросу 2 класса BCRA.

Первая пещера, которая была рассчитана по центре линии, - это пещера реки Фергус в Ирландии , которая была построена членами UBSS в 1964 году. Программное обеспечение было запрограммировано на крупный университетский компьютер, и был создан бумажный сюжет.

Методология

Существует множество вариантов методологии обследования , но большинство из них основаны на аналогичном наборе шагов, которые не изменились принципиально в течение 250 лет, хотя инструменты (компас и лента) стали меньше и более точными. С конца 1990 -х годов цифровые инструменты, такие как Defometters, начали менять процесс, что привело к появлению полностью безбумажных исследований примерно в 2007 году. Основными вариациями на нормальной методологии, описанной ниже, были такие устройства, как лидар и сонарские инспекторы, которые создают точку зрения облако, а не серия связанных станций. Видеозапись также существует в форме прототипа.

Геодезия

Исследовательская группа начинается в фиксированной точке (такой как вход в пещеру) и измеряет серию последовательных измерений по линии зрения между станциями. Станции представляют собой временные фиксированные местоположения, выбранные главным образом для их простоты доступа и четкого зрения вдоль пещерного прохода. В некоторых случаях станции опроса могут быть навсегда помечены для создания фиксированной ссылочной точки, на которую можно вернуться позднее.

Измерения, проведенные между станциями, включают:

• направление ( азимут или подшипник ), взятый с компасом
• наклон из горизонтального (DIP), взятого с помощью клинометра
• Расстояние, измеренное с помощью ленты с низким растяжением или лазерного дальномеров
• Необязательно, расстояние до окружающих стен - слева, справа, вверх, вниз ( LRUD )

Совпадает с записи данных по прямой линии, детали размеров прохождения, формы, постепенных или внезапных изменений возвышения, наличия или отсутствия неподвижной воды или проточной воды, местоположение заметных признаков и материал на полу регистрируются, часто с помощью карта эскиза.

Рисуя линейный график

Позже Картограф анализирует записанные данные, преобразуя их в двумерные измерения посредством геометрических расчетов. От них он/она создает линейный сюжет ; масштабированное геометрическое представление пути через пещеру.

Завершение

Затем Картограф рисует детали вокруг линейного участка, используя дополнительные данные о размерах прохода, потоке воды и топографии пола/стен , записанные в то время, для получения завершенного пещерного обследования. Пещеры, нарисованные на бумаге, часто представлены в двумерном плане и/или просмотре профиля , в то время как компьютерные опросы могут имитировать три измерения. Несмотря на то, что в первую очередь предназначены для функциональных, некоторые каверы рассматривают пещерные опросы как форму искусства.

Гидролевативная

Гидролевирование является альтернативой измерению глубины с помощью клинометра и ленты, которая имеет долгий историю использования в России. Техника регулярно используется в строительстве здания для поиска двух точек с той же высотой, что и для выравнивания пола. В простейшем случае используется трубка с обоими коннами, прикрепленная к полосе дерева, а трубка заполняется водой, а глубина на каждом отмечении конца. В России измерение глубины пещер с помощью гидролевоирования началось в 1970 -х годах и считалось наиболее точным средством измерения глубины, несмотря на трудности с использованием громоздкого оборудования того времени. Интерес к методу был возрожден после обнаружения Воронджи на массиве арабики в Кавказе - в настоящее время вторая в мире самая глубокая пещера.

Устройство Hydrolevel, используемое в недавних экспедициях Voronja, включает в себя 50-метровую прозрачную трубку (160 футов), заполненную водой, которая накапливается или помещается на катушку. Резиновая перчатка, которая действует как резервуар, расположена на одном конце трубки, а на другом расположена металлическая коробка с прозрачным окном. Цифровые наручные часы дайвера с функцией глубины погружаются в коробку. Если резиновая перчатка помещена на одну станцию, а коробка с глубинным манометом помещается на нижнюю часть, то гидростатическое давление между двумя точками зависит только от разницы в высотах и ​​плотности воды, то есть маршрут Трубка не влияет на давление в коробке. Чтение глубинного датчика дает очевидное изменение глубины между более высокой и нижней станцией. Изменения глубины «очевидны», потому что датчики глубины откалиброваны для морской воды, а гидроуровь заполнен пресной водой. Следовательно, должен быть определен коэффициент для преобразования кажущихся изменений глубины в истинные изменения глубины. Добавление показаний для последовательных пар станций дает общую глубину пещеры.

