CN108279014B - 自动驾驶地图数据采集装置及系统、地图智能生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶地图数据采集装置及系统、地图智能生产系统。该装置包括：控制系统、信息交互模块、传感采集系统以及数据处理模块；信息交互模块，用于与各模块及外部设备通信连接，进行数据交互；控制系统，用于产生时空同步信息，并根据时空同步信息触发传感采集系统进行工作；用于将时空同步信息通过信息交互模块发送至数据处理模块；传感采集系统用于按照控制系统的触发进行地理信息数据的测绘和状态信息采集；数据处理模块，用于对时空同步信息和接收的传感采集系统采集的数据进行融合处理并存储。本发明提供的自动驾驶地图数据采集技术方案便于扩展，并且通过模块化设计，各个模块之间的层次清晰，能够提高集成度，并且便于维护。

Description

自动驾驶地图数据采集装置及系统、地图智能生产系统

技术领域

本发明涉及地图数据采集领域，尤其涉及一种自动驾驶地图数据采集装置及系统、地图智能生产系统。

背景技术

自动驾驶的高精度地图数据采集车上配置有多种传感器，例如图像传感器、激光雷达传感器等，各个传感器使用各自分散的系统来完成数据采集。传感器使用不同的接口包括但不限于网口、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)、串口等，这些数据传输接口没有进行统一管理。目前的自动驾驶的高精度地图数据采集技术方案存在系统分工不明确、层次不清、集成度低、构成复杂、信息传递速度慢、系统扩展不便等问题。

通常，采集系统采用分布式的同步控制，使用全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)获取时间，使用编码器获取距离信息，采用ARM处理器以及复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)进行传感器数据处理以及产生触发信号，整个系统有多个分系统组成，每个系统可能采用自身独有的时空同步电路及算法，使用串口输出同步信号，与计算机进行交互，记录相机等传感器工作的时间和空间信息。

但是，本发明的发明人发现：时空同步采用串口发送数据会导致同步信号发送效率低，对高速数据采集产生了限制。另外，采用分散式系统，不利于采集的地图数据的统一管理，并且时空同步精度低，扩展不方便。例如，目前串口通信模式的通信速率一般不超过115200bps，当高速采集时，同步信号的传输速率会远远高于该速率，需要采用更加快速的通信接口。此外，在一个载车平台上采用不同的时空同步系统采用不同的电路板，集成度低，降低了开发难度，但是也导致系统比较臃肿、繁琐，不同系统的时空同步基准存在误差，导致整个载车平台的精度变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自动驾驶地图数据采集装置及系统、地图智能生产系统，统一数据采集的时空同步基准，有利于对采集到的数据进行融合。

本发明提供的自动驾驶地图数据采集装置包括：控制系统、信息交互模块、传感采集系统以及数据处理模块；其中：

所述信息交互模块与所述控制系统、所述传感采集系统以及所述数据处理模块连接，用于与各模块及外部设备通信连接，进行数据交互；

所述控制系统与所述传感采集系统连接，用于产生时空同步信息，并根据所述时空同步信息触发所述传感采集系统进行工作；以及，用于将所述时空同步信息通过所述信息交互模块发送至所述数据处理模块；

所述传感采集系统用于按照所述控制系统的触发进行地理信息数据的测绘和状态信息采集；

所述数据处理模块，用于对所述时空同步信息和接收的所述传感采集系统采集的数据进行融合处理并存储。

可选地，上述技术方案中，所述控制系统包括编码器、处理器以及FPGA芯片；

所述FPGA芯片与所述处理器连接，所述编码器与所述FPGA芯片连接；

所述FPGA芯片用于对所述编码器产生的脉冲信号进行滤波处理，并用于按预设的参数进行分频处理，产生用于记录实时时空信息的同步脉冲信号和用于驱动进行数据采集的触发脉冲信号；

所述处理器用于根据所述FPGA芯片的同步脉冲信号、触发脉冲信号以及所述处理器的时钟信号记录实时时间信息和空间信息，生成同步信号数据。

可选地，上述技术方案中，所述控制系统还包括：电平转换及滤波模块、触发及接口转换模块、通信接口、以及存储单元；所述FPGA芯片、所述通信接口以及所述存储单元与所述处理器连接，所述FPGA芯片还与所述电平转换及滤波模块以及所述触发及接口转换模块连接；

