Ochrona dziedzictwa speleologicznego Rumunii za pomocą chmury punktów i danych GNSS

Autor: George Damian, Renata Barradas

Skaning laserowy 3D zapewnia wysokiej rozdzielczości, nieinwazyjną metodę dokumentacji pozwalającą zrozumieć miejsca przyrodnicze i kulturowe oraz chronić je przed zagrożeniami naturalnymi i spowodowanymi przez człowieka. Naukowcy z różnych dziedzin tworzą wiele zastosowań dla tej technologii, podobnie jak speleolodzy, którzy używają skanowania laserowego do badania i pomiaru jaskiń z milimetrową dokładnością w sposób nieinwazyjny. Chmur punktów umożliwiają ekspertom pozyskiwanie informacji kartograficznych oraz obliczanie obszarów i objętości w celu zbadania ewolucji cech topograficznych i batymetrycznych jaskiń.

Aby zachować i zrozumieć speleologiczne dziedzictwo Rumunii, Top Geocart, dystrybutor Leica Geosystems w Rumunii, zeskanował laserowo jaskinię Meziad, cud natury o długości 6 298 metrów w zachodnich Karpatach. Jaskinia Meziad, pierwsza jaskinia przystosowana do turystyki w Rumunii, znana jest ze spektakularnych podziemnych krajobrazów składających się z pięknego systemu naciekowego (stalaktyty, stalagmity, kolumny i zasłony). Jaskinia jest również domem dla jednej z największych kolonii nietoperzy w Europie południowo - wschodniej i mikroskopijnych organizmów endemicznych (niektóre z nich znajdują się w jaskini Meziad).

Ta dokumentacja 3D o wysokiej rozdzielczości miała na celu dokładne uchwycenie złożoności terenu i wprowadzenie pozytywnych środków ochronnych w celu utrzymania lub ochronienia tego miejsca przed przeprowadzeniem inwazyjnych badań archeologicznych i paleontologicznych,  które mogą zmienić pierwotną jaskinię. Ponadto Top Geocart opracował modele 3D i inne produkty, aby umożliwić swojemu klientowi, firmie Spelemat, przechowywanie, organizowanie i pozyskiwanie informacji do dalszej analizy. Dostarczone dane dokumentują i rejestrują stan in situ tego naturalnego i kulturowego dziedzictwa.

Misja w jaskini

Wraz ze specjalistami ze Spelemat, Top Geocart opracował projekt i zaplanował tę misję wewnątrz Ziemi. Ta grupa specjalistów, którzy rozumieją, szanują i promują wykorzystanie technik i danych geoprzestrzennych, gromadziła dane terenowe bez wpływu na środowisko. Oprócz stosowania nieinwazyjnych technik, zespół musiał również wziąć pod uwagę właściwy czas wejścia do jaskini, ponieważ pogoda i przepływ rzeki w jaskini były kluczowymi czynnikami decydującymi o powodzeniu tej misji.

Specjaliści z Top Geocart korzystali z najlepszego w swojej klasie oprogramowania i sprzętu, w tym:

• Leica RTC360 3D skaner laserowy
• Obrazowy skaner laserowy Leica BLK360
• Odbiornik Leica Viva GS16 GNSS
• Odbiornik ruchomy Leica GS18 T RTK GNSS
• Leica DISTO™ S910

W zakresie dopasowania chmur punktów, modelowania i sieci GNSS zespół polegał na:

• Oprogramowanie Leica Infinity
• Leica Cyclone REGISTER 360 - oprogramowanie do łączenia chmur punktów 3D pozyskiwanych przez skanery laserowe
• Leica Cyclone MODEL
• Leica Cyclone 3DR
• Oprogramowanie Leica GNSS Spider

Zespół zbadał obszar górski i wprowadził odniesienia geograficzne za pomocą odbiorników GS16 i GS18 T, które wykorzystały poprawki w czasie rzeczywistym z rumuńskiej sieci krajowych stacji referencyjnych (ROMPOS), działającym na oprogramowaniu GNSS Spider. Poprawki SmartLink były konieczne, ponieważ górzyste środowisko ze zboczami i drzewami zasłaniało niebo i od czasu do czasu zanikał sygnał GSM/GPRS. Zdolność GS16 i GS18 T do korzystania z usługi SmartLink była kluczem do wypełnienia tych luk i zapewnienia zawsze precyzyjnej pozycji. Aby zapewnić najdokładniejsze pozycje, zespół polegał również na technologii Leica RTKplus w obu odbiornikach RTK, ponieważ inteligentnie dostosowuje się ona do zmieniających się warunków, wybierając optymalne sygnały GNSS.

