Wykorzystanie skanerów 3D laserowych LIDAR I RĘCZNYCH 3D na potrzeby dokumentacji i badań stanowisk terenowych.

Skanery 3D w geologii

W ostatnich latach technologia trójwymiarowego skanowania zrewolucjonizowała wiele dziedzin nauki i przemysłu – w tym również geologię. Dzięki precyzyjnym pomiarom i możliwości tworzenia realistycznych modeli terenu czy próbek skalnych, skanery 3D otwierają nowe możliwości dla badaczy, inżynierów i geologów terenowych. Tradycyjne metody dokumentacji geologicznej, choć nadal cenne, często bywają czasochłonne i podatne na błędy. W tym kontekście skanowanie 3D stanowi innowacyjne narzędzie, które znacząco zwiększa efektywność i dokładność pracy. W niniejszym artykule przyjrzymy się, jak skanery 3D są wykorzystywane w geologii, jakie technologie stoją za tym rozwiązaniem oraz jakie korzyści niesie ze sobą ich zastosowanie w praktyce.

Potrzebujesz więcej informacji o skanowaniu 3D w geologii?

Napisz do nas.

Udział 3D Master w XV Sesji Paleolimnologicznej – Łódź, 20–21 marca 2025 r.

W dniach 20–21 marca 2025 r. na Wydziale Nauk Geograficznych Uniwersytetu Łódzkiego przy ul. Narutowicza 88 w Łodzi odbyła się XV Sesja Paleolimnologiczna pod hasłem: „Geoarchiwa jeziorno-torfowiskowe jako źródło wiedzy o zmianach paleośrodowiskowych”. Organizatorem wydarzenia była Katedra Geologii i Geomorfologii WNG UŁ oraz Sekcja Paleolimnologii Polskiego Towarzystwa Limnologicznego. Na zaproszenie pana Marcina Krystka mieliśmy przyjemność wziąć udział w tej sesji jako zespół 3D Master.

Naszym zadaniem było zaprezentowanie możliwości wykorzystania technologii skanowania 3D – zarówno z wykorzystaniem skanerów LIDAR, jak i ręcznych – do dokumentacji i analizy obiektów geologicznych. Skany wykonaliśmy w różnych lokalizacjach i warunkach terenowych, obejmujących m.in. żwirownie, wydmy, wykopy piaszczyste oraz wykopy w mułkach.

Celem naszych działań było uzyskanie możliwie najbardziej szczegółowych modeli 3D – zarówno kolorowych, jak i monochromatycznych – które następnie zostały poddane analizie pod kątem struktury warstw geologicznych, ich różnorodności oraz dynamiki zachodzących zmian. Modele 3D porównywaliśmy ze sobą, nakładając je na siebie, co pozwoliło na wizualizację różnic i zmian za pomocą kolorowych map odchyłów wygenerowanych w programie Artec Studio.

Do skanowania dużych obszarów terenowych wykorzystaliśmy skaner Artec Ray II, który doskonale sprawdził się nawet w trudnych warunkach topograficznych i pogodowych. Dzięki szerokiemu polu pomiarowemu możliwe było skanowanie dużych obiektów z zachowaniem bezpiecznej odległości – co miało istotne znaczenie na obszarach zagrożonych osuwaniem się gruntu. W ciągu jednego dnia udało nam się zeskanować m.in. wąwóz, wykopy oraz żwirownię.

Dla bardziej szczegółowej dokumentacji wnętrz jam, zagłębień, wyrw i szczelin zastosowaliśmy ręczny skaner Artec Leo, który umożliwił precyzyjne odwzorowanie trudno dostępnych fragmentów nasypu.

Kolejnym etapem naszego udziału było skanowanie kolekcji geologicznej udostępnionej nam przez Muzeum Geologiczne im. Jana Ziomka przy WNG UŁ. Zeskanowaliśmy kilkadziesiąt okazów kamieni, minerałów i skamieniałości pochodzących z różnych stron świata. Początkowo podeszliśmy do tego zadania z ostrożnością ze względu na trudne właściwości optyczne niektórych obiektów (przezroczystość, połyskliwość, czarna barwa pochłaniająca światło), jednak mimo braku możliwości użycia sprayów matujących czy znaczników (z uwagi na muzealny charakter eksponatów), z pomocą skanerów Artec 3D Spider II i Artec Leo udało się uzyskać wysokiej jakości modele 3D.