所述电平转换及滤波模块用于将接收的编码器的信号以及晶振信号进行电平转换和滤波后发送至FPGA芯片；

所述触发及接口转换模块用于将FPGA芯片根据输出的脉冲触发信号转换为驱动传感器的信号；

所述通信接口用于所述处理器与外部进行通信；

所述存储单元用于存储配置信息。

可选地，上述技术方案中，所述控制系统还用于将传感器数据上传到服务器。

可选地，基于上述技术方案，该装置还包括：

供电系统，包括电源、滤波模块、升压/降压模块、供电接口、以及保护/监控模块；所述电源、所述滤波模块、所述升压/降压模块、以及所述供电接口依次连接，所述保护/监控模块与所述升压/降压模块连接；

所述电源用于为自动驾驶地图数据采集装置供电；

所述滤波模块用于为电源输出的电信号进行滤波；

所述升压/降压模块用于对滤波后的电信号进行升压/降压；

所述供电接口用于匹配连接被供电的设备；

所述保护/监控模块用于对供电系统进行监控并在监测到供电系统异常时切断供电系统。

可选地，上述技术方案中，所述信息交互模块包括路由交换模块、网口模块、无线模块、串口/网口转换模块、串口模块、USB/网口转换模块、以及USB接口，分别用于按照对应的通信协议接收或发送数据。

可选地，所述同步脉冲信号包括时间同步脉冲信号以及距离同步脉冲信号；所述FPGA芯片还用于对接收自身晶振的时间脉冲信号进行滤波和分频，以提供所述时间同步脉冲信号，并对接收编码器输出的距离脉冲信号进行滤波和分频，以提供距离同步脉冲信号。

相应地，本发明提供了一种自动驾驶地图数据采集系统，该系统包括：

至少一辆载有本发明提供的任意一个自动驾驶地图数据采集装置的采集车；

控制中心，与所述采集车通信连接，形成采集网络系统，用于接收并监控所述采集车传送的实时采集数据及状态信息，控制采集流程。

相应地，本发明提供了一种地图智能生产系统，包括：

本发明提供的任意一个自动驾驶地图数据采集系统，用于采集并融合处理得到时空同步的地图数据；

制图装置，用于根据所述时空同步的地图数据进行处理，生成用于自动驾驶的高精度地图数据。

本发明提供的自动驾驶地图数据采集技术方案便于扩展，并且通过模块化设计，各个模块之间的层次清晰，能够提高集成度，并且便于维护。本发明为各个传感器提供统一的时空基准源，便于数据的后续处理来形成高精度电子地图。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的自动驾驶地图数据采集系统示意图；

图2是本发明实施例提供的控制系统框图；

图3是本发明实施例提供的信息交互模块框图；

图4是本发明实施例提供的供电系统框图。

附图标记说明

105 控制系统 110 信息交互模块

115 数据处理模块 120 供电系统

125 传感采集系统 130 服务器

205 ARM 210 FPGA

215 外部存储单元 220 通信接口

225 触发及接口转换模块 230 电平转换及滤波模块

305 路由交换模块 310 网口模块

315 无线模块 320 串口/网口模块

325 USB接口/网口模块 330 串口模块

335 USB接口模块 405 电源

410 滤波模块 415 升压/降压模块

420 供电接口 425 保护/监控模块

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

本发明实施例采用的自动驾驶高精度地图数据采集技术方案，可以通过各个传感器共用相同的时空基准源，降低电路延时及程序处理延时，提高时空同步的精度及稳定性，降低集成及维护难度，方便扩展，并且能够兼容目前市场上绝大多数硬件接口。这里通过实施例进一步说明如下：

参照图1，其为本发明实施例提供的自动驾驶地图数据采集系统的整体框架图，该系统主要由控制系统105、信息交互模块110、数据处理模块115、供电系统120、传感采集系统125、以及后台服务器130等部分组成。其中：

控制系统105与传感采集系统125连接，用于产生时空同步信息，并根据所述时空同步信息触发所述传感采集系统进行工作；以及，用于将所述时空同步信息通过信息交互模块110发送至数据处理模块115；其主要根据传感器信息提供同步数据信号以及传感器脉冲数据信号，例如编码器、GPS、惯导、晶振等输入的信号产生同步数据信号和传感器脉冲数据信号，同步数据信号可以供数据处理模块115将其接收到的传感器数据进行融合，例如将在同一时刻采集的点云数据和图像数据建立对应的关系，根据图像传感器采集的图像按照时间顺序进行拼接等等。

信息交互模块110与控制系统105、传感采集系统125以及数据处理模块115连接，用于与各模块及外部设备通信连接，进行数据交互；其主要是实现各种常用接口的转换，最终将系统网络化，任何新加入的设备都能轻松的通过一定方式加入到网络中来进行数据交互，并能通过无线网络(例如4G或者WiFi网络)与后台服务器通信，在采集车采集地图数据时能实时将状态信。息传送给后台服务器进行监控及获取采集计划等信息，而且能与其他采集车一起组网，成为高精度地图数据采集网络中的一个节点。

