Vannressursforvaltning i Huler med Leica BLK2GO og Neuchâtel Senter for Hydrogeologi og Geotermikk

En betydelig del av Sveits’ vannressurser finnes i de komplekse karst-akvifrene, et kritisk naturlig system som fortsetter å vekke nysgjerrigheten til forskere. Ved Neuchâtel Senter for Hydrogeologi og Geotermikk (CHYN) startet et team av vitenskapsmenn, ledet av professor Phillipe Renard og sammen med klimaforsker Dr. Tanguy Racine, et initiativ for å oppnå en grundig forståelse av disse ressursene.    

Målet var klart: å studere fysikken til vannstrømmer i huler eller underjordiske karstkanaler ved hjelp av innovativ teknologi – spesifikt 3D laserskanning med Leica BLK2GO og et tilpasset belysningssystem fra Méandre Technologie – for å bygge bro over gapet i forståelsen av akviferer som tradisjonelle måle- og modelleringsmetoder ikke kunne dekke.  

 

Undersøke former for underjordisk karst

Ifølge United States Geological Survey er “[k]arstområder preget av distinkte landskapsformer (som kilder, huler, synkehull) og en unik hydrogeologi som resulterer i akviferer som er svært produktive, men ekstremt sårbare for forurensning.” For de karst-akviferene som ble studert av CHYN, involverte prosjektet detaljert kartlegging av de interne overflatene i karsthulene for å forstå vannstrøm og forurensning, blant andre faktorer.  

Målet var å lage digitale tvillinger med 3D-punktdata, fargerike panoramabilder og høyoppløselige mesh-nett. Teamet utforsket flere lokasjoner, inkludert Waterfall Cave i Môtiers og Vallorbe-hulen.    

Navigering gjennom kilometervis med karstkanaler krevde avansert mobil skanningsteknologi. BLK2GO ble valgt som verktøy for å støtte prosjektet, og tilbød en verdifull løsning for denne oppgaven som krevde en effektiv måte å fange den komplekse geometrien på nøyaktig. Med BLK2GO kunne forskerne kartlegge store områder raskt og med større mobilitet enn tradisjonelle skannere.    

Ved å fange hvert distinkte trekk, enten det er en sjakt, tunnel eller steinrøys, gjorde effektiviteten til BLK2GO det mulig for teamet å tilpasse datafangststrategien for å fange alle nødvendige områder. Det som tidligere kanskje ikke var målbart, ble snart nøyaktige 3D-punkt skyer av hvert område forskerne måtte dokumentere.  

 

Belyse det mørke underjordiske nettverket av huler

En av hovedutfordringene i denne underjordiske ekspedisjonen var tilstrekkelig belysning. I et naturlig lysfattig miljø var det avgjørende å sikre at BLK2GO kunne fange alle data effektivt. Å lage fargelagte punktdata krever belysning, som skannere vanligvis ikke leverer selv – de er enten avhengige av naturlig eller kunstig belysning for å belyse scenen, noe som gjør det mulig å ta bilder og deretter fargelegge de innsamlede dataene med LiDAR.      

Imidlertid var forskerne klare for utfordringen med å finne en løsning for å gi den nødvendige belysningen som trengs for å fange fargekodede punkt skyer mens de var i bevegelse.

Teamet brukte et spesialisert belysningssystem designet av Méandre Technologies. Denne tilleggsenheten, som lett festes til bunnen av det lette BLK2GO-håndtaket, belyste kanalene og gjorde det mulig for forskerne å fange hvert detalj de trengte ved å kombinere geometriske data med farge, noe som var en stor fordel for arbeidet deres.  

 

Skape digitale tvillinger av akviferer og kanaler

Når de kom tilbake fra feltarbeidet, var neste steg å prosessere de innsamlede dataene. Ved å bruke Leica Cyclone REGISTER 360 PLUS-programvaren behandlet og renset de de fargelagte 3D-punktdataene, og kondenserte dem til en tilgjengelig form for å utføre en effektiv geomorfologisk analyse.    

