▍文章來源于康謀自動駕駛

隨著智慧工地與無人化施工技術(shù)的推進(jìn)，隧道施工裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為行業(yè)焦點(diǎn)。近期，在和眾多該類客戶的溝通過程中，我們觀察到了一些被頻繁提到的客戶需求和場景痛點(diǎn)，針對于此，以隧道運(yùn)輸設(shè)備——MSV膠輪車為例，本文為該類客戶量身定制了一套高性能多模態(tài)數(shù)據(jù)采集方案。

本文將從客戶的實(shí)際痛點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)拆解如何在無GPS信號、環(huán)境惡劣的隧道場景中，實(shí)現(xiàn)高精度、多傳感器的數(shù)據(jù)融合與采集。

01 客戶需求與場景痛點(diǎn)

復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境與對象

本次搭載對象為MSV膠輪車（用于TBM隧道施工物料運(yùn)輸）。車輛長期運(yùn)行于狹長、封閉的隧道內(nèi)部，且需要分別在車輛的“前端”和“后端”搭載兩套獨(dú)立的感知系統(tǒng)，以滿足雙向行駛的作業(yè)需求。

多模態(tài)傳感器融合

為了實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的全面感知，單車集成了復(fù)雜的傳感器組，包括：

視覺傳感器：華陽 GMSL2 3M 相機(jī)（前后共4路）

激光雷達(dá)：主雷達(dá) + 補(bǔ)盲雷達(dá)（前后共6顆）

毫米波雷達(dá)：ARS410（前后共2顆）

定位與姿態(tài)：IMU hwt905-CAN（前后共2顆）

車輛總線：CAN數(shù)據(jù)采集

傳感器布局：

前端布局（左）、后端布局（右）

核心痛點(diǎn)：隧道內(nèi)的時空同步

無GPS信號：隧道內(nèi)無法獲取衛(wèi)星授時（GPS/GNSS），傳統(tǒng)依賴PPS/NMEA的同步方式失效。

高帶寬并發(fā)：多路激光雷達(dá)與高分辨率相機(jī)的同時接入，對采集系統(tǒng)的帶寬和寫入速度提出了巨大挑戰(zhàn)。

惡劣工況：隧道施工現(xiàn)場震動大、粉塵多，要求設(shè)備具備極高的工業(yè)級穩(wěn)定性

02 解決方案概覽

針對上述挑戰(zhàn)，我們提出了兩套差異化的技術(shù)路線：“極致性能方案（方案一）”與“高性價比方案（方案二）”，以滿足不同研發(fā)階段的需求。

方案一：工業(yè)級硬同步方案

工業(yè)級硬同步方案 (BRICKplus + MDILink)采用了德國b-plus的數(shù)據(jù)采集生態(tài)系統(tǒng)，主打硬件級時間同步和高可靠性。

方案二數(shù)采系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

核心算力與存儲

使用 BRICKplus 工控機(jī)，搭載8TB大容量BRICK STORAGE存儲模塊。設(shè)備支持寬溫運(yùn)行，抗震等級高，專為車載環(huán)境設(shè)計。

加裝了BMC-ETH6000和CAN拓展模塊的 BRICKplus

無損數(shù)據(jù)接入

通過 MDILink 轉(zhuǎn)換器，將相機(jī)的GMSL2信號無損轉(zhuǎn)換為萬兆/千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。SerDes測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，適配GMSL、CSI-2、FPDLink等多種接口的傳感器，實(shí)現(xiàn)無損解耦原始數(shù)據(jù)和時間戳。接收端軟件可將RAW數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存儲為AVI、MP4等格式，便于分析和處理。支持時間同步802.1AS。

通過 TE CAN combo 模塊采集CAN/CAN-FD數(shù)據(jù)。

MDILink

TE CAN combo 模塊

微秒級硬同步（gPTP）

針對隧道無GPS痛點(diǎn)，該方案采用基于XTSS協(xié)議的gPTP硬件時間同步。BRICKplus作為主時鐘源，與激光雷達(dá)、MDILink及CAN模塊進(jìn)行亞微秒級同步，完全不依賴外部衛(wèi)星信號。

