Grottundersökning

En grottundersökning

En grottundersökning är en karta över hela eller delar av ett grottsystem , som kan produceras för att möta olika standarder för noggrannhet beroende på grottförhållandena och utrustning som finns tillgänglig under jord. Grottmätning och kartografi , dvs skapandet av en exakt, detaljerad karta, är en av de vanligaste tekniska aktiviteterna som utförs inom en grotta och är en grundläggande del av speleologi . Undersökningar kan användas för att jämföra grottor med varandra efter längd, djup och volym, kan avslöja ledtrådar om speleogenes , ge en rumslig referens för andra vetenskapliga studier och hjälpa besökare med att hitta vägar.

Traditionellt produceras grottundersökningar i tvådimensionell form på grund av tryckets begränsningar, men med tanke på den tredimensionella miljön inuti en grotta används moderna tekniker med datorstödd design alltmer för att möjliggöra en mer realistisk representation av ett grottsystem.

Historia

Hand-drawn map of a cave, showing meandering underground river passage as well as surface topography including large shakeholes.
1908 undersökning av Marble Arch Caves av Yorkshire Ramblers' Club

Den första kända planen av en grotta är från 1546 och var av en konstgjord grotta i tuff som kallas Stufe di Nerone (Neros ugn) i Pozzuoli nära Neapel i Italien. Den första naturliga grottan som kartlades var Baumannshöhle i Tyskland , av vilken en skiss från 1656 finns kvar.

En annan tidig undersökning är från före 1680 och gjordes av John Aubrey från Long Hole i Cheddar Gorge . Den består av en höjddel av grottan. Många andra undersökningar av grottor gjordes under de följande åren, även om de flesta är skisser och är begränsade i noggrannhet. Den första grottan som sannolikt har undersökts noggrant med instrument är Grotte de Miremont i Frankrike . Detta undersöktes av en civilingenjör 1765 och omfattar många tvärsnitt. Édouard-Alfred Martel var den första personen som beskrev lantmäteritekniker. Hans undersökningar gjordes genom att en assistent gick nerför passagen tills de nästan var utom synhåll. Martel tog sedan en kompassriktning till assistentens ljus och mätte avståndet genom att gå fram till assistenten. Detta skulle motsvara en modern BCRA Grade 2-undersökning.

Den första grottan som har sin mittlinje beräknad av en dator är Fergus River Cave i Irland , som ritades av medlemmar av UBSS 1964. Mjukvaran programmerades på en stor universitetsstordator och en pappersplot producerades.

Metodik

Det finns många variationer av mätmetodik , men de flesta är baserade på en liknande uppsättning steg som inte har förändrats i grunden på 250 år, även om instrumenten (kompass och tejp) har blivit mindre och mer exakta. Sedan slutet av 1990-talet har digitala instrument som distometrar börjat förändra processen, vilket leder till tillkomsten av helt papperslösa mätningar runt 2007. Den huvudsakliga variationen på den normala metodiken som beskrivs nedan har varit enheter som LIDAR och SONAR mätare som producerar en punkt moln snarare än en serie länkade stationer. Videobaserad mätning finns också i prototypform.

Undersökande

Ett undersökningsteam börjar vid en fast punkt (som grottans ingång) och mäter en serie på varandra följande siktlinjemätningar mellan stationer. Stationerna är tillfälliga fasta platser som främst valts för att de är lätta att komma åt och fri sikt längs grottgången. I vissa fall kan mätstationer markeras permanent för att skapa en fast referenspunkt som man kan återvända till vid ett senare tillfälle.

Mätningarna mellan stationerna inkluderar:

Sammanfallande med registrering av rätlinjiga data registreras detaljer om passagedimensioner, form, gradvisa eller plötsliga höjdförändringar, förekomst eller frånvaro av stillastående eller strömmande vatten, platsen för anmärkningsvärda egenskaper och materialet på golvet, ofta med hjälp av en skisskarta.

