▍文章來(lái)源于康謀自動(dòng)駕駛

隨著智慧工地與無(wú)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(lèi)客戶(hù)的溝通過(guò)程中，我們觀察到了一些被頻繁提到的客戶(hù)需求和場(chǎng)景痛點(diǎn)，針對(duì)于此，以隧道運(yùn)輸設(shè)備——MSV膠輪車(chē)為例，本文為該類(lèi)客戶(hù)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(hù)的實(shí)際痛點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)拆解如何在無(wú)GPS信號(hào)、環(huán)境惡劣的隧道場(chǎng)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(hù)需求與場(chǎng)景痛點(diǎn)

復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境與對(duì)象

本次搭載對(duì)象為MSV膠輪車(chē)（用于TBM隧道施工物料運(yùn)輸）。車(chē)輛長(zhǎng)期運(yùn)行于狹長(zhǎng)、封閉的隧道內(nèi)部，且需要分別在車(chē)輛的“前端”和“后端”搭載兩套獨(dú)立的感知系統(tǒng)，以滿(mǎn)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(duì)環(huán)境的全面感知，單車(chē)集成了復(fù)雜的傳感器組，包括：

視覺(jué)傳感器：華陽(yáng) 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(chē)輛總線(xiàn)：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(shí)空同步

無(wú)GPS信號(hào)：隧道內(nèi)無(wú)法獲取衛(wèi)星授時(shí)（GPS/GNSS），傳統(tǒng)依賴(lài)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(shí)接入，對(duì)采集系統(tǒng)的帶寬和寫(xiě)入速度提出了巨大挑戰(zhàn)。

惡劣工況：隧道施工現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)大、粉塵多，要求設(shè)備具備極高的工業(yè)級(jí)穩(wěn)定性

02 解決方案概覽

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

方案一：工業(yè)級(jí)硬同步方案

工業(yè)級(jí)硬同步方案 (BRICKplus + MDILink)采用了德國(guó)b-plus的數(shù)據(jù)采集生態(tài)系統(tǒng)，主打硬件級(jí)時(shí)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(chǔ)

使用 BRICKplus 工控機(jī)，搭載8TB大容量BRICK STORAGE存儲(chǔ)模塊。設(shè)備支持寬溫運(yùn)行，抗震等級(jí)高，專(zhuān)為車(chē)載環(huán)境設(shè)計(jì)。

加裝了BMC-ETH6000和CAN拓展模塊的 BRICKplus

無(wú)損數(shù)據(jù)接入

通過(guò) MDILink 轉(zhuǎn)換器，將相機(jī)的GMSL2信號(hào)無(wú)損轉(zhuǎn)換為萬(wàn)兆/千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。SerDes測(cè)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(wú)損解耦原始數(shù)據(jù)和時(shí)間戳。接收端軟件可將RAW數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)為AVI、MP4等格式，便于分析和處理。支持時(shí)間同步802.1AS。

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

MDILink

TE CAN combo 模塊

微秒級(jí)硬同步（gPTP）

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

閉環(huán)數(shù)據(jù)回注

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

該方案的優(yōu)勢(shì)與不足總結(jié)如下：

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

不足：硬件成本相對(duì)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(zhuān)業(yè)PCIe采集卡的方式，適合對(duì)成本敏感且能接受軟件同步精度的項(xiàng)目。

方案二數(shù)采系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

高性能計(jì)算平臺(tái)：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(guò)PCIe接口直接通信。

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

便捷存儲(chǔ)：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(pán)。

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(shì)與不足總結(jié)如下：

優(yōu)勢(shì)：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(jí)），在高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下可能存在數(shù)據(jù)對(duì)齊誤差；需投入較多集成開(kāi)發(fā)工作。

03 軟件生態(tài)與可視化

無(wú)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(shí)監(jiān)控：定制的數(shù)采上位機(jī)軟件，支持對(duì)所有傳感器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

數(shù)據(jù)可視化：完美適配 Rviz，可實(shí)時(shí)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(chǎng)調(diào)試。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：支持Rosbag錄制及通過(guò)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(chǎng)景本身：

關(guān)于同步精度：隧道內(nèi)無(wú)GPS信號(hào)是最大的限制。如果工程車(chē)輛運(yùn)行速度較慢（如隧道內(nèi)低速行駛），方案二的毫秒級(jí)軟同步通常是可以接受的。但如果涉及高速自動(dòng)駕駛算法驗(yàn)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(dòng)，方案一（BRICKplus） 的全封閉、無(wú)線(xiàn)纜堆疊設(shè)計(jì)在可靠性上具有顯著優(yōu)勢(shì)，且已在德系主機(jī)廠(chǎng)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(xiàng)目的首選，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量萬(wàn)無(wú)一失，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

方案二適合預(yù)算受限或需批量復(fù)制的場(chǎng)景，但建議在前期進(jìn)行充分的PoC（概念驗(yàn)證）測(cè)試，重點(diǎn)驗(yàn)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(dòng)駕駛解決方案供應(yīng)商（前身是虹科自動(dòng)駕駛事業(yè)部）。

我們以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力，提供高性能的數(shù)據(jù)采集、記錄、傳輸方案，針對(duì)各種駕駛場(chǎng)景進(jìn)行精準(zhǔn)的仿真模擬，以及對(duì)大量自動(dòng)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(mǎn)足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域研發(fā)測(cè)試的全流程需求。

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