一.概述高精度路网采集采用车载多传感器融合采集方案核心是通过在采集车辆上集成多种适配传感器实现高精度路网数据的全面、高效采集。为达成基础采集目标需至少稳定获取三类核心数据 —— 道路场景高清图像、道路三维点云数据及厘米级高精度定位与姿态数据三者协同为高精路网建模、道路资产提取及路网参数标定提供核心支撑。本文将针对实现上述三类核心数据采集所需的关键设备结合其采集功能与应用场景进行详细介绍。关键词相机雷达RTK组合导航 边缘计算设备二.设备基本构成开展高精度路网及道路资产采集作业需配置以下四类基础采集设备相机设备用于采集道路场景高清图像获取路面标识、交通标志、护栏、信号灯等道路资产的纹理与视觉特征。雷达设备用于采集三维点云数据获取道路几何结构、路侧设施空间位置及地形高程信息支撑道路资产三维建模与量测。RTK 组合导航设备实时输出厘米级定位坐标、车速及车辆姿态信息为图像与点云数据提供精准时空基准实现多源数据空间对齐。边缘计算设备负责统一接收、同步、存储并预处理相机、雷达、RTK 的多源传感数据保障采集数据实时稳定输出与后续解算使用。三.相机3.1.相机基本参数采用帧率大于30hz分辨率1920x1080及以上的具有自动对焦、曝光的相机能够在各种光照环境下采集高清的场景图片帧率帧率30hz每秒能拍摄30张图像在高速采集情况下车车速120km/h33.3m/s算,图像采集能平均达到1米一张能很好的采集到道路上的要素。分辨率分辨率1920x1080及以上能基本满足对图像中道路资产的识别要求分辨率越大图像越清晰。自动对焦相机镜头不用手动拧对焦环靠机器自动检测被摄物体距离快速把画面调清晰的功能保证在高速采集情况下能保证画面清晰度。自动曝光相机自动计算亮度不用你手动调参数直接拍出亮度正常、不过亮也不过暗的照片。时间同步相机应具有能同步时间的功能通常通过ptp/ntp与边缘设备能进行时间同步也可内置或外接GIS模块获得GIS授时。ROS驱动相机自带ROS驱动可以方便的接入相机的图像数据。3.2.相机数据接入相机通过指定接口接入边缘计算设备基于设备官方文档选用适配 ROS 驱动完成数据对接驱动节点采集相机数据并以标准 ROS 消息格式发布话题业务节点订阅话题实现数据获取与应用无官方 ROS 驱动时依据官方 SDK / 接口规范开发自定义节点完成数据接入与发布。3.3.数据存储数据存储需完成图像数据与采集时间戳的同步保存支持以时间戳命名图像文件或通过数据库、文本文件记录图像信息与时间索引。为节省存储资源可将图像压缩为 JPG 格式存储压缩方式可降低存储空间占用但会对图像清晰度产生一定影响。四.雷达4.1.雷达基本参数线数 / 通道数:常用128 线、256 线千线级用于超远距,线数越高垂直分辨率越高路面、护栏、杆状物细节越完整视场角 FOV路网采集关键水平360°旋转式 或 120°/250°固态 / 半固态,垂直35°40°典型 -25°15°,垂直下视角足够大-25° 以上才能扫到近处路面、路肩、井盖探测距离标准反射率 10%近距路面0.5m3m 无盲区,远距道路延伸 / 护栏200m300m128 线,超远距高速 / 长直道500m600m如 Livox Tele-15、速腾 EM4测距精度路网采集硬指标±13 cm0.4m240m,3cm 才能满足高精地图HD Map绝对精度要求角分辨率点云密度水平0.1°0.4°,垂直0.1°0.3°,点频200 万690 万点 / 秒单 / 双回波扫描频率:10Hz20Hz常规,高速采集20Hz 保证移动中点云不拖影、不漏扫回波模式:双回波 / 多回波穿透树叶、雨雾保留路面真实点云,路网采集必须开双回波.时间同步:支持 PTP/gPTP、NTP、GPS 1PPS,同步精度微秒级10μs,必须与 IMU、GNSS 严格时间对齐。