Investigarea unei rețele speologice prin mijloace GIS. Studiu de caz: zona Gura Dobrogei – Pod. Casimcea

25.10.2014 Tutorialul de fața folosește o versiunea mai veche a softului prezentat. Va rugăm consultați versiunea actualizată sau contactați autorul.

Introducere

Materialul își propune rezolvarea unei probleme simple, în esență: folosirea tehnicilor GIS pentru investigarea dezvoltării unor peșteri, respectiv plasarea lor într-un sistem informațional geografic. Regiunea test pe care s-a încercat rezolvarea acestor probleme este situată în bazinul inferior al Casimcei, într-un perimetru denumit generic Gura Dobrogei.

Metodologia folosită

Etapele de lucru constau în cartări de teren, realizarea suportului GIS și integrarea informațiilor. Suportul GIS este constituit din straturi tematice cu informații privind altitudinea, rețeaua hidrografică, vegetația, spațiul construit, clădirile izolate plus orice alte detalii sunt considerate ca fiind necesare . Prin interpolare poate fi realizat și un model numeric al terenului (MNT) care să joace rolul unei “suprafețe virtuale” a terenului.

Cartarea subterană în sine este o provocare, fiind la rândul ei compusă din lucrul în teren și partea de laborator – interpretarea rezultatelor și, eventual, validarea cu produse cartografice mai vechi.

Cartarea în teren

În lipsa unor măsurători despre dezvoltarea peșterilor avute spre analiză, a fost necesară refacerea tuturor acestor pași. Măsurătorile în peșteră s-au realizat cu ajutorul busolei geologice, clinometru și ruletă, tehnica fiind cea a unei drumuiri topografice de suprafață (metodă folosită și perfectată în speologie). Rezultatele obținute (figura 1) constau în puncte de viză și stație, distanță (metri), unghi vertical (grade centesimale), azimut (grade sexagesimale), înălțimi, distanță stânga dreapta (metri). Acestea au fost completate cu schițe de mână și fotografii. Au fost realizate 3 echeraje la nivelul Peșterii Liliecilor pentru a se putea verifica ulterior și acuratețea măsurătorilor.

Figura 1. Rezultatele procesului de cartografiere subterană în stare brută: schițe de mână și șiruri de date.

Interpretarea schițelor de teren

Următoarea etapă a constat în identificarea unor soluții pentru convertirea măsurătorilor mai sus menționate în coordonate geografice, și folosirea unui format acceptat de pachetele GIS. Au fost analizate punctele forte și cele slabe ale principalelor programe de topografie subterană

Software	+ (puncte forte	- (puncte slabe)	Website
Walls	mod intuitiv de introducere a datelor, vizualizare 3D, export direct în formatul .shp	incapabalitatea de a folosi informațiile privind extinderea galeriilor	Walls
WinKarst	mod intuitiv de introducere a datelor, posibilitatea importului de MNT în format DEM, updatare continuă de către producător a programului și resurselor, existența unei aplicații utilitare pentru importul/exportul datelor, măsurătorilor subterane între diferite formate	costuri pentru folosirea versiunii complete a programului	WinKarst
Compass	mod intuitiv de introducere a datelor, posibilitatea realizării de grafice tematice (orientarea tuturor galeriilor, distribuția pe altitudine etc), posibilitatea exportului animaților în format .mpeg, posibilitatea exportului în format dxf	lipsa unei versiuni PC	Compass
Survex	caracterul open-source al proiectului permite o dezvoltare dinamică și o redistribuire gratuită, versiune în 10 limbi (inclusiv română), dimensiuni reduse și posibilitatea rulării aplicației sub orice computer sau sistem de operare, posibilități multiple de denumire interactivă a punctelor de stație și de viză	lipsa unei interfețe ,lucrul direct cu comenzile DOS, necesită o bună parcurgere a documentației în prealabil	Survex
CyberTopo	-	mod foarte greoi de gestiune a datelor, resurse insuficiente, format propriu – “închis”	CyberTopo
VisualTopo	numeroase exemple spectaculoase	mod neclar și insuficient documentat al interconexiunii măsurătorii – topografie de suprafață, resurse ambiguu explicate	VisualTopo

Tabelul 1. Prezentarea principalelor aplicații orientate spre topografia subterană. O recenzie mai amplă poate fi găsită aici

A fost preferată “soluția survex” pentru prelucrare și calcul. Au primat în luarea deciziei flexibilitatea, controlul în introducerea datelor precum și suportul oferit de grupul de discuții

Survex – concept și mod de lucru

Primul pas este descărcarea versiunii adecvate Survex și/sau a documentației și datelor test. [Acest tutorial fiind realizat pe soluții Windows, va urmări pașii corespunzători acestui sistem de operare.]