数据处理模块115用于对所述时空同步信息和接收的传感采集系统125采集的数据进行融合处理并存储，其主要是对各种传感器数据进行处理融合；此外数据处理模块可以配置有人机交互界面，接收用户输入的配置参数并发送至控制系统，由控制系统进行配置；人机交互界面还可以显示控制系统发送的各个部件的工作状态。数据处理模块115还可以对接收的数据进行保存备份以方便后处理追溯。

供电系统120主要是为各个其余部件提供电能，保障各个部件的正常运行，并且可以向控制系统反馈其工作状态；供电系统的电源可以由车载发电机及蓄电池构成，能够使得车辆在采集数据的过程中持续供电。

传感采集系统125用于按照所述控制系统的触发进行地理信息数据的测绘和状态信息采集，其主要提供时间、空间、点云、图片、温湿度、姿态等信息；时间信息可以由控制系统自身携带的晶振提供，并可以利用GPS或者惯导模块进行校准，空间信息可以晶振或者编码器提供，点云信息可以由激光雷达传感器提供，图片信息可以由图像传感器提供，温湿度信息可以由温湿度传感器提供，姿态信息可以由惯导提供。

图1所示的自动驾驶地图数据采集系统具备控制及解析包括但不限于相机、GPS、惯导、编码器、激光雷达等传感器的功能，并能对部分数据进行实时解算、全部数据进行存储等，整个系统主要使用网络通信，包含WiFi、4G以及部分有线网络，通信速率高，扩展维护方便。

图1所示的自动驾驶地图数据采集系统可以装载于车辆上，当自动驾驶高精度地图采集车在道路上行驶时，供电系统120从车辆可控硅发电机以及自带蓄电池取电，经过滤波、电压转换、监控操作后为系统各个部分提供各自所需的电能，并将监控信息通过信息交互模块110发送给控制系统105，同时数据处理模块115将工作参数通过信息交互模块110发送控制系统105，控制系统105按照设置的参数，触发传感采集系统125工作，同时将同步数据信号通过信息交互模块110发送至数据处理模块115，传感采集系统125工作时，通过信息交互模块110将数据发送给数据处理模块115，数据处理模块115根据收到的同步数据信号对传感器数据进行融合、处理并存储。以此循环，采集到的大量数据经后处理后便能得到高精度地图数据。同步信号数据包括序列号、时间、速度/里程、以及标识符，序列号标识当前发送的不同信号数据，时间表示当前的时间信息，速度/里程表示当前的空间信息，标识符为用来标识系统本身，可以针对每个车辆上的系统设置不同的标识符。

参照图2，其为控制系统105的框图，控制系统由处理器(示例为ARM205)、现场可编程门阵(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片210、外部存储单元215、通信接口220、触发及接口转换模块225、电平转换及滤波模块230、编码器230等组成。ARM 205接收惯导、GPS、温湿度传感器等信息进行解析处理，通过网口经信息交互模块110与数据处理模块115通信，获取配置信息并将其固化到外部存储单元215，以保证配置掉电不丢失，同时上传同步数据信号以及GPS、惯导等信息到数据处理模块115。通信接口220可以为网口芯片。编码器235产生的里程脉冲信号，例如车轮编码器信号，经电平转换及模拟滤波模块230后进入FPAG芯片210进行滤波、分频，按照设定的参数输出触发脉冲信号，触发脉冲信号经触发及接口转换模块225后驱动相机等传感器工作，FPGA自身晶振的信号经过滤波分频，可以产生毫秒脉冲，用来进行毫秒计时。此外，触发脉冲信号还可以进入ARM，作为中断信号使ARM记录当前时刻的时间信息以及空间信息，用于后续的数据融合。FPGA芯片210还可以向ARM205输出毫米脉冲信号，供ARM进行空间信息计算，毫米脉冲信号可以通过对编码器信号的分频得到。同步脉冲信号可以包括毫秒脉冲和毫米脉冲。ARM可以根据自身的时钟确定时分秒，根据接收到的毫秒脉冲确定毫秒，将二者组合起来得到精度为1ms的时间。ARM还可以根据全球导航卫星系统对自身的时钟进行校正。此外，还可以利用全球导航卫星系统的每秒脉冲数(Pulse Per Second，PPS)对FPGA产生的毫秒脉冲进行校正。

