异想天开 自在停车

——记清华大学第三十届“挑战杯”特等奖获得者“基于MATLAB图像识别与广义最短距离的大型停车场智能管理系统”团队

研通社记者 孙冕 王芳

  在你身边有没有正在学车、想要学车、刚学完车的朋友?

   或许,你就是其中之一?

  相信你一定听说过、甚至经历过恐怖的“倒库”考试!

  如果你看过美国大片《碟中谍》,你一定会希望倒库可以像电影里的一样简单——升降机自动将开入停车场的车送到空闲的车位。

  你所想到的,正是有心的同学们希望实现的。一群怀抱着创新理想的学生们正试图将科幻变成现实。

图为实时显示停车场停车情况、建议最佳停车位置的管理软件界面。

   近日,记者采访了这群“异想天开”的青年发明家们——清华大学土木系2008级本科生孔郁斐、闫盛枫、杨馨、吕超、匡文博组成的团队。正是本着技术服务于美好生活的理念,他们完成了作品“基于MATLAB图像识别与广义最短距离的大型停车场智能管理系统”,并以此在清华大学第三十届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛荣获特等奖。

创新篇:妙手非偶得,天成亦勤学

  如此精妙的创意从何而来?陆游回答说,“文章本天成,妙手偶得之”。但是,从孔郁斐等同学的经历来看,这句话还需要改一下:“妙手非偶得,天成亦勤学”。

  偶然的结果蕴含了必然的趋势,炫目的成绩后必定有长期的积累。当被问及“为什么想到做这个作品”时,孔郁斐想了想说:“排除法吧!”不要小看这个“排除法”,这代表着反复的思考和无数次的否定。灵感只有了经历千锤百炼的推敲和详实的调研才能成为成熟的方案。通过和孔郁斐同学交谈,了解到他和他的同学们都是生活中的有心人,善于将生活中问题提炼成作品创意。

图为2012年4月14日在“挑战杯”终审答辩现场,团队与老师合影。从左至右分别为:匡文博、闫盛枫、赵红蕊老师、吕超、杨馨。

  他还谈到了生活中的积累和社会实践的经历是分不开的。早在大一时,他们就乐于从实践中发掘热点,曾到内蒙进行过草地沙化情况的环境调研。行万里路,读万卷书。深入社会、了解社会正是清华学子义不容辞的责任。

  除了生活和经历上的积累,该团队同学还积累了大量的技术和数据。识别车位的图像处理技术的核心就采用了孔郁斐曾完成的摄影测量项目中的图形数据库。为了获得不同角度、距离、清晰度的图像数据并进行图像计算,他足足花费了两个月的时间。这些代码和数据是十分宝贵的,能在不同项目中使用说明了它们的价值。

   各方面的积累,对作品的产生都是不可或缺的,这也正是团队能够厚积薄发的条件。

实践篇:纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行

  确定了作品题目,有了扎实的基础和深厚的积累,在开始实施项目之前,他们还进行了实地调研。团队中的匡文博和闫盛枫两位同学花了两个周的时间到中关村和海淀黄庄的两个停车场,了解了停车场的实际情况。

图为2012年4月29日在挑战杯科技作品展现场(土木系展区),吕超(左)与孔郁斐展示获奖证书。

  他们发现很多的停车场是需要人为引导,因为驾驶员找不到车位在什么地方,所以在停车场的每一个拐角处都要有人来指挥,这无疑是一笔庞大的人力成本。用机器代替人力提前告诉驾驶员哪里有合适的车位,可以完全不用人力指挥车辆往哪里寻找车位了。另外,作品的还有一个精妙之处就是采用了摄像头而不是传感器来识别车位是否适合停车。无论是压力感应器还是红外传感器的价格都是几十元一个,每个车位都要安装一个才能识别车位是否有车。然而,每个摄像头的价格也会有几十元,却可以拍摄到十余个车位的情况,成本有了显著的降低,光是这一项就大大增加了整个项目市场推广的可行性。

   从进入停车场到停好车的最短路径算法可以说是整个作品的核心,这部分主要由团队的吕超和杨馨两位同学负责完成。所谓广义最短路径,不只是车辆驶入驶出的路程最短,而且还综合考虑了其他因素。他们不是简单照抄书本,而是在充分了解现实需求基础上做了许多的改进。例如,考虑到人们下车之后可能去购物,停车车位到超市出入口的距离也是影响路径计算的因素,此外开车过程中有几个弯、要停靠的车位周围有几个车位,也都被纳入了最短路径的计算。他们的算法还将全局统筹思想纳入其中:为了总体上的节约,在不影响这辆车停车方便的前提下,尽量使后来的车也能够比较方便地停车,协调局部最优和整体最优。为每个人节省下的停车时间,就是对整个社会效率的提升了;为每辆车减少的停车路程,就是为节约的全社会能源消耗。

  正是有了充分的调研,才使他们的作品不仅仅是停留在概念设计的层次上,而是步入了实用设计的高度。正是有了实现性的意义,才使他们的作品更加接近成型的应用型产品,更加有市场、有商机。

成果篇:春种一粒粟,秋收万颗子

   经过了长期坚持不懈的努力,孔郁斐和他的团队迎来了他们当之无愧的成果——清华大学的“挑战杯”特等奖。在颁奖的现场已经有一家企业和取得了他们联系,希望能够将此作品完全投入生产推广。当谈到工业应用时,孔郁斐说他们的作品离完整的产品还有段距离,要实现市场化,还要考虑很多细节,需要进行很多改进。这套系统因其经济性和实用性具有一定的应用前景,虽然尚未进行市场推广,但他们期待通过努力实现其价值。

