我们第一次把设备带进金属矿的巷道,是在一个斜坡道口。矿方的技术员递过来一张图纸,说这是三年前的版本,采空区那边后来又动过,具体位置他也说不准。那天我们没飞,只做了两件事:量洞口,记光。

矿洞巡检无人机这个说法,容易被理解成"把飞机放进洞里拍一圈"。真正下一次井,从接到需求到交出数据,中间有五个环节,缺一个环节,带回来的东西就没法用。这篇按我们实际走的顺序写一遍,也给正在评估这类作业的矿方一个对照。

一、出发前,先把"巡检"翻译成一张点位表

矿方最初提的需求通常只有四个字:井下巡检。这四个字没法排班,也没法验收。

我们一般会把它拆成三列:去哪、拿什么、拿去做什么。去哪,要具体到某段巷道、某个采空区入口、某条溜井;拿什么,是点云、影像、还是某几处的表观记录;拿去做什么,决定了精度要求和交付格式。比如只为看顶板有没有新掉块,影像够用;要算回填方量,就必须有点云和统一的坐标基准。

这一步最花时间的不是技术,是找对人。采空区的边界数据在测量组,封闭方式在安全科,能不能进、什么时段进,要生产调度点头。三方的说法对不上,是很常见的事,提前对上,比下井以后再返工省事。

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图注:封闭区入口被钢筋栅栏挡住,禁入告示牌挂在栏上,我们的设备停在栏外悬停,等矿方安全科确认作业时段。这是每次下井最先遇到的一道门。

二、踏勘那天,量三个尺寸、记三件事

到了现场,我们先量三个尺寸。

第一个是入口。连保护框一起算,整机外廓 365 毫米 ×352 毫米 ×200 毫米,起飞重量上限按 2020 克。采空区入口大多不规则,爆破留下的洞口宽窄不一,栅栏和密闭墙还会再占掉一块。量最窄处,量完再决定进不进。

第二个是最窄断面。巷道会随围岩和支护变化,最窄的一段往往不在勘测过的地方。这个数字决定飞行路径,也决定要不要拆保护框——我们的答案是基本不拆,拆了防护就没了意义。

第三个是起降面。井下没有平整地面,碎石、积水、轨道都可能出现。起降点选在哪,回收时人站在哪,要一起定。

要记的三件事是光、粉尘和链路。光决定照明怎么配,机载 40 颗 LED 共 10000 流明,带斜照,贴壁打光比正面直打更容易看出岩壁起伏。粉尘决定要不要分段——悬浮颗粒和水雾会干扰回波,点云到底清不清,飞一段才知道。链路决定从哪个位置开始衰减,巷道转弯处岩壁遮挡明显,2.4G 与 5.8G 双频在直段能撑到 1000 米,弯多的段要提前想好中继或者光纤。

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图注:踏勘当天拍的作业面:矿方人员戴红色安全帽站在岩壁前,我们的设备贴着岩壁悬停,灯光只覆盖作业面。这一段用来判断照明和贴壁距离怎么配。

三、先飞一小段,证明两件事

踏勘完,我们不直接铺开。先挑一段短的、人能监护、随时能回收的区段试飞。

试飞要证明的第一件事是定位稳。井下收不到卫星信号,位置全靠机载激光雷达和激光 SLAM 自己解算,标称精度到厘米级。稳不稳,看两样:悬停时轨迹是不是在原地小幅抖动,点云是不是糊成一片。抖得厉害或者糊了,后面的活都不用谈。

第二件事是链路通。图传画质 1080P,第一人称画面延迟压到 80 毫秒,直段都没问题,问题出在弯道。试飞就是要把链路在哪一段开始变弱找出来,标在图上。弯道密集的区段,我们会带光纤模块:细线 0.26 毫米能放 1 公里,粗一点的 0.37 毫米放 500 米。好处是不受遮挡影响,代价是线缆要专人管,转弯处会磨。

试飞这一段还顺便校准一件事:照明够不够。井下全黑,相机能不能出图,全看机上那点光。我们在现场会拍同一面岩壁的两张,一张正面、一张斜照,对比之后再定正式作业的照明参数。