参照图3，其为信息交互模块115的框图，信息交互模块115包括路由交换模块305、网口模块310、无线模块315、串口/网口模块320、USB接口/网口模块325、串口模块330、USB接口模块335等。各个不同接口的传感器经转换后统一接入网络，与控制系统105、数据处理模块115等实时进行信息交互。目前绝大多数传感器均支持网口或经接口转换后均能接入网口，信息交互模块110将所有接口网络化，基于TCP/IP协议的网口通信，其传输速率高、数据可靠性高，可扩展性好，能随时方便的接入新设备。路由交换模块，将接收的数据发送至目的地址；网口模块，利用TCP/IP通信协议接收或发送数据；无线模块，利用无线通信协议接收或发送数据；串口/网口转换模块，将按照串口通信协议形成的数据转换为按照TCP/IP通信协议形成的数据或者将将按照TCP/IP通信协议形成的数据转换为按照串口通信协议形成的数据；串口模块，按照串口通信协议发送或者接收数据；USB/网口转换模块，将按照USB通信协议形成的数据转换为按照TCP/IP通信协议形成的数据或者将按照TCP/IP通信协议形成的数据转换为按照USB通信协议形成的数据；USB接口，按照USB通信协议接收或发送数据。

本实施例中，将所有接口网络化，通信网络化，并在串口接口模块、USB接口模块及网络接口模块预留了多个接口，方便设备即时扩展及网络化，这不仅扩展方便、维护、集成简单，而且大幅能够提高信号的吞吐率，支持地图数据的快速采集。

从上述各实施例可以看出，上述公开的自动驾驶高精度地图数据采集硬件系统，具备控制及解析包括但不限于相机、GPS、惯导、编码器、激光雷达等传感器的功能，并能对部分数据进行实时解算、全部数据进行存储等，整个系统主要使用网络通信，包含wifi、4G以及部分有线网络，通信速率高，扩展维护方便。

另外，自动驾驶高精度地图数据采集硬件系统具有集成度高、模块化、层次清晰，维护方便简单，可扩展，能兼容目前市场上绝大多数硬件接口等特点。全车硬件设备可设计成由两个盒子组成，即供电盒和控制盒，整个系统分为供电模块、控制模块、信息交互模块和数据处理模块、传感器等部分，基于网络，能实时采集传感器数据并进行数据融合，而且模块都板卡化，线束少，仅需接上少数几根供电线及信号线即可完成全系统的连接，当出现故障或者对系统升级时，通过对相应的模块进行操作就可实现。

此外，上述公开的地图数据采集装置是一种适合高精度地图数据采集的可扩展的设备集装置，通过预留串口、USB口、网口等，不仅所有接口网络化、实时性好、可扩展性好，能即时融入常见接口的各种传感器，并提高相关控制信号，适合目前自动驾驶领域日新月异的发展趋势，还能随时扩展新设备，符合目前自动驾驶日新月异的发展趋势。

参照图4，其为供电系统120实现框图，供电系统120由电源405、滤波模块410、升压/降压模块415、供电接口420(包含扩展接口)、保护/监控模块425等部分组成。电源405可以为车辆可控硅发电机/蓄电池，滤波模块410将输入的不纯净、不稳定的电能经过滤波后输送给升压/降压模块，经升/降压处理后转换为3V、12V、19V、24V等以为各个部分供电，保护/监控模块一直对供电系统进行监控，一旦出现过压、欠压、温度异常、过流、短路等异常情况及时切断供电系统，保护整个系统的安全，并能将监控信息实时显示在液晶屏上及通过网络发送给数据处理模块110。电源405用于为自动驾驶地图数据采集装置供电；滤波模块410用于为电源输出的电信号进行滤波；升压/降压模块415用于对滤波后的电信号进行升压/降压；供电接口420用于匹配连接被供电的设备；保护/监控模块425用于对供电系统进行监控并在监测到供电系统异常时切断供电系统。

为实现上述方法，本发明实施例还提供一种自动驾驶地图数据采集系统，该系统包括：

至少一辆载有上述任一相关实施例公开的自动驾驶地图数据采集装置的采集车；

控制中心，与所述采集车通信连接，形成采集网络系统，用于接收并监控所述采集车传送的实时采集数据及状态信息，控制采集流程。

需要说明的是，由于前述任一实施例所述的在地图数据的自动驾驶地图数据采集装置具有上述技术效果，因此，采用了前述任一实施例所述的自动驾驶地图数据采集装置的自动驾驶地图数据采集系统也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