Точность

Точность или оценка пещерного обследования зависит от методологии измерения. Общая система оценки обследования заключается в том, что создана Британской ассоциацией исследований пещер в 1960 -х годах, которая использует шкалу из шести классов.

Система оценки BCRA

Оценки BCRA для обследования линии пещеры

1 класс

Наброски низкой точности, где не было сделано никаких измерений

2 класс (используйте только при необходимости, см. Примечание 7)

Может быть использован, если это необходимо, чтобы описать эскиз, который находится в промежуточной точности между 1 и 3 классом.

3 класса

Грубое магнитное обследование. Горизонтальные и вертикальные углы, измеренные до ± 2,5 °; расстояния измерены до ± 50 см; Ошибка положения станции менее 50 см.

4 класс (используйте только при необходимости, см. Примечание 7)

Может быть использован, если это необходимо, для описания опроса, который не может соответствовать всем требованиям 5 класса, но является более точным, чем обследование 3 степени.

5 класс

Магнитный обзор. Горизонтальные и вертикальные углы, измеренные до ± 1 °; Расстояния должны наблюдаться и зарегистрироваться в ближайшем сантиметре и позициях станции, идентифицированных менее 10 см.

6 класс

Магнитный обзор, который более точен, чем 5 класс (см. Примечание 5).

Класс X.

Опрос, который основан в основном на использовании теодолита или общей станции вместо компаса (см. Примечания 6 и 10 ниже).

Примечания

1. Приведенная выше таблица представляет собой резюме, пропуская некоторые технические детали и определения; Определения приведенных выше сортов опроса должны быть прочитаны в сочетании с этими примечаниями.
2. Во всех случаях необходимо следовать духу определения, а не только буквы.
3. Для достижения 3 -го класса необходимо использовать клинометр в отрывках с заметным наклоном.
4. Для достижения 5 степени важно для правильной калибровки инструментов, и все измерения должны быть взяты из точки в пределах сферы диаметра 10 см, центрированной на станции обследования.
5. Опрос 6 класса требует, чтобы компас использовался на пределе возможной точности, то есть точно до ± 0,5 °; Показания клинометра должны быть до той же точности. Ошибка положения станции должна составлять менее ± 2,5 см, что потребует использования штатива на всех станциях или других маркерах с фиксированной станцией («крыша кровков»).
6. Опрос класса X должен включать в примечания примечания, описанные примечания об использованных инструментах и ​​методах вместе с оценкой вероятной точности опроса по сравнению с исследованиями 3, 5 или 6.
7. 2 и 4 классы предназначены только для использования только тогда, когда на некотором этапе обследования физические условия не позволили опросу достичь всех требований для следующего более высокого уровня, и это не практично для повторного выравнивания.
8. Пещерные организации и т. Д. Поощряются воспроизвести Таблицу 1 и Таблицу 2 в их собственных публикациях; Разрешение не требуется от BCRA для этого, но таблицы не должны быть перепечатаны без этих примечаний.
9. Степень x потенциально более точен, чем 6 -й класс. Никогда не следует забывать, что теодолит/общая станция представляет собой сложный точный инструмент, который требует значительного обучения и регулярной практики, если серьезные ошибки не должны быть сделаны благодаря его использованию!
10. При рисунке координаты обследования должны быть рассчитаны, а не нарисован вручную с правилом масштаба и транспортиром, чтобы получить 5 класс.

Оценки BCRA для записи детали прохода пещеры

Класс а

Все детали отрывка на основе памяти.

Класс б

Детали прохода, оцененные и записанные в пещере.

Класс c

Измерения детализации, сделанные только на станциях опроса.

Класс d

Измерения детализации, сделанные на станциях обследования, и где бы то ни было, нужно было продемонстрировать значительные изменения в размерах прохода.

Примечания

1. Точность детализации должна быть аналогична точности линии.
2. Обычно следует использовать только одну из следующих комбинаций сортов обследования:
   • 1A
   • 3b или 3c
   • 5c или 5d
   • 6d
   • Xa, xb, xc или xd

Обнаружение ошибок опроса

Оборудование, используемое для проведения пещерного опроса, продолжает улучшаться. Было предложено использование компьютеров, инерционных систем и электронных дистанционных искателей, но в настоящее время развилось немногие практические подземные приложения.

