自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)ADAS Logger

一、背景

隨著自動(dòng)駕駛功能的不斷發(fā)展，自動(dòng)駕駛傳感器和控制器的數(shù)據(jù)越來越多。OEM和系統(tǒng)供應(yīng)商需要配備高端數(shù)據(jù)記錄器的測(cè)試車輛來采集自動(dòng)駕駛相關(guān)數(shù)據(jù)，例如攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、車輛總線、GNSS以及傳感器、控制器的原始數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于在實(shí)驗(yàn)室中精確地模擬某些交通狀況，測(cè)試ADAS感知算法和控制邏輯，從而節(jié)省了大量的測(cè)試和驗(yàn)證的時(shí)間。

在數(shù)據(jù)采集的試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜，需要采集的信號(hào)數(shù)量多、時(shí)間同步要求高，采集周期長(zhǎng)，因此搭建的路試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要具有高帶寬、精確的時(shí)間同步、硬件堅(jiān)固且耐久的特征。

針對(duì)自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集的難點(diǎn)，德國(guó)Vector公司提供了一套完整的ADAS Logger解決方案，北匯信息作為Vector的合作伙伴，一起為客戶提供全方位的解決方案和技術(shù)服務(wù)。

二、概述

ADAS Logger是強(qiáng)大的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集、分析、處理，生成報(bào)告的平臺(tái)，可以同步采集自動(dòng)駕駛中所有傳感器及控制器的相關(guān)數(shù)據(jù)。如激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、參考攝像頭、車載攝像頭（FPD-Link III/GMSL2）、XCP/CCP、診斷信號(hào)、模擬量數(shù)字量信號(hào)、GPS/IMU信號(hào)、整車網(wǎng)絡(luò)信號(hào)（CAN/CAN FD/LIN/MOST/FlexRay/ETH等）。同時(shí)ADAS Logger是一個(gè)成熟的、高魯棒性的、可靈活配置的平臺(tái)，可以根據(jù)用戶的不同需求選擇不同的配置，便于擴(kuò)展。

圖一 自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)類型

三、系統(tǒng)組成

ADAS Logger主要由數(shù)據(jù)采集主機(jī)、數(shù)據(jù)采集接口設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析軟件以及傳感器附件等四部分組成。系統(tǒng)拓補(bǔ)圖如下：

圖二 ADAS Logger系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1、數(shù)據(jù)采集主機(jī)

Vector提供VP7000和VP6000兩個(gè)系列的數(shù)據(jù)采集主機(jī)。VP7000系列是針對(duì)汽車應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的高性能、高魯棒性的硬件平臺(tái)，用于總線數(shù)據(jù)、視頻流、雷達(dá)原始數(shù)據(jù)、XCP on Ethernet數(shù)據(jù)的并行同步記錄，擁有極高的寫入帶寬（1GByte/s）以及可替換的大容量硬盤，使得VP7000系列非常適合ADAS數(shù)據(jù)采集和測(cè)試的相關(guān)應(yīng)用，存儲(chǔ)硬盤有4T、8T、16T可選。VP6000系列是VP7000系列的低配版本，適用于數(shù)據(jù)量相對(duì)較少的場(chǎng)景。

VP系列數(shù)據(jù)采集主機(jī)采用主動(dòng)風(fēng)冷的冷卻方式，工作溫度范圍工作溫度 -25°C到 +70°C。另外，VP系列主機(jī)內(nèi)置GPS接收器，支持GPS授時(shí)并通過PTP協(xié)議對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步。

圖三 VP7000系列和VP6000系列數(shù)據(jù)采集主機(jī)

2、數(shù)據(jù)采集設(shè)備（根據(jù)需求配置）

（1）VX1000系列——傳感器和控制器原始數(shù)據(jù)采集設(shè)備

VX1000系列設(shè)備是專為高性能數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定而開發(fā)的硬件設(shè)備，具有靈活的可擴(kuò)展性，配合數(shù)據(jù)采集和分析工具CANape，可滿足車載及實(shí)驗(yàn)室等應(yīng)用場(chǎng)景下的傳感器和控制器原始數(shù)據(jù)采集工作要求。其中VX1161是專為自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集開發(fā)的模塊化的、可配置的并行測(cè)量標(biāo)定模組，適用于ADAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和開發(fā)。VX1161配合相應(yīng)的ECU接口，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)高分辨率雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)和XCP數(shù)據(jù)的采集，ADAS融合ECU的XCP數(shù)據(jù)采集以及攝像頭原始視頻流（FPD-Link III/GMSL2）采集。

VX1161由框架式支架、底板、供電板卡、數(shù)據(jù)上傳板卡和六個(gè)可替換的板卡插槽構(gòu)成。6個(gè)可替換插槽可任意搭配總線接口卡、POD接口卡以及視頻接口卡等。