Na podstawie tych skanów zaprezentowaliśmy potencjał skanowania 3D w zastosowaniach naukowych – takich jak pomiary, dokumentacja i archiwizacja zbiorów – oraz multimedialnych – m.in. tworzenie realistycznych modeli 3D przy użyciu funkcji fotogrametrii w programie Artec Studio. Na koniec przedstawiliśmy przykładową wirtualną wystawę, zbudowaną na bazie uzyskanych modeli.

Zastosowanie skanerów 3D w geologii i archelogii.

Tworzenie szczegółowych map 3D i modelowanie terenu

Dzięki temu geolodzy mogą uzyskać precyzyjne odwzorowanie ukształtowania terenu, co jest niezbędne do analizy strukturalnej, badania procesów erozyjnych, czy identyfikacji obszarów zagrożonych osuwiskami.

Badania zmian geologicznych i monitorowanie deformacji

Skaning 3D jest idealnym narzędziem do monitorowania zmian w czasie. Regularne skanowanie tego samego obszaru pozwala na wykrywanie niewielkich deformacji powierzchni, które mogą świadczyć o procesach geologicznych, takich jak osuwiska, osiadanie gruntów, czy zmiany w obrębie strukturalnym.

Dokumentacja stanowisk archeologicznych i geologicznych

Dzięki technologii skanowania 3D można stworzyć wirtualne modele stanowisk geologicznych lub archeologicznych, które pozwalają na ich szczegółową analizę bez konieczności ingerencji w teren. Jest to szczególnie cenne w kontekście ochrony środowiska naturalnego i zabytków. Modele 3D mogą być wykorzystywane w badaniach naukowych, prezentacjach czy edukacji.

Analiza stratygrafii i badania warstw geologicznych

Skaning laserowy może być użyty do dokładnego odwzorowania powierzchni skał i warstw geologicznych. Dzięki temu badacze mogą analizować układ warstw, obecność fałd, uskoków i innych strukturalnych cech geologicznych. Dodatkowo, dane zebrane przez skaner 3D mogą być użyte do tworzenia map stratygraficznych, które pomagają w rozumieniu historii geologicznej danego obszaru.

Wspomaganie w tworzeniu modeli geologicznych i geotechnicznych

Za pomocą skaningu 3D można zbierać dane, które później są wykorzystywane do tworzenia modeli numerycznych, pomagających w przewidywaniu zachowań gruntów i struktur geologicznych pod wpływem obciążeń, zmian klimatycznych czy innych czynników zewnętrznych. Modele te są wykorzystywane m.in. w inżynierii geotechnicznej.

Identyfikacja i analiza osuwisk i innych zagrożeń geologicznych

Skaning laserowy jest niezwykle skuteczny w identyfikowaniu obszarów narażonych na osuwiska, powodzie, czy inne zjawiska geologiczne. Dzięki dokładnym mapom 3D można precyzyjnie określić obszar zagrożony, a także monitorować zmiany, które mogą wskazywać na rozwój zagrożenia.

Wykorzystanie w górnictwie i w poszukiwaniach surowców mineralnych

W górnictwie skanowanie 3D jest wykorzystywane do badania terenów górniczych, zarówno powierzchniowych, jak i podziemnych. Może pomóc w tworzeniu dokładnych map złóż mineralnych, monitorowaniu eksploatacji oraz ocenie wpływu działalności górniczej na środowisko.

Badanie strukturalnych cech terenu w trudnych warunkach

Skaning laserowy jest szczególnie przydatny w trudnodostępnych lub niebezpiecznych terenach, takich jak wulkaniczne kraterze, jaskiniach, kanionach czy w górach. Dzięki temu badacze mogą zbierać dane z miejsc, które byłyby trudne lub niemożliwe do zbadania przy użyciu tradycyjnych metod.

Zbieranie danych do analizy ryzyka naturalnego

Modele 3D stworzone dzięki skanowaniu laserowemu mogą być użyteczne w ocenie ryzyka naturalnego na obszarach zagrożonych kataklizmami geologicznymi, jak trzęsienia ziemi, powodzie czy osuwiska. Dzięki precyzyjnym mapom możliwe jest lepsze planowanie działań ochronnych.