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图注:试飞时拍的整机:笼式防护框、机腹相机和照明同时工作,粉尘被灯打亮。我们看到这张图,就知道这一段的光照条件够不够出图。

四、正式作业,按结构划片,不按时间划片

正式飞的时候,我们按空间结构分段,不按飞行时间分段。

一次悬停能撑 15 分钟,最远跑 1.8 公里;SLAM 模式水平速度 3 米每秒封顶,风也扛到 3 米每秒,上下升降每秒 1 米。这几个数放在一起,意味着一片大空腔一趟飞不完,必须切开。切法是以交叉口、躲避硐这些天然节点为界,每片单独起降,每片都留返航余量。

采空区是另一套节奏。空腔里没有可参照的墙面,飞进去以后靠什么判断扫没扫全?靠实时点云和轨迹同步上屏。屏幕上哪块是空的,一眼能看出来,当场补。这一条我们在作业里看得最重,因为漏扫在事后是补不回来的——人进不去,补扫要重新组织一次下井。

垂直线路我们单独处理。溜井、天井这类空间落差大、起降面小,回收方案得单独做,水平巷道那套搬不过去。风速偏大的井口和通风巷道,先判断再进,抗风上限就是每秒 3 米,没有余量就别赌。

五、回到地面,交的是能算的数据

数据落盘以后,我们交三样东西。

第一样是点云模型。我们按 LAS 这类通用格式导出,矿方自己的后处理软件打开就能用。回填还差多少方、断面尺寸够不够、这一期比上一期变了哪里,都在这份模型上量。第二样是影像,相机是 1/2.3 英寸靶面、1227 万有效像素,最高录 3840×2160、60 帧,用来判断表观问题。第三样是作业记录:哪一段飞了、哪个位置信号弱、哪块补扫过。第三样最不起眼,但矿方下次复飞要靠它。

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图注:交回矿方的点云模型:空腔按高度着色,岩壁起伏保留,左侧色标对应实际高程。方量、断面、多期对比都从这份模型上算。

双光版多一路热成像,分辨率 256×192,配 9.7 毫米焦距、F1.0 光圈。我们只拿它找表面温度的异常点;出测温报告、做测厚,那是专业设备的活。气体这块是选配的四合一探头,能看一氧化碳、硫化氢、氧气与甲烷;接触式点测,探头得钻进气体云里才有数,30 秒内响应。它给的是某一点上的判断,连续监测还得靠固定式系统。

六、有些活,我们会直接说不接

说清楚不接什么,比说能做什么更有用。

通道口径只有 30 至 80 厘米的管道涵洞类空间,或者巷道、孔口净空不足 1 米,机身带着保护框过不去,我们不做。长度超过一公里、内壁光滑还带水的长直管段,激光找不到可匹配的特征,建图会退化,也不做。积水、泥泞、塌方段起降面不可控,高粉尘、强水雾段要先试飞看数据,数据不行就换手段。风速一过每秒 3 米,或者现场温度掉出 -10℃ 到 50℃ 的范围内,停飞。大落差竖井和天井,单独评估后再定,不默认可飞。

还有一层是我们这台设备本身:它是人操控的,手飞,无机巢,不跑自主航线,也不做自主探索,二维码和 RFID 都不认。能挂的东西不多,照明、影像、热成像、气体基本就是全部组合。把它当成一个能进人到不了的地方、带回可算数据的工具,预期就是对的;指望它替掉整套测量和监测体系,一定落空。

常见问题

一次井下作业大概要多久?

看区段。一段几百米的巷道,踏勘加试飞加正式作业,通常要占掉一个班次;采空区要看空腔大小和入口条件,往往要分两次。我们在排期时会先按点位表估,估不准的部分留到试飞之后再定,不提前给死数。

数据多久能交?

点云当场能看,模型和后处理要回地面做。方量测算、多期对比这类计算,取决于坐标基准和验收口径有没有提前定好,口径不清会反复。

矿方需要准备什么?

三样:能进出的通道和作业时段、井口或作业段的监护人员、以及一份说清楚数据用途的需求。前两样是安全底线,第三样决定我们交什么格式的东西。

本文技术参数与场景口径据空中未来公开资料整理,具体以现场验证为准。