Krajina jaskyne svetového dedičstva s vysokým rozlíšením

Na geodetické prieskumy a 3D mapovanie jaskyne Ochtiná aragonit na Slovensku bola použitá TLS a SfM fotogrametria. Táto svetoznáma krasová krajina s významnými geografickými, geografickými a mineralogickými hodnotami predstavuje integrovanú platformu s paralelnými tektonickými riadiacimi silami a stĺpmi. Nová podrobná mapa, výrezy a 3D model vytvárajú inovatívne miesto na podrobné štúdium morfológie a vzhľadu tejto neobvyklej jaskyne vrátane jej použitia v oblasti ochrany životného prostredia a cestovného ruchu.

Jaskyňa Octin Aragonit sa nachádza na severozápadnom svahu (809 m) hory Hrodok v pohorí Revacca Vershovina na južnom Slovensku (obrázok 1). Bol objavený náhodne počas vykopávok v roku 1954. Od roku 1995 je súčasťou jaskýň Aktelekského krasu a Slovenského krasu zapísaného na zozname svetového dedičstva UNESCO. Je známy a pozoruhodný nielen bohatou a vzácnou aragonitovou výzdobou, ale aj špecifickými figurálnymi textúrami. Komplexná morfológia jaskyne, najmä jej stredná a malá morfológia, však nebola na existujúcich pravopisných mapách dostatočne vizualizovaná.

Klasické prieskumy a mapovanie povrchov metra s takýmito nepravidelnými a členitými vzormi textúry sú časovo náročnejšie a často aj menej presné. Z tohto dôvodu bolo na nový geologický prieskum a 3D mapovanie jaskyne použité terénne laserové skenovanie (TLS) a digitálna fotogrametria Structure-from-Motion (SfM).

Prieskum s vysokým rozlíšením

Terénne laserové skenovanie a digitálnu fotogrametriu SfM možno považovať za vhodnú technológiu na bezkontaktné meranie priestorových integrácií, 3D modelovanie a vizualizáciu zložitých podzemných štruktúr. Vysoká rýchlosť, presnosť, vysoká produktivita a všeobecné geodetické metódy prieskumu, značná práca v teréne a automatizované spracovanie údajov robia túto technológiu takmer nerozoznateľnou od digitálnych modelov rýchleho pravopisu. Ďalšou kľúčovou výhodou je použitie laserového lúča s natívnym zdrojom, ktorý zaisťuje bezproblémový prieskum svetla alebo neosvetlených podzemných oblastí.

Pri prieskume DLS slúžil skener Leica ScanStation C10 (obrázok 2) na skenovanie dier, bazénov, turistických chodníkov a aragonitovej výzdoby s vysokým rozlíšením a detailmi. Celkovo bolo pomocou 54 prieskumných staníc nameraných viac ako 121 miliónov bodov. Horizontálne a vertikálne rozlíšenie skenovaného povrchu je 20 × 20 mm.

Okrem toho bola implementovaná metóda SfM (jedna z najpokročilejších metód spracovania video máp) digitálneho detailného fotografického mapovania na dosiahnutie mapovania vybraných obrazových systémov vo vysokom rozlíšení. Konvenčné fotogrametrické metódy vyžadujú sadu rovnakých bodov so známymi umiestneniami na fotografiách, polohami fotoaparátu a vizuálnou geometriou v režime SFM.

Všetky obrázky boli zachytené digitálnym fotoaparátom DSLR Pentax K-5 s objektívom Pentax SMC DA 15 mm. Príslušné osvetlenie obrazových plôch bolo zaistené bodovými svetlami na turistickom chodníku, takže nebolo potrebné žiadne ďalšie osvetlenie. Vzhľadom na reflektory by však mali byť jednotlivé kamerové stanice vyberané starostlivo, aby sa zabránilo blokovaniu zdroja svetla a vytváraniu tieňov na povrchu. Celkovo bolo zachytených 62 snímok, z ktorých bol v softvéri Agisoft PhotoScan vytvorený konečný oblak bodov 23 miliónov bodov.

Výsledky

Na základe výsledkov nového prieskumu TLS jaskyne je jej celková rozloha 1 335 m². Veľkosť jaskyne je 4 424 m³ A obvodová plocha telesa jaskyne je 7 064 m². Často nepravidelný a nepravidelný obvodový povrch jaskynného telesa je spojený s mnohými stredne veľkými a malými feritickými a epifytickými morfologickými štruktúrami.

