Opracowanie mapy 3D największej jaskini wulkanicznej na świecie, aby wspomóc przyszłe misje kosmiczne

Studium przypadku

Pomimo odległości liczonej w setkach tysięcy kilometrów, wyspa Lanzarote i Księżyc mają niezwykłe podobieństwa. Hiszpańska wyspa, należąca do archipelagu Wysp Kanaryjskich na Atlantyku, jest domem dla największej na świecie jaskini wulkanicznej i wyjątkowej scenerii przypominającej krajobraz księżycowy. Tak bardzo, że wyspa została wybrana jako miejsce szkolenia astronautów przed misjami kosmicznymi. Niedawno rura lawowa Corona na Lanzarote pomogła przygotować zespoły Europejskiej Agencji Kosmicznej do eksploracji i badania jaskiń o podobnych cechach obserwowanych na Księżycu i planetach takich jak Mars.

W wyniku najnowszych postępów i innowacji w technologii geoprzestrzennej, w 2017 r. przeprowadzono kilka pomiarów terenowych pod kierownictwem Tommaso Santagata z Virtual Geographic Agency Vigea, wdrażając naziemne skanowanie laserowe 3D (TLS) oraz rozwiązania w zakresie skanowania kinematycznego, które zaowocowały pierwszą w historii repliką 3D największej rury lawowej na Ziemi.


Eksploracja głębin tunelu lawowego Corona



Znajdująca się na północy Lanzarote rura lawowa Corona rozciąga się na ponad 8,5 kilometra i składa się zarówno z suchych, jak i zatopionych korytarzy, z niektórymi odcinkami o szerokości ponad 25 metrów. Chociaż pierwsze eksploracje i wstępne mapowanie rozpoczęły się w latach siedemdziesiątych, jej rzeczywiste wymiary były praktycznie nieznane aż do początku lat sześćdziesiątych, kiedy przeprowadzono pierwsze badania topograficzne. W najnowszym i najbardziej ambitnym projekcie skanowania 3D, realizowanym na zlecenie lokalnego samorządu Cabildo de Lanzarote, wdrożono również najnowszą technologię skanowania kinematycznego, która jest częścią szkolenia PANGAEA-X Europejskiej Agencji Kosmicznej. Szkolenie to pozwala im testować nowe instrumenty i technologie, które będą wykorzystywane w przyszłych misjach kosmicznych.

Aby pomyślnie zrealizować ten projekt, w ciągu roku przeprowadzono różne pomiary terenowe, wdrażając różne rozwiązania Leica Geosystems, w tym skany laserowe Leica HDS7000, Leica ScanStation P40 i Leica BLK360, a także mobilne rozwiązanie do mapowania Leica Pegasus:Backpack. Rezultatem jest największa na świecie replika rury lawowej 3D z odwzorowanymi 5,7 kilometrami korytarzy jaskiniowych.


Uchwycenie każdego szczegółu dzięki najnowszej technologii skaningu laserowego



Przeprowadzono trzy indywidualne pomiary i ponad 440 skanów, aby zmapować system rur lawowych, składający się z różnych sekcji połączonych ze sobą za pomocą zewnętrznych zawaleń. Te zawalenia posłużyły do ​​georeferencji skanów laserowych wykonanych wewnątrz jaskini. Było to możliwe dzięki pomiarom GNSS, danym LiDAR z Hiszpańskiej Służby Geologicznej oraz dzięki danym fotogrametrycznym uzyskanym z lotów bezzałogowych statków powietrznych (UAV) wzdłuż jaskini.

Dokładniej, 800 metrów przejść nad poziomem morza zostało zmapowanych przy użyciu HDS7000, a około pięć kilometrów przy użyciu ScanStation P40. Ponadto, podczas ekspedycji PANGAEA-X wdrożono laserowy skaner obrazujący BLK360 do skanowania górnego poziomu, około 300 metrów.

Większa dokładność i mobilność dzięki Leica Pegasus:Backpack

Aby wygenerować jeszcze bardziej szczegółową mapę 3D, przeprowadzono pomiary za pomocą mobilnego rozwiązania do mapowania Pegasus:Backpack. Zaprojektowany do pozyskiwania danych 3D w środowiskach naziemnych i podziemnych, z obrazami i chmurami punktów zebranymi przez pięć kamer i dwa profilery LiDAR. Jego lekka i ergonomiczna konstrukcja pozwoliła zespołom wygodnie poruszać się w trudnym terenie i błyskawicznie wizualizować dane na przenośnym tablecie.

