Como comparar caverna artificial de natural

Um levantamento de cavernas é um mapa de todo ou parte de um sistema de cavernas , que pode ser produzido para atender a diferentes padrões de precisão, dependendo das condições da caverna e do equipamento disponível no subsolo. Levantamento e cartografia de cavernas , ou seja, a criação de um mapa preciso e detalhado, é uma das atividades técnicas mais comuns realizadas dentro de uma caverna e é uma parte fundamental da espeleologia . Pesquisas podem ser usadas para comparar cavernas entre si por comprimento, profundidade e volume, podem revelar pistas sobre a espeleogênese , fornecer uma referência espacial para outras áreas de estudo científico e ajudar os visitantes a encontrar rotas.

Tradicionalmente, os levantamentos de cavernas são produzidos em forma bidimensional devido aos limites da impressão, mas dado o ambiente tridimensional dentro de uma caverna, técnicas modernas usando design auxiliado por computador são cada vez mais usadas para permitir uma representação mais realista de um sistema de cavernas.

O primeiro plano conhecido de uma caverna data de 1546 e era de uma caverna artificial em tufo chamada Stufe di Nerone (Forno de Nero) em Pozzuoli, perto de Nápoles, na Itália. A primeira caverna natural a ser mapeada foi a Baumannshöhle na Alemanha , da qual um esboço de 1656 sobreviveu. [1]

Outra pesquisa anterior data de antes de 1680 e foi feita por John Aubrey de Long Hole na Garganta de Cheddar . Consiste em uma seção elevada da caverna. Vários outros levantamentos de cavernas foram feitos nos anos seguintes, embora a maioria sejam esboços e tenham precisão limitada. A primeira caverna que provavelmente foi pesquisada com precisão com instrumentos é a Grotte de Miremont, na França . Isso foi examinado por um engenheiro civil em 1765 e inclui várias seções transversais. Édouard-Alfred Martel foi a primeira pessoa a descrever técnicas de topografia. Suas pesquisas foram feitas pedindo a um assistente que caminhasse pela passagem até que eles estivessem quase fora de vista. Martel então pegava uma bússola em direção à luz do assistente e media a distância caminhando até o assistente. Isso equivaleria a uma pesquisa de grau 2 do BCRA moderna.

A primeira caverna a ter sua linha central calculada por um computador é a Caverna do Rio Fergus na Irlanda , que foi plotada por membros da UBSS em 1964. O software foi programado em um grande computador de grande porte da universidade e um gráfico de papel foi produzido. [2]

Existem muitas variações na metodologia de levantamento , mas a maioria é baseada em um conjunto semelhante de etapas que não mudaram fundamentalmente em 250 anos, embora os instrumentos (bússola e fita) tenham se tornado menores e mais precisos. Desde o final da década de 1990, instrumentos digitais como distômetros começaram a mudar o processo, levando ao advento do levantamento totalmente sem papel por volta de 2007. A principal variação na metodologia normal detalhada abaixo tem sido dispositivos como LIDAR e SONAR que produzem um ponto nuvem em vez de uma série de estações conectadas. A pesquisa baseada em vídeo também existe na forma de protótipo.

Topografia

Uma equipe de pesquisa começa em um ponto fixo (como a entrada da caverna) e mede uma série de medições consecutivas na linha de visão entre as estações. As estações são locais fixos temporários escolhidos principalmente por sua facilidade de acesso e visão clara ao longo da passagem da caverna. Em alguns casos, as estações de levantamento podem ser marcadas permanentemente para criar um ponto de referência fixo ao qual retornar em uma data posterior.

As medições feitas entre as estações incluem:

• direção ( azimute ou rumo ) tomada com uma bússola
• inclinação da horizontal (mergulho) obtida com um clinômetro
• distância medida com uma fita de baixa elasticidade ou telêmetro a laser
• opcionalmente, distância das paredes circundantes - esquerda, direita, para cima, para baixo ( LRUD )

Coincidente com o registro de dados em linha reta, detalhes de dimensões de passagem, forma, mudanças graduais ou repentinas na elevação, a presença ou ausência de água parada ou corrente, a localização de características notáveis ​​e o material no chão são registrados, muitas vezes por meio de um mapa de esboço.

Desenhar um gráfico linear

Posteriormente, o cartógrafo analisa os dados registrados, convertendo-os em medidas bidimensionais por meio de cálculos geométricos . A partir deles ele / ela cria um enredo linear ; uma representação geométrica em escala do caminho pela caverna.

Finalizando

O cartógrafo então desenha detalhes em torno do gráfico linear, usando os dados adicionais de dimensões de passagem, fluxo de água e topografia de piso / parede registrados no momento, para produzir um levantamento completo da caverna. Os levantamentos de cavernas desenhados em papel são frequentemente apresentados em planos bidimensionais e / ou vistas de perfil , enquanto os levantamentos de computador podem simular três dimensões. Embora projetado principalmente para ser funcional, alguns exploradores consideram os levantamentos de cavernas uma forma de arte. [ quem? ]

O Hydrolevelling é uma alternativa para medir a profundidade com clinômetro e fita, que tem uma longa história de uso na Rússia. [3] A técnica é regularmente usada na construção civil para encontrar dois pontos com a mesma altura, como no nivelamento de um piso. No caso mais simples, é usado um tubo com as duas extremidades abertas, preso a uma tira de madeira, e o tubo é preenchido com água e a profundidade em cada extremidade marcada. Na Rússia, a medição da profundidade das cavernas por hidronivelamento começou na década de 1970 e era considerada o meio mais preciso de medir a profundidade, apesar das dificuldades de uso do equipamento pesado da época. O interesse no método foi reavivado após a descoberta de Voronja no Maciço Arábica no Cáucaso  - atualmente a caverna mais profunda do mundo.

O dispositivo de nível hidrostático usado nas expedições recentes de Voronja compreende um tubo transparente de 50 metros (160 pés) cheio de água, que é enrolado ou colocado em uma bobina. Uma luva de borracha que atua como um reservatório é colocada em uma extremidade do tubo e uma caixa de metal com uma janela transparente é colocada na outra. Um relógio de pulso digital de mergulhador com função de medidor de profundidade está submerso na caixa. Se a luva de borracha for colocada em uma estação e a caixa com o profundímetro for colocada em uma mais baixa, então a pressão hidrostática entre os dois pontos depende apenas da diferença de alturas e da densidade da água, ou seja, da rota do tubo não afeta a pressão na caixa. A leitura do medidor de profundidade dá a mudança aparente de profundidade entre a estação mais alta e a mais baixa. As mudanças de profundidade são 'aparentes' porque os medidores de profundidade são calibrados para água do mar e o nível hidrelétrico é preenchido com água doce. Portanto, um coeficiente deve ser determinado para converter mudanças aparentes de profundidade em verdadeiras mudanças de profundidade. Adicionar as leituras para pares consecutivos de estações dá a profundidade total da caverna. [3]

A precisão, ou grau , de um levantamento de cavernas depende da metodologia de medição. Um sistema de classificação de pesquisa comum é o criado pela British Cave Research Association na década de 1960, que usa uma escala de seis notas. [4]

