Chýnovská jeskyně byla první na území Česka, kterou mohli obyčejní lidé navštívit. Zpřístupněna byla už v roce 1868, pět let po objevení. O 151 let později, v květnu 2019 si pomyslně připsala další prvenství. Právě zde odborníci z potápěčského klubu SpeleoAquanaut, Správy jeskyní České republiky a společnosti Geo-cz vymysleli a poprvé odzkoušeli systém pro mapování zatopených prostor. To mohou být nejen jeskyně, ale i bývalé doly, vraky lodí.
Novinka, která využívá metodu videogrammetrie, je zásadní hned v několika ohledech. Je výrazně přesnější a rychlejší než dosud používané techniky. Oba přívlastky jsou přitom neméně důležité.
Při jeskynním potápění je čas výrazně limitujícím faktorem než například při potápění na volné vodě. Přesnost nové metody je pak taková, že vědcům a dalším odborníkům umožňuje na základě zmapovaných částí predikovat další, dosud neodhalené oblasti jeskyně.
Nezdála se jim původní mapa ...
Důvod, proč hledat nový způsob mapování podzemních a zatopených prostor, se plně projevil při pravidelných večerních debatách nad mapami zatopených částí Chýnovské jeskyně. Potápěčům ani speleologům totiž nedávaly logiku.
Laserovým skenováním nově přesně zmapovaná a zaměřená nezatopená část nepokračovala dříve ručně změřenou, zmapovanou a zakreslenou zatopenou částí tak, jak by měla.
Chýnovská jeskyně. Tmavě šedě vyznačená část vpravo je nově zmapované zatopené podzemí. Pouze černě obtažená a nevybarvená část vpravo (vyčuhující nahoru) pak znázorňuje původní zákres zatopeného podzemí na mapě. Rozdíl mezi realitou a původním nákresem z osmdesátých let minulého století je viditelný na první pohled. Neliší se jen směřování chodeb, ale i jejich skutečná délka.
„Jeskyně se jako by chovala jinak, než je obvyklé. Každý takový útvar má své zákonitosti, ze kterých lze predikovat, jak může celá prostora vypadat. V případě chýnovské jeskyně nám to však nevycházelo. Podle mapy se zakreslené chodby příliš stáčely směrem k povrchu. Přirozené by přitom bylo, kdyby celý systém chodeb tvořil pomyslný žebřík směřující pozvolna směrem dolů,“ vysvětluje první impuls pro přesnější zmapování jeskyní geofyzik Jiří Šindelář, jednatel společnosti Geo-cz, která novou metodu spoluvyvinula.
Dodnes používané mapy nejen Chýnovské jeskyně většinou vznikaly klasickou metodou, kdy potápěč zakresluje podzemní prostory doslova ručně. Polygon, který určuje rozměry jeskyně, tvoří vodící šňůra s uzlíky označujícími jednotlivé délkové metry.
V důležitých bodech pak potápěč pásmem přeměří profil jeskyně, označí změnu směru, větvení, atd. a vše zanese do výkresu. Stačí tedy jakákoliv drobná chyba v měření během procesu a všechny následné kroky tuto odchylku ještě umocní. Když si uvědomíme, že ponor je časově omezen a vše komplikují rozvířené nečistoty ze dna jeskyně, které po chvíli a na dlouhou dobu rapidně sníží viditelnost na pár centimetrů, není se čemu divit.
Právě tak se může stát, že chodby na mapě místo toho, aby v souladu s realitou pozvolna klesaly, tak se stáčí k povrchu. Jakákoliv predikce dalších částí jeskyně je pak z takovýchto map samozřejmě nemožná.
Jako fotogrammetrie, ale z videa
Metody fotogrammetrie a videogrammetrie obecně slouží k rekonstrukci tvarů, měření rozměrů a určování polohy předmětů, které jsou zobrazeny na fotografiích (fotogrammetrie) nebo na videu (videogrammetrie).
Obě metody se relativně běžně používají. Starší fotogrammetrie například při dálkovém průzkumu Země nebo při vyhodnocování snímků meteorů pořízených bolidovými kamerami.
Videogrammetrie je samozřejmě náročnější jak na samotný konečný výpočet, tak sběr dat. Aby bylo možné softwarově získat z obrazu „mrak“ přesně určených bodů budoucího 3D modelu, musí být scéna nasnímána v co nejvyšší možné kvalitě.
První, čeho je v podzemí nedostatek, je pochopitelně světlo. Potápěči s sebou proto na rampě s kamerami nosí i velmi výkonné světlo se světelným tokem
12 000 lumenů (pro srovnání, 100W žárovka má asi 1 500 lm, svíčka pak třináct lumemů).
Část výbavy pro videogrammetrii. Vpravo rampa se dvěma GoPro kamerami, vlevo pak kombinace s pouzdrem na fotoaparát.
Záznam probíhá ve 4K rozlišení s 25 snímky za sekundu. Dvojice kamer GoPro na společném úchytu pořizuje stereoskopický záznam, ze kterého lze přesněji spočítat pozice jednotlivých bodů. Někdy použijí „rig“ se čtveřicí kamer, kde záběr zpřesňuje dvojice bočních kamer. V jedné variantě je v páru fotoaparát (zrcadlovka) a GoPro, vedle videa tak lze pořizovat i snímky v mnohem vyšším rozlišením. Platí totiž, že čím více dat, tím lépe.
Časově velice náročná je pak fáze zpracování nasnímaných dat. Neexistuje totiž jeden software, který by zvládl celý proces v dostatečné kvalitě a se všemi parametry, kombinace aplikací a procesů je jedním z know-how jeho tvůrců.
Jako první byla po dvouletém vývoji nové metody zmapována trvale zatopená partie Chýnovské jeskyně. Během tří ponorů posbírala dvojice potápěčů data pro více než 220 metrů velmi členitých chodeb s převýšením až 43 metrů.
Suchou část už před časem jeskyňáři přesně zmapovali díky modifikovanému přístroji Josefa Vandělíka. Ten upravil tradiční zeměměřičský přístroj využívající geodetickou metodu pro úzké jeskynní průlezy. Jak to celé funguje a jak prototyp zařízení vznikl, se dozvíte na následujícím videu.
Od korunovačních klenotů, tváře svaté Zdislavy až do jeskyně
Při tvorbě technologie byly využity zkušenosti realizačního týmu s mapováním v jeskyních a vytvářením technologických postupů pro dokumentaci kulturního dědictví. Základem je stejná metoda, kterou v posledních letech použila společnost Geo-cz například pro dokumentaci Pražského hradu, korunovačních klenotů nebo relikviáře svatého Maura.
Společnost Geo-cz se také specializuje na detekci a monitorování skrytých prostor. Jako čtenáři Technet.cz jste mohli být v přímém přenosu u toho, když vstupovali do hrobky Jana Jiřího ze Švamberka nebo králova zpovědníka Jindřich Libraria. Jejich metody pomohly vrátit tvář svaté Zdislavě i neznámé dívce od Tábora.
Vývoj nové mapovací metody trval dva roky. Na jejím vzniku se od roku 2017 se podíleli rezortní organizace ministerstva životního prostředí - Správa jeskyní České republiky, Archeologický ústav AVČR Brno, organizace Geo-cz, České speleologická společnost ZO 1-10 Speleoaquanaut a ZO 2-01 Chýnovská jeskyně.
Do zatopené jeskyně se díky nové metodě můžete vypravit i vy. Podívejte se na následující video:
