用树莓派震动传感器绘制洞穴地图

 精确绘制错综复杂的洞穴系统地图，有助于提高勇敢的潜水者的安全性。在《The MagPi》第150期杂志中，罗西·哈特斯利了解到了树莓派震动传感器（Raspberry Shake）所做出的贡献。

理查德·怀尔德将自己描述为 “游走于商业与学术领域之间的物理学家兼工程师”，他对洞穴潜水的热爱 “与其说是一种爱好，不如说是一种痴迷”。他是太赫兹公司（Terahertz）的联合创始人，这家先进的工程公司成就斐然，其中就包括为欧洲航天局的地球云、气溶胶和辐射探测器（EarthCARE）任务开发遥感仪器。理查德还是参与绘制墨西哥尤卡坦半岛天然井（天坑）地下网络地图的几位经验丰富的洞穴探险家之一。他说：“这些洞穴美轮美奂，而绘制它们的地图在技术上颇具难度，要花费大量精力来确保自身安全。” 声学和磁学测绘有助于绘制这些未被探索的通道的位置和方向，从而提高所有进入洞穴者的安全性。借助树莓派震动传感器，这项工作得以更可靠地开展，树莓派震动传感器是一款基于树莓派的设备，通常用于探测地震。

洞穴测量是在水下使用指南针和卷尺手动完成的

这些地图对于热衷于展示洞穴堆积物（如钟乳石和石笋等矿物质沉积物）的潜水向导来说也很有用，并且能让开发者了解在特定区域进行建设是否可行和被允许。他们的潜水活动还揭示了诸如高尔夫球场等开发项目所带来的影响，高尔夫球场的建造需要砍伐丛林，使用硝酸盐来维护草坪，而且还可能从地下蓄水层取水。

杰出的伙伴

理查德经常与著名的洞穴探险家弗雷德·德沃斯在墨西哥金塔纳罗奥州潜水，该地区没有地表河流。绘制其地下洞穴网络地图 “极其危险，对体能也是巨大挑战”。

树莓派震动传感器团队的装备，包括树莓派震动传感器声学地震仪、氧气罐以及偏远且难以到达的洞穴系统区域地图

探索洞穴时，需要沿着每隔十英尺打一个结的拉紧的绳子前进，以此来标记路线，就像希腊神话中的忒修斯一样。理查德提到，要准确读取指南针并根据经过的绳结数量每次计算出十英尺的行进距离，这需要信任和专注。能见度和人体的体力恢复能力也都是影响因素——如果长时间潜水后精疲力竭，可能就无法准确注意到箭头或数清绳结。“气泡碰到洞顶时，那里就像有氧化镁乳剂一样。” 

理查德解释这个过程：“我们标记深度、距离、方位角以及到下一个站点的角度”——通常就是绳子缠绕在岩石上的地方。绘制的箭头有助于确保潜水者不会迷路，但有些洞穴不止一个入口，或者箭头指向多个方向。

理查德·怀尔德、弗雷德·德沃斯及其同事出版了一本绘制阿吞科（Actun Koh）洞穴系统的小册子

地图绘制在特制印刷纸上，包含诸如洞穴开口等地理特征，以及洞穴深度、水深和高度的变化。要将这些信息与外界联系起来，需要一种方法将其与地面联系起来，并从中获取全球定位系统（GPS）坐标。理查德说：“通过将绳子从洞穴入口引出，并在对天空遮挡较少的区域获取GPS坐标，就能将地图与绝对位置关联起来。在有多个入口的洞穴中，可以通过在入口处进行GPS测量来确定并纠正累积的误差。然后可以使用诸如阿丽亚娜（Ariane，一种广泛使用的绘图工具）之类的程序将校正信息应用到整个地图中。”

仪器改进

该团队此前在萨吉塔罗天然井使用磁通门磁力仪来匹配地面和地下位置。2024年夏天，理查德和他的洞穴绘图同事尝试了一种新方法来验证他们的发现，同时使用了树莓派震动传感器一维垂直运动地震仪和更为灵敏的声学磁力仪。在披荆斩棘穿过丛林到达该地点后，树莓派震动传感器和声学磁强计被直接放置在潜水者认为洞穴所在位置的正上方。

高尔夫球场的草坪使用硝酸盐处理，这些硝酸盐会使藻类滋生，从而污染天然井

理查德说：“树莓派震动传感器帮助我们验证了发现，并达到了以前无法实现的精度。” 结果很有前景，因此团队为计划于2025年初的再次考察订购了一台RS3D三轴模型。这次，树莓派震动传感器将被放置在一个IP67防水箱中，团队希望额外的测量能够通过X、Y、Z轴上干扰的相对振幅来确定方向。

理查德、山姆和克里斯在阿吞科洞穴开始潜水