We wnętrzu jaskini zespół przeszedł przez rzekę ze specjalnymi ubraniami i akcesoriami, aby bezpiecznie przetransportować sprzęt. Wewnątrz wodoodpornych pojemników i pływających toreb RTC360 i BLK360 dryfowały z miejsca na miejsce. Szybkość i precyzja są najważniejsze podczas skanowania przy poziomie wody nad klatką piersiową w temperaturach poniżej 10 °C.

Wyposażony w RTC360 zespół uchwycił większe części jaskini i artefakty, tworząc kolorowe chmury punktów 3D w niecałe dwie minuty. Dzięki skanerowi RTC360, który charakteryzuje się się szybkością skanowania do 2 milionów punktów na sekundę, zaawansowanym system obrazowania HDR i automatycznym łączeniem skanów bez użycia tarcz, Top Geocart uchwycił interesujące miejsca wewnątrz jaskini w dwie godziny z prędkością 750 metrów na godzinę.

Po naciśnięciu przycisku Top Geocart wykonał pełnokolorowe obrazy panoramiczne nałożone na bardzo dokładną chmurę punktów dla w wąskich częściach jaskini za pomocą najmniejszego i najlżejszego laserowego skanera obrazowego - BLK360. W miejscach, w których nie można było ustawić skanerów laserowych na statywie, pomiary wykonano za pomocą DISTO™ 910.

Rezultaty misji

Poza jaskinią w pobliżu wejścia, zespół automatycznie i bezproblemowo przesyłał dane z miejsca pracy do biura za pomocą Leica Exchange, usługi do wymiany danych świadczonej przez Leica Geosystems, skracając czas spędzony w niegościnnym środowisku. Łatwy transfer danych między terenem a biurem za pomocą Leica Exchange pozwolił ekspertom na pierwsze sprawdzenie danych na miejscu za pomocą Leica DISTO™ Transfer i aplikacji Leica DISTO™ Plan. Korzystając z  Leica Cyclone FIELD 360  Top Geocart automatycznie wstępnie połączył i dopasował skany przy wejściu do jaskini. 

Po powrocie do biura chmury punktów pozyskane przez BLK360 i RTC360 zostały połączone w Cyclone REGISTER 360. Dane GNSS zostały sprawdzone i przetworzone za pomocą oprogramowania Infinity. Do projektu GNSS zaimportowano również dane DISTO™. Wraz ze Spelemat, Top Geocart opracował ujednoliconą chmurę punktów,  jako projekt Cyclone REGISTER 360, i wyeksportował ją w formatach E57 i LGS w celu wizualizacji za pomocą JetStream Viewer, narzędzia do przeglądania chmur punktów. Plik E57 został importowany do Leica Cyclone 3DR w celu tworzenia modeli i obliczania cyfrowych modeli terenu (DTM) na podstawie chmur punktów.

Eksperci opracowali również mapy topograficzne 2D i 3D DTM na podstawie danych pochodzących z odbiorników GS16 i GS18 T RTK, aby opracować nowe trasy i ścieżki dla odwiedzających. Odległości i pliki CAD zawierające punkty 3D i obrazy zostały wyodrębnione z danych zebranych za pomocą DISTO™ S910.

Dostarczone dane będą pomocne zarówno dla naukowców, turystów, jak i zarządcy obiektu. Będą on stanowić przewodnik po studiach wykonalności dla planów turystycznych i będą używany jako materiał marketingowy do zapraszania odwiedzających do odkrywania tego cudu natury. Chmury punktów dostarczają naukowcom cyfrowy model jaskini, w którym mogą wyodrębnić dowolny profil i prowadzić jego pomiary w 3D. Jednocześnie dane GNSS pomogły w zidentyfikowaniu obszarów i ścieżek umożliwiających dostęp turystom i naukowcom.

„Leica Geosystems i Top Geocart zapewniają kompletny zestaw oprogramowania i sprzętu do całościowego wykonania projektu. Instrumenty mają możliwość pracy w trudnych warunkach i spełniają najwyższe standardy doskonałości pomiarowej. Kierownictwo i specjaliści z firmy Spelemat przyznali, że byli w stanie pracować wydajniej i w trudniejszych warunkach niż kiedykolwiek wcześniej,” powiedział Viorel Lascu, ekspert ds. Zarządzania jaskiniami w Spelemat.

Sukces zdobycia jaskini Meziad przekonał firmę Spelemat do zainwestowania w RTC360, BLK360, DISTO™ w celu dalszego odkrywania i poznawania rumuńskich cudów przyrody.