閉環(huán)數(shù)據(jù)回注

配備 BRICK THUNDER DOCK，支持通過雷電3接口或萬兆網(wǎng)口極速回傳數(shù)據(jù)，大幅縮短數(shù)據(jù)落地時間。

該方案的優(yōu)勢與不足總結(jié)如下：

優(yōu)勢：硬件適配性極高，微秒級同步精度，數(shù)據(jù)安全性好，適應(yīng)惡劣環(huán)境，開發(fā)工作量低。

不足：硬件成本相對較高。

方案二：靈活型軟同步方案

靈活型軟同步方案(ECX-3800 + PCIe采集卡)采用高性能通用工控機(jī)配合專業(yè)PCIe采集卡的方式，適合對成本敏感且能接受軟件同步精度的項目。

方案二數(shù)采系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

高性能計算平臺：選用 ECX-3800 PEG，搭載Intel i7-13700E處理器與64GB DDR5內(nèi)存，提供強(qiáng)大的板端處理能力。

標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展采集：視頻采集： 使用友思特 Proframe 3.0 采集卡，支持4路GMSL2輸入，適配性強(qiáng)；CAN采集： 使用 PCAN-PCI Express FD 4通道卡，通過PCIe接口直接通信。

毫秒級軟同步：在缺乏硬件PTP支持的情況下，采用軟件層面的時間戳對齊，通過ROS等中間件調(diào)整各數(shù)據(jù)流時間戳，精度在毫秒（ms）級別。

便捷存儲：采用標(biāo)準(zhǔn)SATA接口的8TB SSD（如三星870 EVO），支持直接插拔換盤。

友思特 Proframe3.0 視頻采集卡（左）；PCAN-PCI Express FD - PCI Express轉(zhuǎn)CAN FD接口卡 4通道（右）

該方案的優(yōu)勢與不足總結(jié)如下：

優(yōu)勢：配置靈活，硬件成本大幅降低（約為方案一的40%），后期維護(hù)及部件更換方便。

不足：僅支持軟件同步（ms級），在高動態(tài)場景下可能存在數(shù)據(jù)對齊誤差；需投入較多集成開發(fā)工作。

03 軟件生態(tài)與可視化

無論選擇哪種硬件方案，我們均提供基于ROS/ROS2的完整軟件支持。

實(shí)時監(jiān)控：定制的數(shù)采上位機(jī)軟件，支持對所有傳感器狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。

數(shù)據(jù)可視化：完美適配 Rviz，可實(shí)時顯示激光雷達(dá)點(diǎn)云、相機(jī)圖像及融合效果，方便工程師現(xiàn)場調(diào)試。

數(shù)據(jù)存儲：支持Rosbag錄制及通過上位機(jī)將RAW數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AVI/MP4等通用格式。

04 綜合建議與選型指南

在最終的方案選擇上，我們需要回歸到工程場景本身：

關(guān)于同步精度：隧道內(nèi)無GPS信號是最大的限制。如果工程車輛運(yùn)行速度較慢（如隧道內(nèi)低速行駛），方案二的毫秒級軟同步通常是可以接受的。但如果涉及高速自動駕駛算法驗證，建議選擇方案一。

關(guān)于環(huán)境適應(yīng)性：考慮到隧道施工存在大量粉塵、潮濕和震動，方案一（BRICKplus） 的全封閉、無線纜堆疊設(shè)計在可靠性上具有顯著優(yōu)勢，且已在德系主機(jī)廠有大量成熟應(yīng)用案例。

實(shí)施建議：

方案一適合作為標(biāo)桿項目的首選，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量萬無一失，降低開發(fā)風(fēng)險。

方案二適合預(yù)算受限或需批量復(fù)制的場景，但建議在前期進(jìn)行充分的PoC（概念驗證）測試，重點(diǎn)驗證軟同步在隧道工況下的穩(wěn)定性。

▍關(guān)于康謀科技

康謀是一家自動駕駛解決方案供應(yīng)商（前身是虹科自動駕駛事業(yè)部）。

我們以數(shù)據(jù)為驅(qū)動力，提供高性能的數(shù)據(jù)采集、記錄、傳輸方案，針對各種駕駛場景進(jìn)行精準(zhǔn)的仿真模擬，以及對大量自動駕駛數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、高質(zhì)量處理。我們的一站式服務(wù)能夠滿足自動駕駛領(lǐng)域研發(fā)測試的全流程需求。

通過深入了解客戶需求，結(jié)合行業(yè)最新技術(shù)和趨勢，我們致力于為客戶提供最適配的自動駕駛解決方案，助力客戶在自動駕駛領(lǐng)域取得更大突破。