3D洞穴映射与手持式和陆地激光扫描

Author: Tommaso Santagata

在意大利北部，在雷吉奥·埃米利亚（Reggio Emilia）的阿本尼（Apennine）地区是“塔娜·德拉·穆西纳（Tana Della Mussina）”，这是一个以盖塔诺·基里奇（Gaetano Chierici）在1872年发掘中发现的考古文物而闻名的洞穴。作为当地洞穴小组的研究项目的一部分 -GSPGC- 虚拟地理机构Vigea最近3D使用了该洞穴系统的入口部分Leica Blk2go, a handheld imaging laser scanner.

Mobile scanning allowed a team led by Tommaso Santagata from Vigea to map more of the cave than in previous surveys, thanks to the equipment’s smaller size, lighter weight and fast scanning speeds. This technique has the potential to allow cave researchers to capture 3D detail in challenging sites.

3D mapping the Tana della Mussina

The project was organised by the GSPGC caving group and theFSRERcaving association. Since 1967 the GSPGC has carried out exploration, research and study of the underground world in Italy and internationally. The group has discovered and explored numerous caves, often of considerable development and depth. They take part in many exploratory and research collaborations with most Italian speleological (cave study) groups, both regionally and nationally.

Tana Della Mussina是CàSperanza-Mussina Cave System的一部分，该系统本身就是Messinian Gypsum的一部分（日期为5.6至600万年）。石膏以一系列不连续的白垩露头为特征，这些露头的特征是存在几个凹坑，在许多情况下，粘土和泥浆的滑坡遮住了，它们会耗尽地表水的饲养喀斯特系统。喀斯特是由石灰石，白云岩和石膏等可溶岩石形成的土地。Gaetano Chierici在1872年对洞穴发掘的发掘发现了人类的遗体（公元前第三千年）和陶瓷，火石和铜伪影。

Terrestrial Laser Scanning vs mobile mapping in cave systems

地面激光扫描(TLS)工具是我ncreasingly used to 3D map natural and artificial caves for study, providing a high level of accurate detail. However, it’s not always possible to create a complete map. Underground environments are challenging by nature, can be difficult to access through narrow and low passages, may contain high water levels and its cold temperatures make studies difficult.

“有时使用需要三脚架的激光扫描仪有局限性，或者在困难的位置安全工作，从而损害了3D扫描一些完整的洞穴环境的可能性。手持式成像激光扫描仪是较新的仪器，可以在步行时提供3D点云。由于可能更舒适地移动并在更快的时候检测到，这种技术可以用于几乎完全捕获洞穴系统。” Santagata解释说。

Testing the BLK2GO handheld imaging scanner in Tana della Mussina

作为GSPGC和FSRER项目的一部分，Tana Della Mussina是2019年和2020年3D扫描调查的对象。在第一次调查中，使用A洞穴进行了3D扫描Leica ScanStation P40测量级，高清3D激光扫描解决方案和BLK2GO，手持，无线和轻量级成像激光扫描仪。处理的数据经过处理以创建地形图。2020年6月，对BLK2GO扫描仪进行了测试，其目标是3D扫描，该扫描是在上一场运动中已经绘制过的洞穴的同一部分。

Santagata解释了映射过程：“与惯性测量单元（IMU）集成在一起，BLK2GO允许我们进入3D地图并获取RGB数据信息以获得彩色的3D点云。当您移动时，BLK2GO将重新创建3D空间。与iPhone配对并使用Leica Geosystems的专用应用程序，它使我们能够实时查看结果的预览并控制乐器，并可能获取照片并添加在导出点云中查看的地理标签。”

洞穴扫描的未来 - 结合自由和高清工具

Santagata反思了该项目的成功以及在洞穴场景中移动映射的潜力，“ 3D激光扫描技术中的新创新可以带来斑方学的进展，尤其是通过使用便携式映射系统。诸如BLK2GO之类的手持移动映射工具能够从传统的激光扫描仪系统（可以保证更精确和更高的定义）中获取不同的细节，从而使我们能够在具有更多自由的地下环境中检测到3D。”

And crucially, through the integration of different systems, it is possible to obtain greater detail in the areas of interest using a terrestrial laser scanner and get a rapid global mapping of the environment in a short time with handheld systems - an ideal result.”

Explore the projects in 3D:
Test in Cave
内部数据详细说明from Valerio Brunelli
Data Elaboration Outsidefrom Valerio Brunelli

参与该项目的关键人物：Tommaso Santagata（Vigea-虚拟地理代理），Valerio Brunelli（意大利Leica Geosystems）和Stefano Bergianti（Gruppo Speleologico Paletnologico Gaetnologico Gaetano Gaetano gaetano Chierici di Reggio Emilia）。

进一步阅读：
De Waele，J.，Fabbri，S.，Santagata，T.，Chiarini，V.，Columbu，A.，Pisani，L。（2018）石膏洞中使用陆生激光扫描和3D摄影测量法（意大利Emilia Romagna）中的几何形态和棘突遗传学观测。地貌学，319，47-61。