Na základe celkovej morfológie a pôdorysu je jaskyňa tvorená paralelnými tektonickými kontrolnými stĺpmi a sieňami. Má mnoho stropných kupol a malých sférických dutín, plochý strop, dovnútra sa zvažujúce hladké tváre a dutiny podobné špongii. Celá jaskyňa predstavuje miesto s prepojením na vysokej úrovni.

3D model jaskyne

Pokrok v počítačovej grafike a IT zvyšuje nové a lepšie podmienky pre digitálne spracovanie údajov. V tomto prípade bola použitá metóda trojuholníkovej nepravidelnej siete (TIN). Na finálne modelovanie povrchu nie je vždy možné použiť všetky naskenované body s pôvodnou hustotou bodov. Preto bola hustota bodov znížená, aby sa vytvoril rovnomerne nastavený a zmenšený oblak bodov medzi bodmi na definovanú vzdialenosť 100 mm. Toto bolo použité na vytvorenie konečného TIN modelu jaskyne (obrázok 3).

Priestorová lokalizácia prieskumu v rámci vhodného integračného systému a vertikálnych údajov umožňuje prepojenie konečného 3D modelu s okolitým digitálnym krajinným modelom (DTM) a s presným rozlíšením jeho polohy a vertikálnych rozstupov (obrázky 4 a 5). Takýto digitálny model sa navyše používa na ďalší geoprieskum (geofyzikálne štúdie, stavebné práce atď.) Na získanie priestorových vzťahov s príslušným DTM (alebo iným podzemným systémom v blízkosti). 3D model ilustruje Ochtinskú aragonitovú jaskyňu, nápadný lineárny stĺp tvorený strmou chybou a dlhú nepravidelnú špongiovú základňu stĺpov a siení.

Okrem toho boli niektoré snímky oktánovej a aragonitovej jaskyne odfotené a spracované do fotografickej mapy. 3D model týchto rôznych obrazov s vysokým rozlíšením je nevyhnutný pre podrobnú štúdiu ich vzhľadu (obrázok 6).

Porovnanie týchto dvoch technológií potvrdzuje, že podrobnejší a plynulejší priebeh povrchu vzorky vybranej steny jaskyne poskytuje z fotogrametrie výrazne hustší oblak bodov ako údaje zo skenovania logaritmu. Dáta z laserového skenovania navyše odhaľujú veľmi výrazné odchýlky v ostrých hranách a prechodoch, čo je dôsledkom nízkej hustoty skenovaných dát.

Záver

Preskúmanie oktánovej aragonitovej jaskyne terénnym laserovým skenovaním poskytlo presnú a presnú mapu tejto pozoruhodnej jaskyne. Táto mapa je dôležitým nástrojom komplexného štúdia morfológie jaskýň v mnohých oblastiach, zdokonaleného digitálnou fotogrametriou- vrátane jej štruktúry a tektonickej kontroly, foriem riešenia stredného a malého rozsahu. Povrchové laserové skenovanie ďalej pomohlo určiť základný povrch a namerané hodnoty jaskyne.

Obe technológie majú špecifické požiadavky, výhody a nevýhody (presnosť, finančné požiadavky a praktické problémy pri práci – najmä v úzkych jaskynných priestoroch a vtedy, keď je potrebné povrchové osvetlenie). Kombinácia týchto metód sa preto ukázala ako najvhodnejšia pre podrobnú mapu zložitých jaskynných lokalít. To im umožňuje zachytiť všetky ich špecifické vlastnosti, aby boli schopní generovať podrobné údaje o celkovej morfológii veľmi presným a komplexným spôsobom.

Keďže achtitová jaskyňa Ochtiná je prístupná verejnosti, výsledky tohto nového prieskumu je teraz možné uplatniť aj na niektoré ďalšie problémy súvisiace s vplyvom človeka na prostredie jaskyne, ako sú napríklad zmeny mikroklímy spôsobené pohybom návštevníkov do rôznych oblastí. Ich negatívne účinky na jaskynné a slabé aragonitové systémy.

čítaj viac

Buganska, K. Bardos, k. Bella, B.; Cosinek, J.; Philistine, B.; Cowani č ,. Štúdium a terén oktánovo aragonitovej jaskyne s vysokým rozlíšením na základe DLS a digitálnej fotogrametrie. Appl. Veda. 2020, 10, 4633. https://doi.org/10.3390/app10134633

Multimédiá

Bodový mrak prieskumu TLS: http://ugkagis.fberg.tuke.sk/potree/ochtinska_aragonitova.html

Schválenia

Počet grantov financovaných Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky. Autori by chceli poďakovať vedeniu slovenských jaskýň za umožnenie 3D laserového skenovania, digitálnej fotogrametrie a geomorfologického výskumu v jaskyni Ochtiná aragonit.