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/h（33.3m/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）0.5m～3m 无盲区,远距（道路延伸 / 护栏）200m～300m（128 线）,超远距（高速 / 长直道）500m～600m（如 Livox Tele-15、速腾 EM4）

测距精度：路网采集硬指标，±1～3 cm（0.4m～240m）,<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:10Hz～20Hz（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。