圖四 VX1161多功能高速采集設(shè)備

（2）VN5000系列——以太網(wǎng)采集設(shè)備

VN5000系列適用于以太網(wǎng)與其他總線系統(tǒng)的同步采集和監(jiān)控。此外，VN5000系列還可以為殘余總線模擬提供最佳的網(wǎng)絡(luò)接入，并可用于測(cè)試期間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)仿真、負(fù)載和故障模擬。具有堅(jiān)固的外殼，工作溫度-40°C到+65°C，工作電壓范圍8V到32V。

VN5000系列的不同型號(hào)分別提供不同數(shù)量的車載以太網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)通道，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇型號(hào)。

圖五 VN5000系列

（3）VN7572 PCIe擴(kuò)展卡

VN7572是一款可以集成在VP系列數(shù)據(jù)采集主機(jī)上的PCIe擴(kuò)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路通道可以配置為CAN/LIN通道。VN7572還可以集成I/O的Piggy，最多支持8路數(shù)字量或4路模擬量數(shù)據(jù)采集；滿足智能駕駛數(shù)據(jù)采集的要求。

圖六 VN7572 PCIe擴(kuò)展卡

（4）VN1530 PCIe擴(kuò)展卡

VN1530是一款可以集成在VP系列數(shù)據(jù)采集主機(jī)上的PCIe擴(kuò)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路通道可以配置為CAN/LIN通道；滿足智能駕駛數(shù)據(jù)采集的要求。

圖七 VN1530PCIe擴(kuò)展卡

（5）VN1600系列——CAN/LIN采集設(shè)備

VN1600系列接口設(shè)備適用于CAN/LIN以及少量IO數(shù)據(jù)的采集，優(yōu)點(diǎn)是體積小，便于攜帶。VN1610/VN1611有兩路通道，具有良好的輕便性；四通道的VN1630A/VN1640A更具靈活性并支持I/O接口。

圖八 VN1600系列CAN/LIN采集設(shè)備

3、數(shù)據(jù)采集和分析處理軟件——CANape +Option DA

CANape+Option Driver Assistance被廣泛的運(yùn)用于智能駕駛開發(fā)測(cè)試工作中。CANape軟件配合硬件采集設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)所有自動(dòng)駕駛相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，包括攝像頭原始視頻流、雷達(dá)和控制器原始數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、整車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等。CANape還提供數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)、離線回放、數(shù)據(jù)分析的功能。能夠?qū)崟r(shí)或者離線查看視頻、信號(hào)、報(bào)文、點(diǎn)云等數(shù)據(jù)；同時(shí)CANape還提供CASL編程語言和大量的數(shù)據(jù)分析函數(shù)。用戶可以使用函數(shù)庫或者自定義函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

Option DA是CANape的擴(kuò)展功能，該擴(kuò)展功能將ADAS傳感器采集到的目標(biāo)信息顯示到同步采集的視頻圖像上。基于ECU計(jì)算的目標(biāo)數(shù)據(jù)，以幾何圖形或者位圖疊加到圖像的指定位置，通過比較ECU識(shí)別的對(duì)象以及真實(shí)環(huán)境中的對(duì)象，快速驗(yàn)證ECU的目標(biāo)識(shí)別算法。

圖九 CANape數(shù)據(jù)采集和分析界面

4、附件

自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集設(shè)備除了以上主要部件外，還需要攝像頭、GPS/IMU、激光雷達(dá)、顯示器、支架、線束等附件來構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

四、系統(tǒng)特性

1、精確的時(shí)間同步

自動(dòng)駕駛中用到的傳感器，如相機(jī)、激光雷達(dá)、慣導(dǎo)等多種傳感器設(shè)備都是各自獨(dú)立運(yùn)行的。如何才能將這些傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，這就需要精確的時(shí)間同步系統(tǒng)來完成。

ADAS Logger整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用同一個(gè)時(shí)鐘，并支持使用以下同步協(xié)議實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間同步：

▲IEEE 1588-PTP時(shí)間同步協(xié)議

▲Vector硬線時(shí)間同步

▲Vector軟件同步

▲UTC（coordinated universal time）時(shí)間同步

圖十 時(shí)間同步

2、靈活的場(chǎng)景標(biāo)記

在自動(dòng)駕駛測(cè)試過程中，實(shí)際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是十分龐大的，為了減少數(shù)據(jù)分析的難度,提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，ADAS Logger平臺(tái)支持在數(shù)據(jù)記錄的過程中通過面板、鍵盤或其他I/O接口輸入一些信息給數(shù)據(jù)添加標(biāo)記。例如天氣條件、交通密度、道路類型等，這些標(biāo)記可以與測(cè)量數(shù)據(jù)一起保存為注釋或變量，以便以后進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析。

