-
微信號:youuav
關(guān)注官方微信
m.youuav.com手機(jī)掃碼看新聞
-
- 添加收藏
- 關(guān)于我們
無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具我們介紹了由GeoSLAM Zeb Horizon系統(tǒng)在上加利利（以色列北部）的Har Sifsof洞穴（HSC）進(jìn)行的基于SLAM的LiDAR掃描，這是一個復(fù)雜的喀斯特洞穴，包含豐富且保存完好的考古組合，可追溯到公元前五千年初。在過去十年中，使用地面激光掃描（TLS）系統(tǒng)進(jìn)行3D洞穴調(diào)查迅速增長。然而，這些系統(tǒng)主要適用于掃描易于接近的地下綜合體，其特征是大腔室，其中固定掃描站可以舒適地定位并在每次掃描中覆蓋廣泛的區(qū)域。HSC與黎凡特南部丘陵地區(qū)的許多其他洞穴一樣，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)混亂，狹窄空間的多樣性，旋轉(zhuǎn)擠壓，垂直和陡峭的通道。在這樣的洞穴中使用TLS系統(tǒng)需要大量的固定掃描點(diǎn)，每個掃描點(diǎn)只捕獲洞穴的一小部分，以實(shí)現(xiàn)合理的表面覆蓋并消除盲點(diǎn)。相比之下，手動攜帶的基于SLAM的輕量級激光雷達(dá)非常適合記錄形態(tài)復(fù)雜的洞穴，因?yàn)樗试S在“移動中”記錄洞穴幾何形狀，同時不間斷地穿過迷宮般的通道。
2016年夏天，來自以色列洞穴研究中心的兩位經(jīng)驗(yàn)豐富的洞穴探險者（V. Boslov和Y. Lisovets）發(fā)現(xiàn)了Har Sifsof洞穴。該洞穴位于上加利利的一個溫和的朝南山坡上，海拔806米（33°00′32“N 35°25′35”E）（圖1）。
圖1 Har Sifsof洞穴及其地理背景：a-b.位置地圖（根據(jù)谷歌地球調(diào)整，2021年）；c.Har Sifsof和洞穴的水平范圍（白色多邊形
Terra Rossa土壤與碳酸鹽母巖形成，并支持以橡樹和Pistacia為主的地中海馬奎斯的植被（圖2a）。今天，該地區(qū)用于放牧牛群，而近幾十年來，山坡的很大一部分被清除用于使用重型機(jī)械進(jìn)行園藝（圖1c）。
圖2a.Har Sifsof洞穴的入口，展示了周圍的巖石地形和地中海風(fēng)情（；b.e段和f2段之間的一個小豎井中的一堵古老石墻；c.R段的石筍和鐘乳石
Har Sifsof洞穴通過垂直豎井進(jìn)入，其入口的當(dāng)前配置在表面上幾乎看不到（圖2a）。豎井通向一個完全黑暗和潮濕的地下空間的復(fù)雜系統(tǒng)，總長518米，垂直范圍42米。這使得HSC成為加利利地區(qū)最大，最復(fù)雜的洞穴之一。
圖3 文中提到的三個老化室洞穴（HSC、Abud和Nahal Qanah）的平面圖（左）和剖面圖（右）。三處遺址都有豐富的考古發(fā)現(xiàn)，可追溯到黎凡特史前晚期。a.紅十字國際委員會于2016年繪制的HSC; b.Nahal Qanah洞穴,1981年至1991年間由紅十字委員會繪制; c.阿布德洞穴，紅十字國際委員會于2009年繪制.