Ulterior este posibilă definirea limbajului care va fi folosit. Default, acesta coincide cu cel din “Regional Settings” în Control Panel sub Microsoft Windows. În cazul în care se dorește totuși schimbarea acestuia (spre exemplu trecerea de la engleză la română) va trebui modificată linia de cod SURVEXLANG în fișierul AUTOEXEC.BAT.

SVXEDIT

Urmează editarea/transcrierea datelor de teren de la nivelul de schiță, la un format acceptat de program. Acest lucru se poate face folosind un procesor de text oarecare (Notepad, Word etc.) sau editorul de text ce vine odată cu programul (editwarp.exe).

Ordinea în care sunt introduse datele poate varia. Default este “pct. de stație DIN care se face măsurătoarea” – “pct. de stație SPRE care se face măsurătoarea” – lungime – azimut – unghi vertical. Fișierul se va salva după formatul “nume_fisier.svx”

Figura2. Un exemplu simplu, realizat pentru Peștera Casian.

Survex oferă posibilitatea introducerii de informații suplimentare în fișierul .svx. Explicații detaliate se găsesc în cadrul documentației. În cadrul acestui exemplu au fost folosite următoarele:

- *entrance – marchează un punct de stație ca fiind “intrare în peșteră”

- *date și *title – introducerea datelor de identificare pentru peșteră

- *fix – introducerea localizării geografice pentru un punct de intrare.

Figura3. Exemplu de fișier .svx pentru Peștera Liliecilor.

În cazul în care se dorește și integrarea informațiilor de suprafață, există și această posibilitate. folosind exclusiv resursele survex.

CAVERN

Aplicația de procesare a datelor în format .svx poartă denumirea de “cavern”. Ea poate fi apelată dintr-un MSDOS prompt sub forma sintaxei “cavern nume_fisier.svx”. Ulterior apelării, informația va fi procesată și, în cazul în care nu sunt prezente erori, va fi afișat un sumar al informației (Figura 4.). Vor fi generate două noi fișiere cu extensiile .3d și .err.

Figura 4. Procesarea sub Cavern a fișierului .svx pentru Peștera Liliecilor.

AVEN

În cazul în care nu au existat erori se poate continua cu o primă vizualizare a rezultatelor (fișierul .3d) folosind viewerul inclus în program – AVEN (Figura 5).

Figura 5. Vizualizarea cu ajutorul AVEN a rezultatului procesarii informatiilor despre Pestera Liliecilor

Din Aven se poate exporta informația folosind formatul .dxf, acceptat de majoritatea pachetelor GIS. Tot pentru exportul în format .dxf, din fereastra DOS, se poate accesa comanda cad3d (sintaxa este “cad3d nume_fisier.3d nume_fisier_outout).

Pentru un import în mediu GIS mai comod, ocolind chiar și funcția *fix, se poate apela la un mic truc, folosind deasemenea AVEN ca punct de plecare. Astfel, se va converti fișierul procesat 3d în formatul “compass”.

CAVE TOOLS

cavetools50.avx

Reprezintă o extensie pentru ArcView 3x, destinata exact importului in format shapefile a fișierelor de tip Compass (Figura 6).. Pagina proiectului poate fi găsită aici . In 2004 insă, extensia a fost integrată programului Compass.

Figura 6. Snapshot al extensiei CaveTools cu principalele comenzi disponibile.

Pașii sunt extrem de intuitivi: “Import COMPASS plot file” – vor fi generate două fișiere de tip shapefile (punctele de stație si schița drumuirii). Acestea pot fi ulterior proiectate in coordonate geografice pe baza unui punct a cărui poziție ne este cunoscuta – “Register Cave survey theme to a known location”.

GIS – o infinitate de posibilități.

Folosind fișierele shapefile cu schițele peșterilor avem practic posibilități de integrare/vizualizare/reproiectare nelimitate. O prima idee ar fi vizualizarea in mod 2d (figura 7.) sau 3d (figura 8.)

Figura 7. Vizualizare 2d a schiței Peșterii Liliecilor.

Figura 8. Vizualizare 3d a schiței Peșterii Liliecilor.

Perspective

Materialul a fost axat asupra unei metode prin care se pot importa in mediu GIS observațiile colectate in teren. Un număr mare de aplicații si exemple se găsesc pe pagina ESRI dedicata carstologiei. Tot acest demers ar fi insă inutil in lipsa unor date sursă bune, de aceea trebuie acordată o mare atenție modului în care se efectuează măsurătorile.