圖十一 場(chǎng)景標(biāo)記案例

3、強(qiáng)大的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

CANape軟件提供了訪問本地設(shè)備狀態(tài)的選項(xiàng)，激活該選項(xiàng)后，本地設(shè)備的系統(tǒng)、軟件、工程、時(shí)間等信息可以作為信號(hào)被實(shí)時(shí)查看并記錄下來；例如可以設(shè)置磁盤空間達(dá)到設(shè)定值時(shí)提醒工程師更換存儲(chǔ)硬盤，避免數(shù)據(jù)丟失。

圖十二 可監(jiān)測(cè)的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)

4、目標(biāo)可視化驗(yàn)證

ADAS Logger平臺(tái)支持目標(biāo)對(duì)象的可視化驗(yàn)證功能。支持將ADAS傳感器識(shí)別到的目標(biāo)信息疊加顯示到視頻圖像上。也可以基于ECU融合的目標(biāo)數(shù)據(jù)，以幾何圖形或者位圖疊加到圖像的指定位置，通過比較ECU識(shí)別的對(duì)象和真實(shí)環(huán)境中的對(duì)象，快速驗(yàn)證ECU的目標(biāo)識(shí)別算法。

對(duì)于圖像識(shí)別算法的驗(yàn)證，可以將其以動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式加載到CANape軟件中，進(jìn)行在線或離線驗(yàn)證。同時(shí)，GPS窗口也可以顯示關(guān)聯(lián)的位置數(shù)據(jù)，以輔助驗(yàn)證。激活軟件的全局光標(biāo)功能，可以讓視頻、報(bào)文、GPS等所有數(shù)據(jù)處于同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖十三 目標(biāo)信息可視化驗(yàn)證

5、數(shù)據(jù)挖掘和場(chǎng)景提取

在數(shù)據(jù)記錄階段得到了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和使用也是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。CANape軟件提供的數(shù)據(jù)挖掘功能可以在海量的文件當(dāng)中找到滿足我們條件的數(shù)據(jù)，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如滿足條件的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，文件名等）提取出來，重新生成一個(gè)數(shù)據(jù)表格；也可以根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果，將數(shù)據(jù)文件進(jìn)行批量的切割和分類。

此外，CANape軟件還集成了大量的數(shù)據(jù)分析函數(shù)，可以非常方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；如果集成的數(shù)據(jù)函數(shù)庫不能滿足數(shù)據(jù)分析的需求，CANape還提供了函數(shù)和腳本的編輯功能，用戶可以自定義函數(shù)和腳本來進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析和生成報(bào)告。

五、案例

數(shù)采需求

• 4路千兆車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集
• 1路前雷達(dá)原始數(shù)據(jù)
• 1路攝像頭原始數(shù)據(jù)
• 1路攝像頭FPD-LinkIII數(shù)據(jù)
• 1路GPS/IMU數(shù)據(jù)
• 4路參考攝像頭數(shù)據(jù)
• 8路CAN/CAN FD數(shù)據(jù)

配置

VP7440作為數(shù)據(jù)采集主機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件CANape進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)；VN5620作為CAN/ETH采集設(shè)備采集4路千兆車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)；VX1161作為多功能采集設(shè)備采集攝像頭和毫米波雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)以及攝像頭FPD-LinkIII數(shù)據(jù)，同時(shí)提供多個(gè) CAN/ CAN FD采集通道；GPS/IMU通過以太網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)采集主機(jī)；F44視頻盒采集四路參考攝像頭的數(shù)據(jù)。

圖十四 ADAS Logger案例

北匯信息不僅提供完整的路試數(shù)據(jù)采集硬件和軟件，也可以根據(jù)用戶需求提供專業(yè)化的工程服務(wù)，包括硬件定制化配置安裝，路試采集軟件工程調(diào)試開發(fā)，為用戶提供“交鑰匙”式解決方案，方便用戶進(jìn)行后續(xù)的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集和分析。

北匯信息作為Vector中國(guó)的合作伙伴，不僅提供完整的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集硬件和軟件，也可以根據(jù)用戶需求提供專業(yè)化的工程服務(wù)，包括硬件定制化配置安裝，路試采集軟件工程調(diào)試以及數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析腳本開發(fā)，為用戶提供“交鑰匙”式解決方案。

部分圖片來源于Vector

參考文檔

《ADAS Measurement Data Postprocess and Applications》Vector

《SmartloggerforADAS_2021》Vector

《CANape_Option_DriverAssistance_ProductInformation》Vector