基于多傳感器融合的海洋數據采集系統

在海洋監測領(lǐng)域，基于無(wú)人艇能夠實(shí)現高效、實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的海洋數據采集，從而為海洋環(huán)境保護、資源開(kāi)發(fā)等提供有力支持。其中，無(wú)人艇的控制算法訓練往往需要大量高質(zhì)量的數據支持。然而，海洋數據采集也面臨數據噪聲和誤差、數據融合與協(xié)同和復雜海洋環(huán)境適應等諸多挑戰，制約著(zhù)無(wú)人艇技術(shù)的發(fā)展。

針對這些挑戰，我們探索并推出一套基于多傳感器融合的海洋數據采集系統，能夠高效地采集和處理海洋環(huán)境中的多維度數據，為無(wú)人艇的自主航行和控制算法訓練提供高質(zhì)量的數據支持。

一、方案架構

無(wú)人艇要在復雜海上環(huán)境中實(shí)現自主導航，尤其是完成障礙物檢測和跟蹤任務(wù)，其關(guān)鍵在于對海面環(huán)境的高效感知。因此，通過(guò)集成多種傳感器，包括相機、激光雷達、IMU（慣性測量單元）和GPS（全球定位系統），能夠采集更全面、更精確的海洋環(huán)境數據。但這種系統也會(huì )進(jìn)一步涉及時(shí)間同步、數據傳輸與存儲以及環(huán)境適應性等問(wèn)題。

基于以上考慮，采用BRICKplus(工控機)+ETH6000+傳感器套件(6*iDS相機+1*LiDAR+1*IMU+1*GPS)方案架構，如下圖所示：

基于BRICKplus+ETH6000構建的數采平臺，提供12個(gè)以太網(wǎng)接口（10*1Gb+2*10Gb）可以有效接入各個(gè)傳感器，并為后續升級技術(shù)架構、接入更多傳感器預留更多空間。多傳感器產(chǎn)生的數據量巨大，對數據傳輸和存儲提出了高要求，特別是8MP相機6個(gè)同時(shí)采集。

采用BRICKplus提供大容量（8/16/32TB）高速寫(xiě)入（16Gbit/s）存儲硬盤(pán)，能夠高效穩定落盤(pán)傳感器數據。采用GPS模塊，支持（g）PTP時(shí)間同步與定位。

二、系統搭建

為了更好的感知無(wú)人艇周邊環(huán)境信息，對傳感器分布和方式進(jìn)行了設計和調整，布局如下圖所示。該布局可以更有效的應對海面復雜環(huán)境下的數據采集。

三、數據采集

在面向無(wú)人艇數據采集時(shí)，需要使傳感器套件（四類(lèi)傳感器）能夠同時(shí)采集數據，并具備時(shí)間同步，實(shí)時(shí)可視化、存儲和回放等能力。整體軟件架構采用ROS+傳感器集成方式，支持即插即用，使用便捷。

比如在iDS相機采集鏈路上，涉及到多相機同步采集的實(shí)現難度大、圖像數據的實(shí)時(shí)傳輸和存儲需求高和動(dòng)態(tài)參數調整的靈活性不足等問(wèn)題。通過(guò)定制化開(kāi)發(fā)，采用ROS+PEAK SDK方案進(jìn)行深度集成，實(shí)現了多相機同步采集、實(shí)時(shí)可視化、動(dòng)態(tài)參數調整等功能，靈活適應海面復雜的采集環(huán)境，提高了系統的通用性。

四、總結

在海洋監測和無(wú)人艇控制領(lǐng)域，數據采集的準確性和可靠性至關(guān)重要。基于多傳感器融合的海洋數據采集系統方案，利用高性能的BRICKplus+ETH6000模塊作為中央處理單元，連接多個(gè)傳感器，能夠實(shí)現高速數據傳輸和同步。

該系統采用ROS框架與傳感器SDK進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，實(shí)現了多線(xiàn)程數據采集、處理和發(fā)布。同時(shí)支持配置文件動(dòng)態(tài)加載傳感器參數，支持實(shí)時(shí)調整和優(yōu)化，進(jìn)而顯著(zhù)提高了數據采集的同步性、實(shí)時(shí)性和可靠性，為無(wú)人艇的自主航行和控制算法訓練提供了高質(zhì)量的數據支持。