  从结构上讲,他们的作品包括摄像和图像采集系统、处理器之外,还有一个重要部分——导航系统,而这部分是和停车场地设计是分不开的。当时团队中在日本交流的匡文博,在日本拍摄了很多先进的停车场的照片供队友们参考,他们考虑了电影《终结者4》中的科幻场景。除了高端的技术,他们也考虑最简单有效的方法——将路线打印成字条,在车辆进入停车场的时候发给驾驶员。而最终他们认可的比较折衷的方案是通过摄像头识别车牌以确定车辆位置,并在该车辆的可视范围内大屏幕上提示显示行走路线。

  从用户体验的角度来讲,这套作品的表现也是值得称赞的,通过做到每秒钟对车位进行刷新,可以做到即时响应,通俗点说就是用户按下一个回车后就能够获得最优的行驶路线。

  将看似“异想天开”的理念变成现实,在磨砺中一步步打造全面而精致的作品,正是孔郁斐和他的团队努力的目标。

 团队篇:一个好汉三个帮,一个篱笆三个桩

  团队成员吕超说:“大学四年,能和一个优秀的团队一起做一件优秀的事情,是很值得庆幸的。”这次团队合作的友谊在他的心中已经升华成为一种美好的回忆。但是,在团队成立之初,也遇到了很多的困难,意见的不统一就是其中之一。为此,团队中经常为了争论问题在一起吃饭,饭局中争论声不止,为了一个细节几个人甚至面红耳赤。因为作品偏重于工程应用,大多时候意见的分歧要通过实验结果来消除。比如,车位的识别是否要采用摄像头就曾是争论的焦点。在年三十的前几天,身在日本的匡文博用Skype和5位同学开电话会议,每次一开就是一个多小时,总共有讨论了3次。由于摄像头的方案比较新颖,团队中的闫盛枫认为这样比较“雷”。直到匡文博、闫盛枫向老师借了一辆车,进行了实际的测试之后,团队的意见才趋于统一。

  从最初的设想到算法的实现花费三、四个月,这是这段时间是团队坚持不懈精诚合作的时光,也是让他们最终走向成功的关键。在此过程中也出现了无数的困难。在“挑战杯”比赛的前一天,程序不知为何出现了问题,无法正确得出结果。当时离系里面比赛开始答辩只有不到一天的时间了,直到天亮都没有解决问题,为了准备晚上的答辩,白天还要准备PPT的演练,有的同学急得嘴上都起泡了,但是团队的协作给了所有人信心,通过最后的努力还是把问题解决了。他们参加的比赛的时间是在大三下学期,与课程、学分绩、SRT结题、社工都会有一定程度的冲突,正是多方的压力最大的时候,但是作为一个团队他们能够顶住压力完成作品。这是这种坚忍不拔的品质和强烈的团队意识和责任感是分不开的。

  团队需要磨合,需要相互了解。孔郁斐和他的团队正是做好了这一点,才能扬长避短,发挥出集体的优势。

体会篇:新竹高于旧竹枝,全凭老干为扶持

  被问及获得挑战杯特等奖的体会和感受时,孔郁斐说他最希望感谢的是土木系的几位老师。当他谈起热心帮助他们的老师的时候,脸上充满了感恩的表情。他说在大二的时候通过“测量学”的课程他认识了赵红蕊老师,从那时起他就对“摄影测量”产生了兴趣,并且时常和赵老师交流。在孔郁斐的印象中赵老师人非常好,可以说是“有求必应”。赵老师也在他们参与“交通竞赛”和“挑战杯”的时候也给了他们很大的支持,也曾经多次向其他老师推荐他们的团队。除了赵老师以外,孔郁斐还代表他的团队感谢了很多老师:如他们参加全国大学生交通科技竞赛的带队老师李瑞敏老师在生活上对他们关怀备至;团队成员匡文博的硕士生阶段的导师陆化普老师为他们提出过许多改进意见;还有他本人博士生阶段的导师宋二祥老师也一直支持他们的项目工作。

  他们之所以能够取得如此丰富的成绩,除了老师的帮助外和清华大学人才培养的方案以及土木系的科研氛围是分不开的。与他们的研究项目深度相关的交通工程研究所专业覆盖交通运输规划与管理、道路与铁路工程、交通信息与控制,交叉领域的碰撞带给他们创新的思想火花。土木系的学生科协也在系内支持推动了很多的比赛和项目。孔郁斐说他和他的团队先后参加了清华大学交通科技竞赛,全国大学生交通科技竞赛和清华的“挑战杯”科级赛事。当谈及自己心目中优秀项目的标准的时候,他说“Make it small, make it good!”(把项目做的精巧,让它变得更好!)这些方面的比赛也让他们的得到了反复的锻炼和积累。

  清华大学和土木系对他们团队的支持和对积极创新氛围的营造也是他们能够取得成功的重要因素。在这样积极进取环境中虽然在“挑战杯”赛事脱颖而出的只有几支队伍,但是,每位参与者都会从中受益,他们当中依然藏龙卧虎,正是如此,才能为拔尖创新人才培养工作搭建起了良好的学术交流平台和创新文化。

 

(清华新闻网5月17日电)

编辑:襄 桦

2012年05月17日 13:30:41  清华新闻网

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