环境与接口工作温度-40℃85℃防护IP67接口千兆以太网PoE、GPS/IMU 同步口、电源。4.2.雷达数据接入雷达通过以太网接口与边缘计算设备完成物理连接并配置同一网段 IP依据雷达官方文档部署适配的 ROS 驱动启动驱动节点实现点云数据采集、解析与标准化发布生成符合 ROS 通信规范的 PointCloud2 点云话题应用节点订阅对应话题完成雷达数据的接收与后续处理。若雷达无官方 ROS 驱动可基于官方 SDK 或网络通信协议开发自定义节点实现数据解析与 ROS 话题发布。4.3.雷达数据存储数据存储模块支持采集雷达点云与对应时间戳的同步保存可采用时间戳命名方式存储 PCD/ROS 包格式点云文件或将点云路径、采集时间、设备序列号等元数据存入数据库或文本文件实现索引管理。为节省存储空间可对点云数据进行轻量化编码与压缩存储在保证有效信息完整的前提下降低存储占用。五.RTK组合导航5.1.RTK组合导航基本参数RTK组合导航设备是集成高精度 GNSS 接收机、惯性测量单元IMU、数据通信模块于一体的一体化定位定姿设备可独立输出厘米级位置、速度及姿态信息无需外接分立传感器。GNSS接收模块:支持多星座多频信号接收配合 RTK 差分算法实现原始卫星信号解算与厘米级单点定位。差分服务账号用于登录 CORS 服务平台获取差分改正数是实现 RTK 厘米级定位的必要配置惯性测量单元IMU:实时采集载体角速度与加速度在 GNSS 信号遮挡、失锁时保持连续定位输出,提升鲁棒性。组合导航解算单元:采用卡尔曼滤波等算法对 GNSS 与 IMU 数据进行紧 / 松组合融合输出稳定连续的位置、姿态、航向信息。数据通信模块:内置 4G/5G 或数传电台模块用于接收基准站或 CORS 网络差分数据保障 RTK 解算。外部接口单元:提供网口、串口、PPS 同步口等可与雷达、相机、边缘计算设备实现时间同步与数据联动输出。供电与结构单元:宽压供电、工业级防护设计适应车载采集、室外测绘等复杂作业环境。5.2.RTK组合导航数据接入RTK 组合导航设备通过串口 / 以太网接口与边缘计算设备完成物理连接配置通信参数及 CORS 差分账号依据设备官方文档部署适配的 ROS 驱动启动驱动节点实现定位、姿态、时间戳等数据的采集、解析与标准化发布生成符合 ROS 通信规范的导航数据话题应用节点订阅对应话题完成高精度位姿数据的接收与后续处理。若无官方 ROS 驱动可基于官方 SDK 或通信协议开发自定义节点实现数据解析与 ROS 话题发布。5.3.RTK组合导航输出存储数据存储模块支持采集 RTK 组合导航数据与对应时间戳的同步保存可将位置、姿态、速度、卫星状态等元数据以时间戳命名存储为文本 / CSV 文件或直接存入数据库实现结构化管理支持保存原始观测数据与融合定位结果便于事后回放与分析。存储格式轻量化、占用空间小可长期连续记录车载路网采集全过程的高精度定位信息。六.边缘计算设备边缘计算设备作为高精路网采集系统的核心数据处理终端主要用于接收、处理、存储各类采集数据衔接前端传感器与数据应用保障采集工作高效稳定开展。其核心参数与功能适配高精采集场景需求具体如下设备核心参数处理器采用工业级多核CPU≥4核主频≥2.0GHz内存≥8GB DDR4存储容量≥1TB SSD支持扩展支持千兆以太网接口速率≥1000Mbps、RS232/RS485串口适配宽电压供电12V-24V工作温度范围-20℃~60℃具备IP65级防尘防水能力支持PTP时间同步协议精度≤1ms可稳定适配车载移动采集环境。核心功能可实时接收雷达、相机等传感器数据完成数据同步解析、格式转换与本地存储支持点云、图像等数据的高效压缩存储具备多源数据协同处理能力可对接RTK定位数据实现时空对齐同时支持数据本地备份与断点续存保障采集数据不丢失为高精路网建模、道路资产提取提供稳定可靠的硬件支撑。