Senere laget de flere mesh-strukturer i Leica Cyclone 3DR, som kastet lys på de geometriske egenskapene til de karstiske konduittene.

En merkbar utfordring som ble møtt under denne studien var at GNSS ikke var tilgjengelig under bakken for å måle kontrollpunkter, og teamet måtte lage en kontinuerlig punkt sky fra grottesystemet. Ved å bruke GrandSLAM-teknologi, klarte teamet å fange karstgrottene effektivt. Når de skannet avstander på mer enn hundre meter, skannet teamet i lukkede sløyfer, og avsluttet skanningen der de startet. På denne måten kan BLK2GO gjenkjenne identiske trekk for å justere den lange punkt-skyen korrekt, og forskerne kunne bekrefte at 3D-modellen av grotten ikke hadde forskjøvet seg under de lange turene.      

 

Analyse av underjordiske vannnettverk

De detaljrike digitale tvillingene, fanget av BLK2GO og laget av teamet, var avgjørende for å undersøke og syntetisere geometrien til de underjordiske vannkonduitsnettene. For eksempel er bruken deres for å modellere hvor raskt vannbårne forurensninger transporteres under bakken, uvurderlig. Med 3D-datadokumentasjon i hånden, kunne forskerne overvåke potensielle forurensningspunkter og vurdere sårbarheten til vannressursene fra analytiske perspektiver. Dette proaktive tiltaket lover å forbedre miljøhelse og administrere vannressurser effektivt.      

Når det gjaldt å estimere vannstrømningskapasitet, viste de digitale tvillingene seg å være uvurderlige. Å forstå de geometriske detaljene til karstkonduitter, deres form, strømningskarakteristikk ved hver sving og vending, samt tilstedeværelsen og den romlige relasjonen mellom trekk som forårsaker motstand, er avgjørende for nøyaktige estimater av strømning. Ved å måle og ta tverrsnitt av karst-akviferer med BLK2GO-data, kunne teamet bygge pålitelige prediktive modeller for vannstrøm, effektivitet og kapasitet i disse konduittene. Disse dataene har stor betydning for forvaltningen av vannressurser og utforming av politikk for bærekraftig vannbruk.      

 

Fremskritt innen studier av karst-akviferer

Prosjektet viste de robuste egenskapene til Leica BLK2GO og belyste – bokstavelig talt! – potensialet som håndholdt 3D-laserskanningsteknologi har for å fremme forståelsen av naturressurser. BLK2GO klarte å fange data på en enkelt feltreise, og eliminerte behovet for flere feltbesøk, og maksimere prosjektets samlede effektivitet og virkningsgrad.    

For Dr. Racine og teamet ved CHYN møtte BLK2GO kravene for å fange inn trange, mørke underjordiske miljøer. Dens evne til å raskt og pålitelig fange datasett under slike forhold, spesielt i kombinasjon med belysningssystemet fra Méandre Technologie, banet vei for en dypere forståelse og utnyttelse av Sveits' viktige vannressurser.  

Etter hvert som vi går videre med klimastudier og forstår hvordan vi kan forvalte vannressurser på en bærekraftig måte, vil tanken om å skanne tidligere utilgjengelige områder, fange tidligere utilgjengelige data og dermed bedre forstå vårt økosystem, lede forskere mot en komplett forståelse av akvifersystemene i Môtiers og Vallorbe-grotten.

Arbeidet til Dr. Racine og teamet hans viser oss en fremtid der teknologi fungerer som et medium som kobler oss til underjordiske vannnettverk som tidligere har vært vanskelig å nå eller måle og overvåke. Disse forskerne lærer nå nøyaktig hvordan disse akvifene, konduittene og grottene fungerer, noe som hjelper forskere og offentlige tjenestemenn med å overvåke og skape mer bærekraftig bruk av vannressurser.  

 

Suksess kommer når nøye planlegging møter smart teknologi. Lær mer om håndholdt skanning med Leica BLK2GO her.