隨着智慧工地與無人化施工技術的推進，隧道施工裝備的數字化轉型已成為行業焦點。近期，在和眾多該類客户的溝通過程中，我們觀察到了一些被頻繁提到的客户需求和場景痛點，針對於此，以隧道運輸設備——MSV膠輪車為例，本文為該類客户量身定製了一套高性能多模態數據採集方案。

本文將從客户的實際痛點出發，詳細拆解如何在無GPS信號、環境惡劣的隧道場景中，實現高精度、多傳感器的數據融合與採集。

一、 客户需求與場景痛點

1、複雜的作業環境與對象

本次搭載對象為MSV膠輪車（用於TBM隧道施工物料運輸）。車輛長期運行於狹長、封閉的隧道內部，且需要分別在車輛的“前端”和“後端”搭載兩套獨立的感知系統，以滿足雙向行駛的作業需求。

2、多模態傳感器融合

為了實現對環境的全面感知，單車集成了複雜的傳感器組，包括：

• 視覺傳感器： 華陽 GMSL2 3M 相機（前後共4路）
• 激光雷達： 主雷達 + 補盲雷達（前後共6顆）
• 毫米波雷達： ARS410（前後共2顆）
• 定位與姿態： IMU hwt905-CAN（前後共2顆）
• 車輛總線： CAN數據採集

傳感器佈局：

前端佈局（左）、後端佈局（右）

3、核心痛點：隧道內的時空同步

• 無GPS信號： 隧道內無法獲取衞星授時（GPS/GNSS），傳統依賴PPS/NMEA的同步方式失效。
• 高帶寬併發： 多路激光雷達與高分辨率相機的同時接入，對採集系統的帶寬和寫入速度提出了巨大挑戰。
• 惡劣工況： 隧道施工現場震動大、粉塵多，要求設備具備極高的工業級穩定性。

二、 解決方案概覽

針對上述挑戰，我們提出了兩套差異化的技術路線：“極致性能方案（方案一）”與“高性價比方案（方案二）”，以滿足不同研發階段的需求。

1、方案一：工業級硬同步方案 (BRICKplus + MDILink)

此方案採用了德國b-plus的數據採集生態系統，主打硬件級時間同步和高可靠性。

數採系統方案架構圖

（1）核心算力與存儲： 使用 BRICKplus 工控機，搭載8TB大容量BRICK STORAGE存儲模塊。設備支持寬温運行，抗震等級高，專為車載環境設計。

加裝了BMC-ETH6000和CAN拓展模塊的 BRICKplus

（2）無損數據接入：通過 MDILink 轉換器，將相機的GMSL2信號無損轉換為萬兆/千兆以太網數據。SerDes測量數據轉換器，適配GMSL、CSI-2、FPDLink等多種接口的傳感器，實現無損解耦原始數據和時間戳。接收端軟件可將RAW數據轉換並存儲為AVI、MP4等格式，便於分析和處理。支持時間同步802.1AS

通過 TE CAN combo 模塊採集CAN/CAN-FD數據。

MDILink

TE CAN combo 模塊

（3）微秒級硬同步（gPTP）： 針對隧道無GPS痛點，該方案採用基於XTSS協議的gPTP硬件時間同步。BRICKplus作為主時鐘源，與激光雷達、MDILink及CAN模塊進行亞微秒級同步，完全不依賴外部衞星信號。

（4）閉環數據回注： 配備 BRICK THUNDER DOCK，支持通過雷電3接口或萬兆網口極速回傳數據，大幅縮短數據落地時間。

（5）方案總結：

• 優勢： 硬件適配性極高，微秒級同步精度，數據安全性好，適應惡劣環境，開發工作量低。
• 不足： 硬件成本相對較高。

2、方案二：靈活型軟同步方案 (ECX-3800 + PCIe採集卡)

此方案採用高性能通用工控機配合專業PCIe採集卡的方式，適合對成本敏感且能接受軟件同步精度的項目。

方案二數採系統方案架構圖

• 高性能計算平台： 選用 ECX-3800 PEG，搭載Intel i7-13700E處理器與64GB DDR5內存，提供強大的板端處理能力。
• 標準化擴展采集：
• 視頻採集： 使用 友思特 Proframe 3.0 採集卡，支持4路GMSL2輸入，適配性強。
• CAN採集： 使用 PCAN-PCI Express FD 4通道卡，通過PCIe接口直接通信。
• 毫秒級軟同步： 在缺乏硬件PTP支持的情況下，採用軟件層面的時間戳對齊，通過ROS等中間件調整各數據流時間戳，精度在毫秒（ms）級別。
• 便捷存儲： 採用標準SATA接口的8TB SSD（如三星870 EVO），支持直接插拔換盤。

友思特 Proframe3.0 視頻採集卡（左）；PCAN-PCI Express FD - PCI Express轉CAN FD接口卡 4通道

（1）方案總結：

• 優勢： 配置靈活，硬件成本大幅降低（約為方案一的40%），後期維護及部件更換方便。
• 不足： 僅支持軟件同步（ms級），在高動態場景下可能存在數據對齊誤差；需投入較多集成開發工作。

三、 軟件生態與可視化

無論選擇哪種硬件方案，我們均提供基於 ROS/ROS2 的完整軟件支持。

• 實時監控： 定製的數採上位機軟件，支持對所有傳感器狀態的實時監控。
• 數據可視化： 完美適配 Rviz，可實時顯示激光雷達點雲、相機圖像及融合效果，方便工程師現場調試。
• 數據存儲： 支持Rosbag錄製及通過上位機將RAW數據轉換為AVI/MP4等通用格式。

四、 綜合建議與選型指南

在最終的方案選擇上，我們需要回歸到工程場景本身：

（1）關於同步精度：隧道內無GPS信號是最大的限制。如果工程車輛運行速度較慢（如隧道內低速行駛），方案二的毫秒級軟同步通常是可以接受的。但如果涉及高速自動駕駛算法驗證，建議選擇方案一。

（2）關於環境適應性：考慮到隧道施工存在大量粉塵、潮濕和震動，方案一（BRICKplus） 的全封閉、無線纜堆疊設計在可靠性上具有顯著優勢，且已在德系主機廠有大量成熟應用案例。

（3）實施建議：

1. 方案一適合作為標杆項目的首選，確保數據質量萬無一失，降低開發風險。
2. 方案二適合預算受限或需批量複製的場景，但建議在前期進行充分的PoC（概念驗證）測試，重點驗證軟同步在隧道工況下的穩定性。