Laserový paprsek a hlubiny zemské

Přesný prostorový model složitě tvarovaných a rozsáhlých podzemních prostor, jakými jsou například historická důlní díla, potřebujeme nejen pro mapování, ale např. pro časové sledování případných změn v řádu milimetrů. To by bez laserového skenování a následného počítačového zpracování nebylo možné (viz Vesmír 94, 692, 2015/12). Tyto informace jsou důležité např. pro posouzení, zda lze historická důlní díla bezpečně zpřístupnit.

Hornictví v Horním Městě

Samotný název obce vypovídá o tom, že její dějiny jsou úzce spjaty s hornickou činností. Hornoměstský rudní revír je svou velikostí třetí největší na Moravě a ve Slezsku, přičemž nejvýznamnějším a zároveň největším byl zlatohorský rudní revír, který byl následován revírem hornobenešovským. První zmínky o dolování zde máme z roku 1490, tehdy se zde těžilo stříbro. Těžba Pb-Zn rud (trvala pouhých pět let) zde byla ukončena 30. září 1970. Od r. 2012 se zde revitalizovalo a resocializovalo centrum po těžební činnosti. V rámci zajištění starých dobývek byla vyražena tři nová důlní díla (úpadnice Eva, komín Karel a úpadnice na Staré patro), byla vyzmáhána¹⁾ historicky velmi cenná dědičná štola sv. Antonína Paduánského. Ze zajištěných dobývek pod centrem obce nakonec vykrystalizovala část, kterou budou moci navštívit lidé z řad laické i odborné veřejnosti.

Během těchto zajímavých prací byla vyhotovena i nová mapová dokumentace historických dobývek. Chybělo však trojrozměrné zdokumentování prostoru dobývek, které se nacházejí v hloubce od 12 do 60 m pod povrchem. Právě 3D model, resp. 3D pohled, může potvrdit, případně vyloučit souvislost povrchových projevů se skenovanou, digitalizovanou částí.

Skenování v 1. patře dolu, jako vlícovací body slouží reflexní koule, pomocí kterých byly skládány jednotlivé skeny dohromady.

Vlastní skenování

Skenování započalo v r. 2018 ještě v průběhu sanačních prací. Tato etapa si kladla za cíl vyzkoušet 3D laserový skener v tomto typu podzemí a prostředí, kde skenování značně limituje profil a průřez důlních děl. Kvůli váze použitého přístroje a zejména kvůli minimální pracovní výšce se však podzemí nenaskenovalo celé.

Další skenování se uskutečnila koncem roku 2019. Zapůjčený modernější skener by svým výkonem, váhou a rozměry umožnil zachytit podzemí celé a bez omezení, avšak z časových důvodů nebyla skenována přechodová komora mezi 1. a 2. patrem dolu.

V roce 2020 jsme v Horním Městě skenovali potřetí, tentokrát již pomocí vlastního 3D laserového skeneru Faro Focus S 350. Tento model může detekovat objekt až ve vzdálenosti 350 metrů (přístroj použitý při předchozím skenování pouze 70 metrů), nicméně takto vzdálený objekt bude méně detailní, a tedy i méně přesný.

Rodinný dům s vyznačením ploch, které slouží pro registraci skenů tzv. na plochy. Pro obarvení mračen bodů bylo použito 360° fotopanoramatu.

Vlastní skenování bylo rozděleno do tří etap. První etapa se zaměřila na prostory 1. a 2. patra dolu (Staré patro a Petrův obzor), obr. 1. Ve druhé etapě jsme se zaměřili na zachycení povrchu, aby bylo možné vyhotovit průmět důlní situace s povrchovou situací, obr. 2. Třetí etapa, ač časově nejkratší, byla z hlediska skenování nejnáročnější, neboť bylo nutné naskenovat komoru mezi 1. a 2. patrem o úklonu až 60°, obr. 3. Při skenování přechodové komory jsme nepoužili vlícovací body, protože jejich umístění v důlním díle bylo prakticky nemožné. Vlastní registrace bodů byla prováděna „na plochy“, v tomto případě jimi byly výztužní prvky důlního díla a kompozitový žebřík. Skenovací čas se v jednotlivých případech lišil na základě zvoleného rozlišení, přičemž v 3. etapě jsme museli přistoupit ke kompromisu, abychom kvůli pohybu po žebřících skenování zkrátili na nezbytně nutnou dobu.

Skenování v komoře mezi 1. a 2. patrem dolu.

Přestože bylo podzemí v Horním Městě zachyceno již třikrát, pouze skenování z roku 2020 bude sloužit jako referenční pro budoucí úlohy a aplikace. Sanační a rekonstrukční práce v podzemí byly ukončeny v létě roku 2020, a lze tedy předpokládat, že zachycené prostředí se nebude dalšími úpravami měnit (obr. 4). V plánu je i nadále pokračovat ve skenování, neboť srovnáním jednotlivých mračen bodů je možné odhalit jevy a procesy, které v dole nastávají. Těmi nejvýznamnějšími fenomény jsou pohyb základky a opad kamenů ze stropu. Oba jevy by byly zcela nepřípustné pro plánovaný návštěvnický provoz, který má být zahájen v létě r. 2021.

Výsledek skenování, pohled na celé podzemí a jeho polohu vůči povrchu.

Trojrozměrné laserové skenování zde sehrává významnou kontrolní funkci, podobně jako tomu bylo v minulých letech např. na Dole ČSM {4}. Trojrozměrné skenování štoly sv. Antonína Paduánského započalo v roce 2020. To se jeví jako náročný a dlouhodobý úkol, neboť štola samotná trpí častým výskytem důlních vod, které zdárné skenování štoly v úhrnné délce bezmála 660 metrů omezují nebo mu zcela brání. Je však možné zachytit průběh důlního díla klasickými metodami, kdy je riziko poškození či utopení skeneru zcela minimální, resp. nulové. Nicméně vlastní skenování tohoto díla, které je prozatím neúplné, probíhá ve stejných intencích jako skenování komory mezi 1. a 2. patrem, tedy bez vlícovacích bodů s krokem 5 metrů mezi stanovisky. Profil důlního díla je značně variabilní, v nejužším a nejnižším místě hovoříme o výšce 120 cm a šířce 60 cm, kdy je tento profil ještě snížen o pochozí překlad z dřevěných prken.

Závěr

V rámci Moravskoslezského kraje je rudní podzemí Horního Města první a dosud jediné, které budou moci lidé navštívit. Jelikož se pod celou obcí několik staletí těžilo, byly projevy důlní činnosti mnohdy velmi patrné, počínaje popraskanými stěnami domů a propady povrchu konče. Právě tato skutečnost a blízkost důlních děl k povrchu vedly k tomu, že i zde bylo provedeno 3D laserové skenování důlních prostor a odvozeny kritické hloubky vůči povrchu. V částech, které nebyly zasaženy zmáhacími pracemi, lze díky opakovanému měření říci, že v průběhu tří let nedošlo k žádným změnám – nebyly zaznamenány ani opady stropu či pohyby boku díla. Průměrná chyba skenování v důlním prostředí byla v délce (vzdálenosti) 2,1 mm, v horizontální rovině 1,63 mm a ve vertikální rovině 1,03 mm.²⁾ Digitalizace podzemí je každopádně užitečná jak z hlediska bezpečnosti a rozhodovacích procesů, tak pro vytvoření celkového 3D modelu podzemí v Horním Městě.

Vznik textu byl podpořen Strategií Akademie věd AV21 v rámci výzkumného programu Přírodní hrozby a v rámci projektu Regionální spolupráce Akademie věd s Moravskoslezským krajem.