Sistema de classificação BCRA

Classificações BCRA para um levantamento de linha de caverna

Notas

1. A tabela acima é um resumo, omitindo alguns detalhes técnicos e definições; as definições das notas da pesquisa fornecidas acima devem ser lidas em conjunto com estas notas.
2. Em todos os casos, é necessário seguir o espírito da definição e não apenas a letra.
3. Para atingir o Grau 3, é necessário usar um clinômetro nas passagens com declive apreciável.
4. Para atingir o Grau 5, é essencial que os instrumentos sejam devidamente calibrados e todas as medições devem ser feitas de um ponto dentro de uma esfera de 10 cm de diâmetro centrada na estação de levantamento.
5. Um levantamento de Grau 6 requer que a bússola seja usada no limite de precisão possível, ou seja, com precisão de ± 0,5 °; as leituras do clinômetro devem ter a mesma precisão. O erro de posição da estação deve ser inferior a ± 2,5 cm, o que exigirá o uso de tripés em todas as estações ou outros marcadores de estação fixos ('ganchos de teto').
6. Uma pesquisa de Grau X deve incluir nas notas de desenho descrições dos instrumentos e técnicas usados, junto com uma estimativa da precisão provável da pesquisa em comparação com os levantamentos de Grau 3, 5 ou 6.
7. As classes 2 e 4 são para uso apenas quando, em algum estágio da pesquisa, as condições físicas impediram que a pesquisa atendesse a todos os requisitos para a próxima classe mais alta e não é prático fazer uma nova pesquisa.
8. As organizações de espeleologia, etc., são encorajadas a reproduzir a Tabela 1 e a Tabela 2 em suas próprias publicações; não é necessária permissão do BCRA para fazê-lo, mas as tabelas não devem ser reimpressas sem essas notas.
9. O Grau X é apenas potencialmente mais preciso do que o Grau 6. Nunca deve ser esquecido que o teodolito / Estação Total é um instrumento de precisão complexo que requer um treinamento considerável e prática regular se erros graves não forem cometidos com seu uso!
10. Na elaboração, as coordenadas do levantamento devem ser calculadas e não desenhadas à mão com regra de escala e transferidor para obter o Grau 5.

Classificações de BCRA para registrar detalhes de passagens de cavernas

Notas

1. A precisão do detalhe deve ser semelhante à precisão da linha.
2. Normalmente, apenas uma das seguintes combinações de notas de pesquisa deve ser usada:
   • 1A
   • 3B ou 3C
   • 5C ou 5D
   • 6D
   • XA, XB, XC ou XD

Detecção de erro de pesquisa

O equipamento usado para realizar um levantamento de cavernas continua a melhorar. O uso de computadores, sistemas de inércia e localizadores eletrônicos de distância foi proposto, mas poucas aplicações subterrâneas práticas evoluíram no momento.

Apesar desses avanços, instrumentos defeituosos, medições imprecisas, erros de registro ou outros fatores ainda podem resultar em um levantamento impreciso, e esses erros costumam ser difíceis de detectar. Alguns pesquisadores de cavernas medem cada estação duas vezes, registrando uma visão posterior da estação anterior na direção oposta. Uma leitura da bússola retroativa que é diferente em 180 graus e uma leitura do clinômetro que tem o mesmo valor, mas com a direção reversa (positiva em vez de negativa, por exemplo) indica que a medição original foi precisa.

Quando um loop dentro de uma caverna é levantado de volta ao seu ponto inicial, o gráfico de linha resultante também deve formar um loop fechado. Qualquer lacuna entre a primeira e a última estação é chamada de erro de fechamento de loop . Se nenhum erro for aparente, pode-se supor que o erro de fechamento do loop seja devido a imprecisões cumulativas, e o software de levantamento de cavernas pode 'fechar o loop' calculando a média de possíveis erros nas estações do loop. Loops para testar a precisão do levantamento também podem ser feitos levantando-se através da superfície entre várias entradas para a mesma caverna.

O uso de um rádio de caverna de baixa frequência também pode verificar a precisão do levantamento. Uma unidade receptora na superfície pode apontar a profundidade e localização de um transmissor em uma passagem de caverna pela medição da geometria de suas ondas de rádio. Um levantamento sobre a superfície do receptor de volta à entrada da caverna forma um loop artificial com o levantamento subterrâneo, cujo erro de fechamento do loop pode então ser determinado.

No passado, os exploradores relutavam em redesenhar mapas de cavernas complexos depois de detectar erros de levantamento. Hoje, a cartografia por computador pode redesenhar mapas de cavernas automaticamente depois que os dados foram corrigidos.

Há um grande número de pacotes de topografia disponíveis em várias plataformas de computador, muitos dos quais foram desenvolvidos por espeleólogos com base na programação de computadores. Muitos dos pacotes têm um desempenho particularmente bom para tarefas específicas e, como tal, muitos topógrafos de cavernas não escolherão apenas um produto em vez de outro para todas as tarefas cartográficas.