Rita en linjeritning

Senare analyserar kartografen de inspelade data och omvandlar dem till tvådimensionella mätningar genom geometriska beräkningar. Av dem skapar han/hon ett linjediagram ; en skalenlig geometrisk representation av vägen genom grottan.

Slutför

Kartografen ritar sedan detaljer runt linjediagrammet, med hjälp av ytterligare data om passagedimensioner, vattenflöde och golv-/väggtopografi som registrerades vid den tidpunkten, för att producera en komplett grottundersökning. Grottundersökningar ritade på papper presenteras ofta i tvådimensionella plan- och/eller profilvyer , medan datorundersökningar kan simulera tre dimensioner. Även om de främst är designade för att vara funktionella, anser vissa grottmästare grottundersökningar som en konstform. [ vem? ]

Hydronivellering

Hydronivellering är ett alternativ till att mäta djup med klinometer och tejp som har en lång historia av användning i Ryssland. Tekniken används regelbundet i byggnadskonstruktion för att hitta två punkter med samma höjd, som vid avjämning av ett golv. I det enklaste fallet används ett rör med båda ändar öppna, fäst på en träremsa, och röret fylls med vatten och djupet i varje ände markeras. I Ryssland började man på 1970-talet att mäta grottornas djup med vattenavjämning och ansågs vara det mest exakta sättet att mäta djup trots svårigheterna med att använda den tidens besvärliga utrustning. Intresset för metoden har återupplivats efter upptäckten av Voronja på Arabica-massivet i Kaukasus – för närvarande världens näst djupaste grotta.

Vattennivåanordningen som användes under de senaste Voronja-expeditionerna består av ett 50 meter (160 fot) genomskinligt rör fyllt med vatten, som rullas ihop eller placeras på en rulle. En gummihandske som fungerar som en reservoar placeras i ena änden av röret och en metalllåda med ett genomskinligt fönster placeras i den andra. Ett dykares digitala armbandsur med djupmätningsfunktion är nedsänkt i lådan. Om gummihandsken placeras på en station och lådan med djupmätaren placeras på en lägre, beror det hydrostatiska trycket mellan de två punkterna endast på skillnaden i höjder och vattnets densitet, dvs. röret påverkar inte trycket i lådan. Avläsning av djupmätaren ger den skenbara djupförändringen mellan den högre och lägre stationen. Djupförändringar är "uppenbara" eftersom djupmätare är kalibrerade för havsvatten och vattennivån är fylld med sötvatten. Därför måste en koefficient bestämmas för att omvandla skenbara djupändringar till verkliga djupändringar. Att lägga till avläsningarna för på varandra följande par av stationer ger grottans totala djup.

Noggrannhet

Noggrannheten, eller betyget , för en grottundersökning beror på mätmetoden. Ett vanligt undersökningssystem är det som skapades av British Cave Research Association på 1960-talet, som använder en skala med sex betyg.