洞穴的整個空間可以分為兩個“翼”（以下簡稱東翼和西翼），在入口豎井的底部分支。每個側(cè)翼由房間、畫廊和通道組成，這些通道排列在多個樓層中，由垂直或傾斜的空隙連接（圖3a）。這些空間的輪廓通常由巨石和沉積物描繪，而基巖露頭僅在地下系統(tǒng)的邊緣。這種洞穴結(jié)構(gòu)是黎凡特地中海高地地區(qū)老化室洞穴的典型特征，包括史前時代晚期使用的洞穴，例如西約旦中部高地的Nahal Qanah和'Abud（圖3b-c）。洞穴沉積在不斷滴落的區(qū)域，沉積物通過洞穴系統(tǒng)上部的裂縫和小空隙從地表滲入（圖2c）。
圖4. HSC的標(biāo)準(zhǔn)2D洞穴學(xué)映射，呈現(xiàn)平面視圖和多個輪廓。粉紅色陰影標(biāo)記松散的沉積物。黃色陰影標(biāo)記了觀察到重新沉積的碎石燧石物品的區(qū)域。
該洞穴最初以1:200的比例繪制（繪制等級5C），而某些產(chǎn)生密集分布的考古遺跡區(qū)域后來以更大的比例（1:50，1:100）繪制。該測繪階段的結(jié)果是生成了洞穴及其各個組成部分的平面視圖、剖面圖和橫截面（圖 4）?？偣餐度肓怂奶鞂?shí)地繪制洞穴地圖，隨后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大約八天的圖形處理和制圖（使用LimeLight軟件管理制圖數(shù)據(jù)，使用Microsoft Paint進(jìn)行制圖）。
圖5 HSC的垂直剖面與洞穴上方的表面相結(jié)合，由合并和二次采樣的點(diǎn)云產(chǎn)生。GeoSLAM Zeb Horizon激光雷達(dá)系統(tǒng)安裝在Matrice 600 Pro無人機(jī)上進(jìn)行1號掃描，并用手?jǐn)y帶進(jìn)行2號至10號掃描
為了準(zhǔn)確繪制洞穴及其周圍環(huán)境，我們使用了GeoSLAM Zeb Horizon LiDAR系統(tǒng)，掃描速率為300，000點(diǎn)/秒，視場視圖為360°x270°，最大掃描范圍為100米，最小掃描范圍設(shè)置為1米，以避免記錄掃描儀及其操作員。最小范圍并不限制對狹窄通道的記錄，測量只有幾十厘米，因?yàn)樗鼈兊膸缀涡螤钍菑亩鄠€位置記錄的，同時攜帶掃描儀穿過洞穴（圖5）。
圖6. 激光雷達(dá)360軟件從合并和二次采樣的點(diǎn)云生成的激光雷達(dá)掃描視圖；a.洞穴的一般剖面圖，方位335?. 該視圖是為洞穴記錄的整個數(shù)據(jù)的投影，如（b）中的虛線正方形和洞穴的平面視圖（c）所示。在圖a和圖c中，從洞穴空間向地表上升的主軸由白色箭頭標(biāo)記，并編號（1-8）（a）的高程色標(biāo)也適用于（b）和（c）。粉紅色的線條（a）表示水、沉積物和小型燧石物品可能通過洞穴滲透的主要管道。
在實(shí)地考察期間，在技術(shù)細(xì)節(jié)上投入了大量時間，主要是建造繩索系統(tǒng)（主要是單繩技術(shù)，SRT），這是進(jìn)入洞穴所需的，并且能夠通過一些更偏遠(yuǎn)、難以進(jìn)入的部分（見圖4、圖6）。洞穴的泥濘和濕滑環(huán)境，加上垂直通道，迫使在移動和操縱掃描儀時格外小心。
圖7.由合并和子采樣點(diǎn)云（a-a'、b-b' 和 c-c'）產(chǎn)生的三個橫截面。每個橫截面的位置和寬度由平面視圖（左上角）上的粉紅色陰影方塊指示
圖8.HSC和周圍環(huán)境的激光雷達(dá)掃描鏡頭，顯示了地表地形與地下洞穴結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系
總體而言，在HSC使用基于SLAM的LiDAR系統(tǒng)進(jìn)行3D洞穴建模被證明是成功的，從而為洞穴及其周圍環(huán)境創(chuàng)建了單個地理參考點(diǎn)云（圖8）。這使我們能夠首次檢查與地上地形相關(guān)的完整洞穴幾何形狀。
事實(shí)證明，基于SLAM的LiDAR系統(tǒng)在惡劣的洞穴環(huán)境中運(yùn)行成功，對幾何復(fù)雜的洞穴及其近乎亞空中的景觀進(jìn)行了詳細(xì)的3D掃描。與傳統(tǒng)的2D測繪產(chǎn)品相比，可以生成更全面，準(zhǔn)確和詳細(xì)的洞穴圖形表示。
源自：Journal of Archaeological Science: Reports 47 (2023) 103745
https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2022.103745
2025-08-28 11:13
2025-08-27 14:14
2025-08-26 13:50
2025-08-23 20:37
2025-08-22 10:33
2025-08-18 14:20
2025-08-13 11:12
2025-08-13 10:55
2025-08-08 09:53
2025-08-07 09:28
