利用3D激光扫描探测盐洞和冰洞的结构变化

作者:托马索·桑塔加塔

地面激光扫描(TLS)用于地下勘测已有十几年的历史，并越来越多地用于洞穴勘探和研究。虚拟地理公司的托马索·桑塔加塔维加最近使用的徕卡地理系统激光扫描解决方案在两个洞穴调查:在智利的Lechuza盐洞和在意大利的自然井冰洞的形态(形式和结构)变化的调查。

Santagata解释了每隔一段时间进行的详细扫描如何能够洞察洞穴环境中的物理变化，“尽管洞穴中发生的大多数过程相对缓慢，但有些过程可能很快，如洪水造成的侵蚀。这些地质变化可以通过地面激光扫描测量进行监测，并通过比较“前后”三维模型进行测量。这是一种随时间进行比较的有趣工具，因此正在增加。”y被用于气候变化研究。”

测量Lechuza洞穴（Cordillera de La Sal）洪水引起的变化

靠近智利的圣佩德罗德阿塔卡马村有一个重要的洞穴，由渐新世-中新世矿床岩石组成，被称为科迪勒拉德拉萨尔。2015年和2018年进行的两项调查使圣塔加塔的团队得以验证和测量由于2017年洪水造成的洞穴的小地形变化，洪水导致洞穴中的河流流动并溶解了一定量的盐——通常被称为岩盐。

2015年，该洞穴的完整3D勘测由拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店还有里雅斯特的格罗特·Eugenio Boegan委员。该团队使用徕卡HDS7000相位激光扫描仪进行了大约50次扫描。2018年，拉文塔团队与博洛尼亚大学合作，使用了一种徕卡ScanStation P40进行68次扫描，包括在洞穴上游的外部峡谷中测量约200米，作为国家地理学会支持的研究项目“阅读阿塔卡马盐洞”的一部分。

随后对以点云文件格式获得的Lechuza数据进行分析，以确定发生变化的区域。Santagata解释道，“由于发现的变化非常有限，因此有必要识别共同点，并将点云定位在相同的原点和方向上进行比较。在洞穴的至少三个区域中，识别并数字化了天花板坍塌和地面侵蚀，以获得ca这些部分的详细剖面ve.这两项调查之间的比较表明，在这种情况下，有可能准确记录发生滑脱或急流侵蚀的区域。”

天然井冰岩洞穴监测项目：冰塌测量

第二项研究涉及意大利白云岩中最深、体积最大的洞穴之一的Cenote深渊中的地下冰沉积。1994年，法恩斯、塞恩斯和布雷斯地区公园的一个小湖突然排空，导致入口打开，从而发现了280米深的冰洞NCE由一个130米厚的巨大层状冰沉积物组成；在充满冰的入口部分的下限处，一个竖井打开——无冰，165米深——通向一个圆顶形的洞室，洞室中有一个岩洞冰川。

2015年、2016年和2018年进行的激光扫描调查使Santagata的团队能够估计由于坍塌造成的变化，并为一个完整的监测项目获取数据。2015年10月的第一次考察包括使用HDS7000相位激光扫描仪对最后的舱室进行完整的3D激光扫描调查。此次调查提供了洞室(42万m³)的详细体积，并首次记录了悬吊在洞顶的冰块和洞底的岩状冰川的位置。在这次探险以及随后的2016年和2018年的探险中，使用P40扫描站对洞穴的其他部分进行了3D扫描。

圣塔加塔解释说:“由于在接下来的几年里，一些通道会被冰填满，所以不可能重复对最后一个舱室的调查(这将是未来探险的目标)。然而，这些年在岩洞上部获得的数据让我们得以研究入口附近的前两个房间发生的变化。特别是，在一个地区突出了塌方，导致了2016年之后发生的通道扩大。在坍塌前后，我们对该区域进行了3D扫描，获得的数据使我们能够验证剥离情况，并量化坍塌岩石的体积。”

我们使用两种不同的方法来比较点云:首先，我们对两个数据集进行快速比较，以便了解我们更详细的分析应该集中在哪里。其次，我们提取了几个感兴趣的区域“切片”。我们出口这些地区是为了实现完全的数字化，以便更好地估计岩石坍塌的体积，约为61m³。”

正在进行的研究：使用三维模型了解地质过程

研究表明，三维激光扫描是一种有用的测量技术，可以突出自然结构的变化。Santagata说，获得的数据可以用来帮助解释其他地质信息，“例如，通过比较Lechuza洞穴研究突出显示的变化提供了有趣的数据，这些数据很容易与两次调查活动期间该地区发生的降雨量相关联。”

“在空心洞深渊的情况下，坍塌可能是由于温度变化引起的，考虑到该区域受到安装在洞穴中的温度和气压传感器记录的表面温度和洞穴温度之间的波动。正在对洞穴该区域进行详细的环境监测，并重复三维模型将让我们了解这些过程对阿尔卑斯山冰洞的起源和发展是否重要。”

探索3D项目:
阿塔卡马盐洞穴
阿塔卡马3 d模型
2018年和平纪念碑探险队
Cenote三维模型

参与调查的关键人物：Tommaso Santagata（Vigea-虚拟地理机构和拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店)，Umberto Del Vecchio（Vigea-虚拟地理机构和拉文塔埃斯波拉齐奥尼酒店)、Jo De Waele(博洛尼亚和拉本塔大学)、Francesco Sauro(博洛尼亚和拉本塔大学)、Stefano Fabbri(博洛尼亚大学/拉本塔大学)。

LeCuZa洞穴探险由La Vuna EsPrRoasii GeGravikHe协会和波罗尼亚大学Bigea系的科学支持组织，并与2015年联合会G.O.BoeGe合作。2018年的科学考察获得了国家地理学会的资助，并在智利国家地理委员会的支持下实现。Cenote监测是一个多学科项目，作为冰川内部项目的一部分，由La Venta、BIGEA、Fanes Sennes和Braies区域公园与GST工作室和Eli Friulia、维琴察Speleo Club Proteto、Gruppo Grotte Treviso和Gruppo Speleologico Padovano合作组织。