BCRA betygssystem

BCRA-graderingar för en grottlinjeundersökning

Grad 1
Skiss med låg noggrannhet där inga mätningar har gjorts.
Grad 2 (använd endast vid behov, se not 7)
Kan användas vid behov för att beskriva en skiss som är mellan i noggrannhet mellan Grad 1 & 3
Grade 3
A grov magnetisk undersökning. Horisontella och vertikala vinklar uppmätt till ±2,5 °; avstånd uppmätt till ±50 cm; stationspositionsfel mindre än 50 cm.
Betyg 4 (använd endast om det behövs, se not 7)
Kan användas, om nödvändigt, för att beskriva en undersökning som inte uppfyller alla kraven i Betyg 5 men som är mer exakt än en undersökning i Betyg 3.
Grad 5
A Magnetisk undersökning. Horisontella och vertikala vinklar uppmätt till ±1 °; avstånd bör observeras och registreras till närmaste centimeter och stationspositioner identifieras till mindre än 10 cm.
Grad 6
En magnetisk mätning som är mer exakt än betyg 5, (se not 5).
Grad X
En undersökning som i första hand baseras på användningen av en teodolit eller totalstation istället för en kompass (se not 6 och 10 nedan).
Anteckningar
  1. Tabellen ovan är en sammanfattning, utan några tekniska detaljer och definitioner; definitionerna av undersökningsbetygen som ges ovan måste läsas i samband med dessa anteckningar.
  2. I alla fall är det nödvändigt att följa definitionens anda och inte bara bokstaven.
  3. För att uppnå grad 3 är det nödvändigt att använda en klinometer i passager med avsevärd lutning.
  4. För att uppnå grad 5 är det viktigt att instrumenten är korrekt kalibrerade, och alla mätningar måste göras från en punkt inom en 10 cm diameter sfär centrerad på undersökningsstationen.
  5. En undersökning av grad 6 kräver att kompassen används vid gränsen för möjlig noggrannhet, dvs exakt till ±0,5 °; klinometeravläsningarna måste vara med samma noggrannhet. Stationspositionsfel måste vara mindre än ±2,5 cm, vilket kräver användning av stativ vid alla stationer eller andra fasta stationsmarkörer ('takkrokar').
  6. En undersökning av grad X ska på ritningsanteckningarna innehålla beskrivningar av de instrument och tekniker som används, tillsammans med en uppskattning av undersökningens sannolika noggrannhet jämfört med undersökningar av grad 3, 5 eller 6.
  7. Betyg 2 och 4 är endast till för användning när, i något skede av undersökningen, fysiska förhållanden har hindrat undersökningen från att uppnå alla krav för nästa högre betyg och det inte är praktiskt att göra en ny undersökning.
  8. Grottorganisationer etc. uppmuntras att återge Tabell 1 och Tabell 2 i sina egna publikationer; tillstånd krävs inte från BCRA för att göra det, men tabellerna får inte skrivas om utan dessa anteckningar.
  9. Grad X är bara potentiellt mer exakt än grad 6. Man bör aldrig glömma att teodoliten/Totalstationen är ett komplext precisionsinstrument som kräver avsevärd träning och regelbunden övning om allvarliga fel inte ska göras genom dess användning!
  10. Vid upprättandet måste undersökningskoordinaterna beräknas och inte handritas med skalregel och gradskiva för att få betyg 5.

BCRA-graderingar för registrering av grottpassagedetaljer

Klass A
Alla passagedetaljer baserat på minne.
Klass B
Passagedetaljer uppskattade och registrerade i grottan.
Klass C
Mätningar av detaljer gjorda endast vid mätstationer.
Klass D
Mätningar av detaljer gjorda vid mätstationer och överallt där det behövs för att visa betydande förändringar i passagedimensioner.
Anteckningar
  1. Noggrannheten i detaljen bör likna linjens noggrannhet.
  2. Normalt ska endast en av följande kombinationer av undersökningsbetyg användas:
    • 1A
    • 3B eller 3C
    • 5C eller 5D
    • 6D
    • XA, XB, XC eller XD

Detektering av undersökningsfel

Utrustningen som används för att genomföra en grottundersökning fortsätter att förbättras. Användningen av datorer, tröghetssystem och elektroniska avståndsmätare har föreslagits, men få praktiska underjordiska tillämpningar har utvecklats för närvarande.

Trots dessa framsteg kan felaktiga instrument, oprecisa mätningar, registreringsfel eller andra faktorer fortfarande resultera i en felaktig undersökning, och dessa fel är ofta svåra att upptäcka. Vissa grottmätare mäter varje station två gånger och registrerar en bakåtsikt till föregående station i motsatt riktning. En kompassavläsning med bakåtsikt som skiljer sig 180 grader och en klinometeravläsning som har samma värde men med omvänd riktning (positiv snarare än negativ, till exempel) indikerar att den ursprungliga mätningen var korrekt.

