[發明專利]一種喀斯特洞穴石筍沉積監測方法

有效

• 申請號: 201911260239.1
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110986767B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 周文龍;林濤;江波;朱生亮;曹洋
• 申請（專利權）人: 貴州省山地資源研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/06;G01B11/16
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 胡緒東

本發明公開了一種喀斯特洞穴石筍沉積監測方法，該方法包括步驟：選擇三維掃描儀；布設標靶控制網；掃描儀架設在旋轉架上掃描；對采集的圖像進行點云拼接；石筍沉積監測周期為至少2個水文年；三維點云數據導入到3DReshaper第三方軟件對監測石筍的高度和體積進行統計，根據逐月或季度數據和石筍沉積生長量繪制曲線；單根石筍取樣求得平均密度，平均密度與體積變化相乘，得到監測石筍的沉積重量。本發明通過激光掃描儀監測石筍體積和高度的變化，體積與密度相乘，獲得監測石筍沉積重量和高度，數據監測更精確，監測方法更簡單，成本更低。

技術領域

本發明屬于石筍沉積監測技術領域，涉及一種喀斯特洞穴石筍沉積監測方法。

背景技術

喀斯特洞穴石筍是研究氣候變化的重要載體。作為一種高分辨的古氣候代用指標，石筍微層已經被廣泛用來重建古氣候，但是在石筍微層年代學和古氣候學方面還有許多問題不是很清楚，需要在洞穴現代過程觀測中尋找證據。其中，石筍的沉積生長速率是反映外界氣候環境變化及洞穴內部地質背景條件變化的綜合指標，是定量解釋石筍氣候指標的關鍵手段。因此，對洞穴現代碳酸鹽沉積速率的研究具有重要意義。而對于現代碳酸鹽沉積物的生長或沉積速率的研究相對較少，所采用的方法主要是在正在生長的石筍頂部放置蓋玻片、燈泡等承接現代碳酸鹽沉積，按月或季度取回在實驗室稱重對比前后質量變化，以監測石筍沉積速率的動態變化。該方式通過蓋玻片、燈泡等模擬石筍表面生長環境，二者之間存在較大的差異：①表面較原生環境光滑；②承接面較原生表面大。這些因素容易造成滴濺水承接量增加、側流減少等現象，導致監測數據偏離真實值，最為關鍵的是無法獲取石筍沉積生長形態變化（如體量、生長高度等）指標。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種非接觸式的喀斯特洞穴石筍沉積監測方法，以解決現有技術中存在的問題。

本發明采取的技術方案為：一種喀斯特洞穴石筍沉積監測方法，該方法包括以下步驟：

（1）選擇三維激光掃描儀：選擇Leica三維掃描儀，掃描距離精度不小于1.2mm+10ppm；

（2）布設標靶控制網：反映石筍生長變化的區域主要集中在頂面，因此要確保頂面掃描無盲區，首先根據掃描單根石筍確定掃描區域，圍繞掃描區域布設控制標靶，保證相鄰架站之間至少有兩個公共點，標靶布設要求上下、左右擺放錯落，架站次數確保掃描石筍頂面盲區能夠掃描，為提高多期數據對比準確性以及減少后期數據處理工作量，第一次掃描時將布設標靶固定，后期掃描均參照固定標靶進行掃描；

（3）掃描儀架設與石筍掃描：為提高多期掃描數據對比精度，沿監測區域固定旋轉架并做好位置標記，將掃描儀安裝在旋轉架上進行掃描，使前后掃描時掃描儀的位置和高度大致保持一致，并掃描固定標靶，架站時調整掃描儀底部的調平架的旋鈕使掃描儀處于水平位置（對中氣泡居中），掃描時為減少數據噪音以及人為干擾，采用Remote Controlvia Apple的平板電腦進行遠程操控，并在iPad Pro上實時查看掃描的進度和接收的數據；

（4）點云拼接：掃描完成后將圖像數據導入Cyclone軟件，在Cyclone軟件中對點云數據以公共標靶為參照進行自動拼接，并檢驗數據誤差，整體拼接誤差控制在1mm以內；

（5）監測周期與掃描頻次：石筍沉積監測周期為至少2個水文年，一般按月或季度進行多次掃描監測，獲取連續的動態監測點云數據；

（6）石筍沉積動態監測分析：將不同月份或季度的三維激光點云數據通過LeicaCloudWorx插件加載到3DReshaper第三方軟件中，對多期三維點云數據進行兩兩比較分析（月月之間、季度之間、年際變化等），根據軟件中分析導入生成的三維模型的表面積、體積、生長高度的變化量，獲得監測石筍的高度和體積變化量，并出相應的統計報表，根據逐月數據或季度數據和石筍沉積生長量繪制生長曲線；