基础采集设备
一.概述高精度路网采集采用车载多传感器融合采集方案核心是通过在采集车辆上集成多种适配传感器实现高精度路网数据的全面、高效采集。为达成基础采集目标需至少稳定获取三类核心数据 —— 道路场景高清图像、道路三维点云数据及厘米级高精度定位与姿态数据三者协同为高精路网建模、道路资产提取及路网参数标定提供核心支撑。本文将针对实现上述三类核心数据采集所需的关键设备结合其采集功能与应用场景进行详细介绍。关键词相机雷达RTK组合导航 边缘计算设备二.设备基本构成开展高精度路网及道路资产采集作业需配置以下四类基础采集设备相机设备用于采集道路场景高清图像获取路面标识、交通标志、护栏、信号灯等道路资产的纹理与视觉特征。雷达设备用于采集三维点云数据获取道路几何结构、路侧设施空间位置及地形高程信息支撑道路资产三维建模与量测。RTK 组合导航设备实时输出厘米级定位坐标、车速及车辆姿态信息为图像与点云数据提供精准时空基准实现多源数据空间对齐。边缘计算设备负责统一接收、同步、存储并预处理相机、雷达、RTK 的多源传感数据保障采集数据实时稳定输出与后续解算使用。三.相机3.1.相机基本参数采用帧率大于30hz分辨率1920x1080及以上的具有自动对焦、曝光的相机能够在各种光照环境下采集高清的场景图片帧率帧率30hz每秒能拍摄30张图像在高速采集情况下车车速120km/h33.3m/s算,图像采集能平均达到1米一张能很好的采集到道路上的要素。分辨率分辨率1920x1080及以上能基本满足对图像中道路资产的识别要求分辨率越大图像越清晰。自动对焦相机镜头不用手动拧对焦环靠机器自动检测被摄物体距离快速把画面调清晰的功能保证在高速采集情况下能保证画面清晰度。自动曝光相机自动计算亮度不用你手动调参数直接拍出亮度正常、不过亮也不过暗的照片。时间同步相机应具有能同步时间的功能通常通过ptp/ntp与边缘设备能进行时间同步也可内置或外接GIS模块获得GIS授时。ROS驱动相机自带ROS驱动可以方便的接入相机的图像数据。3.2.相机数据接入相机通过指定接口接入边缘计算设备基于设备官方文档选用适配 ROS 驱动完成数据对接驱动节点采集相机数据并以标准 ROS 消息格式发布话题业务节点订阅话题实现数据获取与应用无官方 ROS 驱动时依据官方 SDK / 接口规范开发自定义节点完成数据接入与发布。3.3.数据存储数据存储需完成图像数据与采集时间戳的同步保存支持以时间戳命名图像文件或通过数据库、文本文件记录图像信息与时间索引。为节省存储资源可将图像压缩为 JPG 格式存储压缩方式可降低存储空间占用但会对图像清晰度产生一定影响。四.雷达4.1.雷达基本参数线数 / 通道数:常用128 线、256 线千线级用于超远距,线数越高垂直分辨率越高路面、护栏、杆状物细节越完整视场角 FOV路网采集关键水平360°旋转式 或 120°/250°固态 / 半固态,垂直35°40°典型 -25°15°,垂直下视角足够大-25° 以上才能扫到近处路面、路肩、井盖探测距离标准反射率 10%近距路面0.5m3m 无盲区,远距道路延伸 / 护栏200m300m128 线,超远距高速 / 长直道500m600m如 Livox Tele-15、速腾 EM4测距精度路网采集硬指标±13 cm0.4m240m,3cm 才能满足高精地图HD Map绝对精度要求角分辨率点云密度水平0.1°0.4°,垂直0.1°0.3°,点频200 万690 万点 / 秒单 / 双回波扫描频率:10Hz20Hz常规,高速采集20Hz 保证移动中点云不拖影、不漏扫回波模式:双回波 / 多回波穿透树叶、雨雾保留路面真实点云,路网采集必须开双回波.时间同步:支持 PTP/gPTP、NTP、GPS 1PPS,同步精度微秒级10μs,必须与 IMU、GNSS 严格时间对齐。