标签: 数据采集与分析

一、背景 随着 自动驾驶 功能的不断发展 ， 自动驾驶 传感器 和控制器的 数 据越来越多 。 OEM 和系统供应商需要配备高端数据记录器的测试车辆 来采 集 自动驾驶相关 数据 ，例如摄像头、雷达、激光雷达、车辆总线、GNSS以及传感器、控制器的原始数据 。这些数据 可以 用于在实验室中精确地模拟某些交通状况，测试ADAS感知 算法 和控制逻辑 ， 从而节省了大量的测试和验证的时间。 在数据采集的 试验过程中， 试验 环境复杂， 需要 采集 的 信号数量 多、时间同步要求高 ，采集周期长，因此搭建的路试数据采集系统需要具有 高 带宽 、精确的时间同步、 硬件坚固且耐久的特征。 针对 自动驾驶 数据采集 的 难点，德国 Vector 公司提供了一套完整的ADAS Logger解决方案， 北汇信息 作为Vector的合作伙伴，一起为客户提供全方位的解决方案和技术服务。 二、概述 ADAS Logger是强大的自动驾驶数据采集、分析、处理，生成报告的平台，可以同步采集自动驾驶中所有传感器及控制器的相关数据。如激光雷达、毫米波雷达、参考摄像头、车载摄像头（FPD-Link III/GMSL2）、XCP/CCP、诊断信号、模拟 量数字 量信号、GPS/IMU信号、整车网络信 号 （CAN/CAN FD/LIN/MOST/ FlexRay /ETH等）。同时ADAS Logger是一个成熟的、高鲁棒性的、可灵活配置的平台，可以根据用户的不同需求选择不同的配置，便于扩展。 图一 自动驾驶数据 类型 三、系统 组成 ADAS Logger主要由数据采集主机、 数据采集接口设备、数据采集和分析软件以及传感器附件等四部分组成 。系统拓补图如下： 图二 ADAS Logger 系统 拓扑 图 1、数据采集主机 Vector 提供VP7000和VP6000 两 个系列的数据采集主机。VP7000系列是针对汽车应用环境设计的高性能、高鲁棒性的硬件平台，用于总线数据、视频流、雷达原始数据、XCP on Ethernet数据的并行同步记录，拥有极高的写入带宽（1 GByte/s ）以及可替换的大容量硬盘，使得VP7000系列非常适合ADAS数据采集和测试的相关应用，存储硬盘有4T、8T、16T可选。VP6000系列是VP7000系列的低配版本，适用于数据量相对较少的场景。 VP系列数据采集主机采用主动风冷的冷却方式，工作温度范围工作温度 -25°C 到 +70°C。另外，VP系列主机内置GPS接收器，支持GPS授时并通过PTP协议对其他设备进行时间同步。 图 三 VP7000系列和VP6000系列数据采集主机 2、数据采集设备（根据需求配置） VX1000系列——传感器和控制器原始数据采集设备 VX1000系列设备是专为高性能数据采集和标定而开发的硬件设备，具有灵活的可扩展性，配合数据采集和分析工具 CANape ，可满足车载及实验室等应用场景下的传感器和控制器原始数据采集工作要求 。 其中 VX1161是 专为自动驾驶数据采集开发的 模块化 的 、可配置的并行测量标定模组，适用于ADAS系统的 数据采集和 开发。VX1161配合相应的ECU接口，可以实现多个高分辨率雷达的原始数据和XCP数据的采集，ADAS融合ECU的XCP数据采集以及摄 像头原始 视频流（FPD-Link III/GMSL2） 采集。 VX1161由框架式支架、底板、供电板卡、数据上传板卡和六个可替换的板卡插槽构成 。6个可替换插槽 可 任意搭配 总线接口卡、POD接口卡以及视频接口卡 等 。 图 四 VX1161多功能高速采集设备 VN5000系列——以太网采集设备 VN5000系列适用于以太网与其他总线系统的同步采集和监控。此外，VN5000系列还可以为残余总线模拟提供 最佳的网络接入，并可用于测试期间的网络节点仿真、负载和故障模拟 。具有坚固的外壳，工作温度-40°C到+65°C，工作电压范围8V到32V。 VN5000系列的不同型号分别提供不同数量的车载以太网和传统以太网通道，用户可以根据实际需求选择型号。 图 五 VN5000系列 VN7572 PCIe扩展卡 VN7572是一款可以集成在VP系列数据采集主机上的PCI e扩展 卡 ， 提供最多8路的CAN/CAN FD接口，其中4路固定的CAN/CAN FD通道，另外4路通道可以配置为CAN/LIN通道 。 VN7572还可以集成I / O的Piggy，最多支持8 路数字量或 4路模拟量数据采集；满足智能驾驶数据采集的要求。 图 六 VN7572 PCIe扩展卡 VN1530 PCIe 扩展卡 VN1530是一款可以集成在VP系列数据采集主机上的PCIe 扩展 卡 ， 可以提供最多6路的CAN/CAN FD接口，其中4路固定的CAN/CAN FD通道，另外2路通道可以配置为 CAN/LIN通道 ；满足智能驾驶数据采集的要求。 图七 VN1530PCIe扩展卡 VN1600系列——CAN/LIN采集设备 VN1600系列 接口设备适 用于CAN/LIN以及少量IO数据的采集，优点是体积小，便于携带。VN1610/VN1611有两路通道，具有良好的轻便性；四通道的VN1630A/VN1640A更具灵活性并支持I / O接口。 