När en slinga i en grotta kartläggs tillbaka till dess startpunkt, bör den resulterande linjeritningen också bilda en sluten slinga. Varje gap mellan den första och sista stationen kallas ett loop-closure error . Om inget enskilt fel är uppenbart, kan man anta att slingförslutningsfelet beror på kumulativa felaktigheter, och grotundersökningsprogramvara kan "sluta slingan" genom att medelvärdesberäkning av möjliga fel i slingstationerna. Slingor för att testa undersökningsnoggrannheten kan också göras genom undersökning över ytan mellan flera ingångar till samma grotta.

Användningen av en lågfrekvent grottradio kan också verifiera mätnoggrannheten. En mottagande enhet på ytan kan fastställa djupet och läget för en sändare i en grottpassage genom att mäta geometrin hos dess radiovågor. En undersökning över ytan från mottagaren tillbaka till grottangången bildar en konstgjord slinga med den underjordiska undersökningen, vars slingförslutningsfel sedan kan fastställas.

Tidigare var grottmästare ovilliga att rita om komplexa grottkartor efter att ha upptäckt undersökningsfel. Idag kan datorkartografi automatiskt rita om grottkartor efter att data har korrigerats.

Mätningsmjukvara

Det finns ett stort antal lantmäteripaket tillgängliga på olika datorplattformar, varav de flesta har utvecklats av grottor med bas i datorprogrammering. Många av paketen fungerar särskilt bra för specifika uppgifter, och som sådana kommer många grottmätare inte bara att välja en produkt framför en annan för alla kartografiska uppgifter.

Ett populärt program för att producera en mittlinjeundersökning är Survex , som ursprungligen utvecklades av medlemmar i Cambridge University Caving Club för att bearbeta undersökningsdata från klubbexpeditioner till Österrike. Den släpptes för allmänheten 1992. Mittlinjedata kan sedan exporteras i olika format och grottans detaljer ritas in med olika andra program som AutoCAD , Adobe Illustrator och Inkscape . Andra program som "Tunnel" och Therion har full centerlinje och kartredigeringsmöjligheter. När Therion stänger undersökningsslingor, förvrängs passagerna så att de passar över deras längd, vilket innebär att hela passager inte behöver ritas om. Till skillnad från Therions 2D-förvrängningsfunktioner, förvränger CaveWhere passager i 3D. Detta inkluderar vridningsplan och profilskisser. CaveWhere stöder också stängning av slingor (med Survex) och tillhandahåller ett användarvänligt gränssnitt för inmatning och visualisering av grottundersökningsdata.

Terrestrial LiDAR-enheter ökar avsevärt i noggrannhet och sjunker i pris. [ citat behövs ] Flera grottor har "skannats" med hjälp av både "time of flight" och "phase shift" LiDAR-enheter. Skillnaderna ligger i den relativa noggrannheten som är tillgänglig för var och en. Oregon Caves National Park, LiDAR-skannades i augusti 2011, liksom Paisley Caves arkeologiska utgrävningsplats i SE Oregon. [ citat behövs ] Båda skannades med en FARO Focus Phase shift scanner med +/-2 mm noggrannhet. Oregon-grottorna skannades från huvudingången till 110-utgången och undersöktes i en slinga till början. Uppgifterna är ännu inte tillgängliga för allmänheten, men kopior behålls av både US Park Service och i-TEN Associates i Portland, Oregon. [ citat behövs ]

Automatiserade metoder

Under de senaste åren har en underjordisk geografisk positioneringsteknik kallad HORTA använts inom gruvindustrin . Tekniken för tröghetsnavigeringssystem använder ett gyroskop och en accelerometer för att hjälpa till med 3D -positionsbestämning.

Sådana automatiserade metoder har gett en mer än femtiofaldig ökning av produktiviteten för underjordisk mätning med mer exakta och finare detaljkartor också.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cave_survey&oldid=1136315708 "