相应地，本发明实施例提供了一种地图智能生产系统，该系统包括：

上述任一相关实施例公开的自动驾驶地图数据采集系统，用于采集并融合处理得到时空同步的地图数据；

制图装置，用于根据所述时空同步的地图数据进行处理，生成用于自动驾驶的高精度地图数据。

需要说明的是，由于前述任一实施例所述的在地图数据的自动驾驶地图数据采集装置、系统具有上述技术效果，因此，采用了前述任一实施例所述的自动驾驶地图数据采集装置、系统的地图智能生产系统也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本发明的若干具体实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，该装置装载于车辆上，该装置包括：控制系统、信息交互模块、传感采集系统以及数据处理模块；

所述信息交互模块与所述控制系统、所述传感采集系统以及所述数据处理模块连接，用于与各模块及外部设备通信连接，进行数据交互；具体地，所述信息交互模块包括路由交换模块、网口模块、无线模块、串口/网口模块、USB接口/网口模块、串口模块、USB接口模块，所述信息交互模块用于将不同接口的传感器转换后统一接入网络，将所有接口网络化后基于TCP/IP协议进行网口通信；

所述数据处理模块，用于将工作参数通过所述信息交互模块发送至所述控制系统；

所述控制系统与所述传感采集系统连接，用于产生时空同步信息，并根据所述时空同步信息触发所述传感采集系统进行工作；以及，用于将所述时空同步信息通过所述信息交互模块发送至所述数据处理模块；

所述传感采集系统用于按照所述控制系统的触发进行地理信息数据的测绘和状态信息采集；以及，工作时通过所述信息交互模块将数据发送给所述数据处理模块；

所述数据处理模块，还用于对所述时空同步信息和接收的所述传感采集系统采集的数据进行融合处理并存储。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，所述控制系统包括编码器、处理器以及FPGA芯片；其中：

所述FPGA芯片与所述处理器连接，所述编码器与所述FPGA芯片连接；

所述FPGA芯片用于对所述编码器产生的脉冲信号进行滤波处理，并用于按预设的参数进行分频处理，产生用于记录实时时空信息的同步脉冲信号和用于驱动进行数据采集的触发脉冲信号；

所述处理器用于根据所述FPGA芯片的同步脉冲信号、触发脉冲信号以及所述处理器的时钟信号记录实时时间信息和空间信息，生成同步信号数据。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，所述控制系统还包括：电平转换及滤波模块、触发及接口转换模块、通信接口、以及存储单元；所述FPGA芯片、所述通信接口以及所述存储单元与所述处理器连接，所述FPGA芯片还与所述电平转换及滤波模块以及所述触发及接口转换模块连接；

所述电平转换及滤波模块用于将接收的编码器的信号以及晶振信号进行电平转换和滤波后发送至FPGA芯片；

所述触发及接口转换模块用于将FPGA芯片输出的脉冲触发信号转换为驱动传感器的信号；

所述通信接口用于所述处理器与外部进行通信；

所述存储单元用于存储配置信息。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，所述控制系统还用于将传感器数据上传到服务器。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，该装置还包括供电系统，该供电系统包括电源、滤波模块、升压/降压模块、供电接口、以及保护/监控模块；所述电源、所述滤波模块、所述升压/降压模块、以及所述供电接口依次连接，所述保护/监控模块与所述升压/降压模块连接；

所述电源用于为自动驾驶地图数据采集装置供电；

所述滤波模块用于对电源输出的电信号进行滤波；

所述升压/降压模块用于对滤波后的电信号进行升压/降压；

所述供电接口用于匹配连接被供电的设备；

所述保护/监控模块用于对供电系统进行监控并在监测到供电系统异常时切断供电系统。

6.根据权利要求2所述的自动驾驶地图数据采集装置，其特征在于，所述同步脉冲信号包括时间同步脉冲信号以及距离同步脉冲信号；所述FPGA芯片还用于对接收自身晶振的时间脉冲信号进行滤波和分频，以提供所述时间同步脉冲信号，并对接收编码器输出的距离脉冲信号进行滤波和分频，以提供距离同步脉冲信号。

7.一种自动驾驶地图数据采集系统，其特征在于，该系统包括：

至少一辆载有权利要求1-6任意一项所述的自动驾驶地图数据采集装置的采集车；

控制中心，与所述采集车通信连接，形成采集网络系统，用于接收并监控所述采集车传送的实时采集数据及状态信息，控制采集流程。

8.一种地图智能生产系统，其特征在于，包括：

权利要求7所述的自动驾驶地图数据采集系统，用于采集并融合处理得到时空同步的地图数据；

智能制图装置，用于根据所述时空同步的地图数据进行处理，生成用于自动驾驶的高精度地图数据。

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