图 八 VN1600系列CAN/LIN采集设备 3、数据采集和分析处理软件—— CANape + O ption DA CANape+Option Driver Assistance被广泛的运用于智能驾驶开发测试工作中。 CANape 软件配合硬件采集设备，可以实现所有自动驾驶相关数据的采集，包括摄像头原始视频流、雷达和控制器原始数据、激光雷达点云数据、整车网络数据等。 CANape 还提供数据在线监测、离线回放、数据分析的功能。能够实时或者离线查看视频、信号、报文、点云等数据；同时 CANape 还提供CASL编程语言和大量的数据分析函数。用户可以使用函数 库或者 自定义函数对数据进行分析和处理。 Option D A 是 CANape 的扩展功能，该扩展功能将ADAS传感器采集到的目标信息显示到同步采集的视频图像上。基于ECU计算的目标数据，以几何图形或者位图叠加到图像的指定位置，通过比较ECU识别的对象以及真实环境中的对象，快速验证ECU的目标识别算法。 图 九 CANape 数据采集和分析界面 4、附件 自动驾驶数据采集设备除了以上主要部件外，还需要摄像头、GPS/IMU、激光雷达、显示器、支架、线束等附件来构成一个完整的系统。 四、系统特性 1、精确的时间同步 自动驾驶中用到的传感器，如相机、激光雷达、 惯导等 多种传感器设备都是各自独立运行的。如何才能将这些传感器数据关联起来，这就需要精确的时间同步系统来完成。 ADAS Logger 整个数据采集系统中使用同一个时钟，并支持使用以下同步协议实现精确的时间同步： IEEE 1588 - PTP 时间同步协议 Vector 硬线时间同步 Vector软件同步 UTC（coordinated universal time）时间同步 图 十 时间同步 2、灵活的场景标记 在自动驾驶测试过程中，实际产生的数据量是十分庞大的，为了减少数据分析的难度, 提高数据的质量， ADAS Logger平台支持在数据记录的过程中通过面板、键盘或其他I/O接口输入一些信息给数据添加标记。例如天气条件、交通密度、道路类型等，这些标记可以与测量数据一起保存为注释或变量，以便以后进行数据挖掘和数据分析。 图 十一 场景标记案例 3、强大的设备状态监测功能 CANape 软件提供了访问本地设备状态的选项，激活该选项后，本地设备的系统、软件、工程、时间等信息可以作为信号被实时查看并记录下来；例如可以设置磁盘空间达到设定值时提醒工程师更换存储硬盘，避免数据丢失。 图 十二 可监测的设备状态信号 4、目标可视化验证 ADAS Logger平台 支持目标对象的可视化验证功能。支持 将ADAS传感器 识别 到的目标信息 叠加 显示到视频图像上。 也可以 基于ECU 融合 的目标数据，以几何图形或者位图叠加到图像的指定位置，通过比较ECU识别的对象 和 真实环境中的对象，快速验证ECU的目标识别算法。 对于图像识别算法的验证，可以将其以动态链接库的方式加载到 CANape 软件 中，进行在线或离线验证。同时，GPS窗口 也 可以显示关联的位置数据，以辅助验证 。激活软件的全局光标功能，可以让视频、报文、GPS等所有数据处于同一个时间点，方便进行数据分析 。 图 十三 目标信息可视化验证 5、数据挖掘和场景提取 在数据记录阶段得到了大量的测试数据，如何对这些数据进行管理和使用也是一个大的挑战。 CANape 软件提供的数据挖掘功能可以在海量的文件当中找到满足我们条件的数据，并将关键数据（如满足条件的时间点，对应的信号值，文件名等）提取出来，重新生成一个数据表格；也可以根据数据挖掘的结果，将数据文件进行批量的切割和分类。 此外， CANape 软件还集成了大量的数据分析函数，可以非常方便的进行数据分析；如果集成的数据函数 库不能 满足数据分析的需求， CANape 还提供了函数和脚本的编辑功能，用户可以自定义函数和脚本来进行数据挖掘、分析和生成报告。 五、案例 数采需求 ： --4路千兆车载以太网数据采集 --1路前雷达原始数据 --1路摄像头原始数据 --1路摄像头FPD- LinkIII 数据 --1路GPS/IMU数据 --4路参考摄像头数据 --8路CAN/CANFD数据 配置 ： VP7440作为数据采集主机运行数据采集软件 CANape 进行数据采集和存储；VN5620作为CAN/ETH采集设备采集4路千兆车载以太网数据；VX1161作为多功能采集设备采集摄像头和毫米波雷达的原始数据以及摄像头FPD- LinkIII 数据，同时提供多个 CAN/ CAN FD采集通道；GPS/IMU通过以太网连接到数据采集主机；F44视频盒采集四路参考摄像头的数据。 图 十 四 ADAS Logger 案例 北汇信息 作为Vector中国的合作伙伴，不仅提供完整的自动驾驶数据采集硬件和软件，也可以根据用户需求提供专业化的工程服务，包括硬件定制化配置安装，路试采集软件工程调试以及数据挖掘和数据分析脚本开发，为用户提供“交钥匙” 式解决方案。 部分图片来源于Vector 参考文档 《ADAS Measurement Data Postprocess and Applications》Vector 《SmartloggerforADAS_2021》Vector 《 CANape_Option_DriverAssistance_ProductInformation 》Vector