Несмотря на эти достижения, неисправные инструменты, неточные измерения, ошибки регистрации или другие факторы могут по -прежнему привести к неточному обзору, и эти ошибки часто трудно обнаружить. Некоторые пещерные геодезисты дважды измеряют каждую станцию, записывая обратную сторону на предыдущую станцию ​​в противоположном направлении. Показание обработки компас, которое отличается на 180 градусов, и чтение клинометра, которое является одинаковым значением, но с обратным направлением (например, положительным, а не отрицательным) указывает на то, что исходное измерение было точным.

Когда петля в пещере рассматривается обратно к своей отправной точке, полученный линейный график также должен сформировать закрытый цикл. Любой разрыв между первым и последним станциями называется ошибкой с задержкой петли . Если ни одна ошибка не является очевидной, можно предположить, что ошибка складывания петли обусловлена ​​кумулятивными неточностями, а программное обеспечение для обследования пещер может «закрыть цикл», усредняя возможные ошибки на станциях цикла. Петли для проверки точности обследования также могут быть сделаны путем обследования по поверхности между несколькими входами в одну и ту же пещеру.

Использование низкочастотного радио-радио также может проверить точность опроса. Приемная единица на поверхности может точно определить глубину и расположение передатчика в пещерном проходе путем измерения геометрии его радиоволн. Обследование над поверхностью от приемника обратно до входа в пещеру образует искусственный цикл с подземным обзором, чья ошибка складывания петли может быть затем определена.

В прошлом каверы неохотно перерисовывались сложные карты пещер после обнаружения ошибок обследования. Сегодня компьютерная картография может автоматически перерисовать карты пещер после исправления данных.

Обследование программного обеспечения

На различных компьютерных платформах доступно большое количество пакетов для обследования, большинство из которых были разработаны каверами с основанием для компьютерного программирования. Многие из пакетов работают особенно хорошо для конкретных задач, и, как таковые, многие пещерные геодезисты не будут выбирать только один продукт над другим для всех картографических задач.

Популярной программой для производства центральной линии является опрос , которая была первоначально разработана членами Клуба Кавинг Кембриджского университета для обработки данных опроса от клубных экспедиций в Австрию. Он был выпущен для публики в 1992 году. Затем данные центральной линии можно экспортировать в различных форматах и ​​детали пещеры, привлеченные с различными другими программами, такими как AutoCAD , Adobe Illustrator и Inkscape . Другие программы, такие как «туннель» и Therion, имеют полную центральную линию и возможности редактирования карт. В частности, когда она закрывает петли съемки, искажает отрывки, чтобы соответствовать их длине, а это означает, что целые отрывки не должны быть перерисованы. В отличие от 2D -возможностей Therion, Cavewhere Where Warps отрывки в 3D. Это включает в себя план деформации и наброски профиля. Cavewhere также поддерживает закрытие цикла (с использованием Survex) и предоставляет удобный интерфейс для введения и визуализации данных обследования пещер.

Земные лидарные подразделения значительно увеличиваются по точению и снижению цены. Несколько пещер были «отсканированы», используя как «время полета», так и лидарные подразделения «фазовый сдвиг». Различия находятся в относительной точности, доступной для каждого. Национальный парк Пещеры Орегона был сканирован в августе 2011 года, как и археологические места раскопок Пейсли в Се -Орегоне. Оба были отсканированы с помощью сканера фазы фокуса Фаро с точностью +/- 2 мм. Пещеры Орегона были отсканированы с основного публичного входа в выход 110 и были обследованы петлей до начала. Данные еще не доступны для общественного пользования, но копии сохраняются как Ассоциациями США, так и I-Ten Associates в Портленде, штат Орегон.

Автоматические методы

технология подземного географического позиционирования, называемая Horta промышленности использовалась В последние годы в горнодобывающей . Технология инерциальной навигационной системы использует гироскоп и акселерометр для помощи в определении 3D -положения.

Такие автоматизированные методы обеспечили более чем пятьдесят раз увеличение производительности подземных съемки с более точными и более тонкими картами детализации.

Смотрите также

• Пещерная дайвинг -дайвинг в наполненных водой пещер
• Ceving - развлекательное времяпрепровождение по изучению пещерных систем
• Список самых длинных пещер

Внешние ссылки

• История лазерного сканирования: пещеры Пейсли
• Compass Points , официальный журнал группировки BCRA Cave Specietying
• CaveMaps.org Surveys , коллекция опросов британских пещер