环境与接口工作温度-40℃85℃防护IP67接口千兆以太网PoE、GPS/IMU 同步口、电源。4.2.雷达数据接入雷达通过以太网接口与边缘计算设备完成物理连接并配置同一网段 IP依据雷达官方文档部署适配的 ROS 驱动启动驱动节点实现点云数据采集、解析与标准化发布生成符合 ROS 通信规范的 PointCloud2 点云话题应用节点订阅对应话题完成雷达数据的接收与后续处理。若雷达无官方 ROS 驱动可基于官方 SDK 或网络通信协议开发自定义节点实现数据解析与 ROS 话题发布。4.3.雷达数据存储数据存储模块支持采集雷达点云与对应时间戳的同步保存可采用时间戳命名方式存储 PCD/ROS 包格式点云文件或将点云路径、采集时间、设备序列号等元数据存入数据库或文本文件实现索引管理。为节省存储空间可对点云数据进行轻量化编码与压缩存储在保证有效信息完整的前提下降低存储占用。五.RTK组合导航5.1.RTK组合导航基本参数RTK组合导航设备是集成高精度 GNSS 接收机、惯性测量单元IMU、数据通信模块于一体的一体化定位定姿设备可独立输出厘米级位置、速度及姿态信息无需外接分立传感器。GNSS接收模块:支持多星座多频信号接收配合 RTK 差分算法实现原始卫星信号解算与厘米级单点定位。差分服务账号用于登录 CORS 服务平台获取差分改正数是实现 RTK 厘米级定位的必要配置惯性测量单元IMU:实时采集载体角速度与加速度在 GNSS 信号遮挡、失锁时保持连续定位输出,提升鲁棒性。组合导航解算单元:采用卡尔曼滤波等算法对 GNSS 与 IMU 数据进行紧 / 松组合融合输出稳定连续的位置、姿态、航向信息。数据通信模块:内置 4G/5G 或数传电台模块用于接收基准站或 CORS 网络差分数据保障 RTK 解算。外部接口单元:提供网口、串口、PPS 同步口等可与雷达、相机、边缘计算设备实现时间同步与数据联动输出。供电与结构单元:宽压供电、工业级防护设计适应车载采集、室外测绘等复杂作业环境。5.2.RTK组合导航数据接入RTK 组合导航设备通过串口 / 以太网接口与边缘计算设备完成物理连接配置通信参数及 CORS 差分账号依据设备官方文档部署适配的 ROS 驱动启动驱动节点实现定位、姿态、时间戳等数据的采集、解析与标准化发布生成符合 ROS 通信规范的导航数据话题应用节点订阅对应话题完成高精度位姿数据的接收与后续处理。若无官方 ROS 驱动可基于官方 SDK 或通信协议开发自定义节点实现数据解析与 ROS 话题发布。5.3.RTK组合导航输出存储数据存储模块支持采集 RTK 组合导航数据与对应时间戳的同步保存可将位置、姿态、速度、卫星状态等元数据以时间戳命名存储为文本 / CSV 文件或直接存入数据库实现结构化管理支持保存原始观测数据与融合定位结果便于事后回放与分析。存储格式轻量化、占用空间小可长期连续记录车载路网采集全过程的高精度定位信息。六.边缘计算设备边缘计算设备作为高精路网采集系统的核心数据处理终端主要用于接收、处理、存储各类采集数据衔接前端传感器与数据应用保障采集工作高效稳定开展。其核心参数与功能适配高精采集场景需求具体如下设备核心参数处理器采用工业级多核CPU≥4核主频≥2.0GHz内存≥8GB DDR4存储容量≥1TB SSD支持扩展支持千兆以太网接口速率≥1000Mbps、RS232/RS485串口适配宽电压供电12V-24V工作温度范围-20℃~60℃具备IP65级防尘防水能力支持PTP时间同步协议精度≤1ms可稳定适配车载移动采集环境。核心功能可实时接收雷达、相机等传感器数据完成数据同步解析、格式转换与本地存储支持点云、图像等数据的高效压缩存储具备多源数据协同处理能力可对接RTK定位数据实现时空对齐同时支持数据本地备份与断点续存保障采集数据不丢失为高精路网建模、道路资产提取提供稳定可靠的硬件支撑。