Um programa popular para produzir uma pesquisa de linha central é o Survex , que foi originalmente desenvolvido por membros do Cambridge University Caving Club para processar dados de pesquisas de expedições de clubes à Áustria. Foi lançado ao público em 1992. Os dados da linha central podem então ser exportados em vários formatos e os detalhes da caverna desenhados com vários outros programas, como AutoCAD , Adobe Illustrator e Inkscape . Outros programas, como 'Tunnel' e Therion, possuem linhas de centro completas e recursos de edição de mapas. O Therion notavelmente, quando fecha os loops de pesquisa, distorce as passagens para caber em seu comprimento, o que significa que passagens inteiras não precisam ser redesenhadas. Ao contrário dos recursos de warping 2D do Therion, CaveWhere distorce as passagens em 3D. Isso inclui plano de empenamento e esboços de perfil. CaveWhere também suporta fechamento de loop (usando Survex) e fornece uma interface amigável para inserir e visualizar dados de levantamento de cavernas. [5]

As unidades terrestres LiDAR estão aumentando significativamente em precisão e diminuindo em preço. [ carece de fontes? ] Várias cavernas foram "escaneadas" usando unidades LiDAR de "tempo de vôo" e "mudança de fase". As diferenças estão nas precisões relativas disponíveis para cada um. O Parque Nacional das Cavernas de Oregon foi escaneado com LiDAR em agosto de 2011, assim como o sítio de escavação arqueológica das Cavernas de Paisley no sudeste do Oregon. [ carece de fontes? ] Ambos foram digitalizados com um scanner FARO Focus Phase shift com precisão de +/- 2 mm. As cavernas do Oregon foram escaneadas da entrada pública principal até a saída 110 e foram examinadas em loop até o ponto de início. Os dados ainda não estão disponíveis para uso público, mas as cópias são mantidas pelo US Park Service e pela i-TEN Associates em Portland, Oregon. [ citação necessária ]

Nos últimos anos, uma tecnologia de posicionamento geográfico subterrâneo chamada HORTA tem sido utilizada na indústria de mineração . A tecnologia utiliza um giroscópio e um acelerômetro para auxiliar na determinação da posição 3D . [6]

Esses métodos automatizados proporcionaram um aumento de mais de cinquenta vezes na produtividade de levantamentos subterrâneos com mapas mais precisos e detalhados também. [6]

• Caving
• Lista das cavernas mais longas

1. ^ Gunn, J. (2003). An Encyclopedia of Caves and Karst Science . Routledge. ISBN 978-1-57958-399-6.
2. ^ Nicholson, FH; Patmore, DJ (1965). "The Fergus River Cave, Co. Clare, Ireland". Procedimentos UBSS . 10 (3): 285.
3. ^ a b Degtjarev, Alexander; Snetkov, Eugene; Gurjanov, Alexey (julho de 2007). "Obtenção de profundidades de cavernas precisas por hidronivelamento" (PDF) . Pontos da bússola . BCRA Cave Survey Group (38): 8-12. ISSN  1361-8962 . Página visitada em 2009-05-02 .
4. ^ "Graus de Avaliação BCRA" . British Cave Research Association . Página visitada em 2009-05-02 .
5. ^ Schuchardt, Philip (2013). "Quick 3D Cave maps using Cavewhere" (PDF) . 16º Congresso Internacional de Espeleologia .
6. ^ a b Inco's Innovations [ link morto permanente ] , Canadian Mining Journal , abril de 2000, acessado 2010-12-02. "Unidade HORTA para determinar a posição geográfica subterrânea. HORTA - Honeywell Ore Retrieval and Tunneling Aid - é uma caixa contendo um giroscópio e um acelerômetro, originalmente desenvolvido para os militares dos EUA, que resolve o problema de posicionamento e localização no subsolo.

• Histórico da varredura a laser: Cavernas de Paisley
• Compass Points , o jornal oficial do BCRA Cave Surveying Group
• CaveMaps.org Surveys , uma coleção de Surveys of British Caves