„Ze względu na zawiły i podziemny charakter systemu rur lawowych, Pegasus:Backpack został wdrożony w celu pozyskiwania połączonych danych SLAM — zaczynając i kończąc w środowiskach zewnętrznych wykorzystując dane GNSS, ale w dużej mierze badając jaskinię bez zasięgu satelitarnego”, wyjaśnia Tommaso Santagata. Współzałożyciel agencji Virtual Geographic Vigea 3D i ekspert d/s systemu jaskiń wulkanicznych Lanzarote. Ponieważ najdłuższa część misji była realizowana bez żadnych danych GNSS, druga faza przetwarzania danych polegała na wzmocnieniu obliczeń ścieżki zarejestrowanej za pomocą algorytmu SLAM oraz informacji uzyskanych przez LiDAR zamontowany na Pegasus:Backpack.


Przetwarzanie danych i tworzenie ostatecznej mapy 3D



Po zebraniu dużych ilości danych — 400 GB odpowiadających samym surowym danym ze skanowania laserowego — wykorzystano oprogramowanie biurowe do przetwarzania chmury punktów 3D Leica Cyclone, aby dopasować skany i opracować ujednoliconą chmurę punktów jaskini”, mówi Santagata. „Gdy mapa 3D była dostępna w pojedynczej chmurze punktów, wygenerowano kilka danych wyjściowych w postaci map topograficznych z rzutami i przekrojami rury lawowej.” Ponadto, dane zostały następnie wykorzystane do porównania z innymi rurami lawowymi na Ziemi w celu zbadania podobnych cech na Księżycu i Marsie — operacja ta została wykonana przy użyciu oprogramowania Autodesk AutoCAD 2017.

Oprócz celów naukowych i szkolenia na potrzeby przyszłych misji kosmicznych, dane te były również wykorzystywane do tworzenia treści multimedialnych i interaktywnych, takich jak animacje wideo, rzeczywistość wirtualna i aplikacje komputerowe, pokazujące szerszej publiczności mniej znane części systemu rur lawowych Corona. Tylko nieliczne odcinki są otwarte dla publiczności w Cueva de Los Verdes i Jameos del Agua. Ponadto, wyniki tego projektu zostały zaprezentowane podczas wydarzenia na temat zarządzania jaskiniami turystycznymi, które zostało zorganizowane przez Cabildo de Lanzarote w 2019 roku, gdzie zainstalowano stoisko z wirtualną rzeczywistością, aby zaprezentować jaskinię publiczności.


Najnowsze informacje z ekspedycji: Wspieranie poszukiwań „zjadających kamienie” bakterii



Wiosną 2021 r. Santagata wrócił na Lanzarote, aby wesprzeć projekt badań mikrobiologicznych. Projekt Tubolan, kierowany przez Anę Miller, geomikrobiolog z Instytutu Zasobów Naturalnych i Agrobiologii w Sewilli (CSIC), miał na celu zbadanie organizmów drobnoustrojów żyjących w systemach rur lawowych na Lanzarote. Odkrycia zespołu pomogą osobom poszukującym życia na Księżycu i Marsie, które również mają systemy lawowe. Chociaż warunki są inne niż na Ziemi, systemy jaskiń na Marsie i Księżycu mogą teoretycznie również wspierać mikroorganizmy chemolitoautotroficzne, które żyją i rozwijają się dzięki wykorzystaniu i przekształceniu minerałów. W ramach projektu Tubolan Santagata wykorzystał Leica BLK360 do wykonania skanów i filmów 360 stopni – przyczyniając się do badania formowania się jaskiń i odkrywania ich geografii bardziej niż kiedykolwiek wcześniej. Niesamowity materiał filmowy można obejrzeć na kanale VIGEA na YouTube.

Dalsza lektura:
SAURO F., POZZOBON R., SANTAGATA T., TOMASI I., TONELLO M., MARTÍNEZ-FRÍAS J., SMETS L.M., GÓMEZ G.D., MASSIRONI M. (2019) Jaskinie wulkaniczne Lanzarote: Naturalne Laboratorium Zrozumienia Procesów Wulkano-speleogenicznych i Jaskiń Planetarnych. W Geoparku Lanzarote i Chinijo: Z Ziemi w Kosmos (s. 125-142). Springer, Cham.

SAURO F., POZZOBON R., MASSIRONI M., DE BERNARDINIS P., SANTAGATA T., DE WAELE J. (2020) Rurki lawowe na Ziemi, Księżycu i Marsie: przegląd ich wielkości i morfologii ujawniony przez planetologię porównawczą. Recenzje Nauk o Ziemi 103288.

Czekamy na Ciebie

Skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji na temat naszej oferty dotyczącej skanowania laserowego.
Skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji na temat naszej oferty dotyczącej skanowania laserowego.

Przykłady wdrożeń

Przeczytaj, jak klienci z całego świata wprowadzają w życie nasze różnorodne rozwiązania, aby kształtować inteligentne zmiany.
Przeczytaj, jak klienci z całego świata wprowadzają w życie nasze różnorodne rozwiązania, aby kształtować inteligentne zmiany.