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北航“冯如杯”竞赛学术科技一等奖作品来袭

北京航空航天大学 2020-10-16 12:35:57
编者按

第二十六届“冯如杯”竞赛已于日前圆满落下帷幕,本届竞赛中涌现出了很多优秀的学生创新创业和学术科技作品。在众多优秀作品中,共评选出学生学术科技作品竞赛一等奖19项,学生创业大赛金奖4项。本期内容将带领大家首先聚焦这19项学术科技一等奖作品,一起来欣赏吧!



City-Eyes城市天眼



"City-Eyes城市天眼"系统由鲁聃、付莹莹、廖家琳、仇栋民、冯志睿、刘乾同学共同设计完成。项目基于HBASE平台和H5/CSS3动态网页即时演算技术,力图设计出一种在线的,可实时交互的,集数据筛取、分析、展示为一体的多元数据融合的城市深度分析平台。以某城市为数据样本,采集了手机信令,地铁,机场,微博等多元数据,并从“分布”和“网络”的角度设计了多种新颖的可视化方案,运用SVG/CANVAS动画技术进行数据动态呈现,并结合地图API提供GIS服务与POI筛取。

与传统智慧城市系统不同,该项目实现了所有可视元素的动态化,可依据用户需求在时空上对数据进行筛选标记,并可由用户自定义统计方案。此外,系统还为用户提供了友好的交互机制,使得系统所面向的城市、社会研究学者能够在该平台上更加自由地进行分析工作。

带有吸附式平台的球形机器人

“带有吸附式平台的球形机器人”项目由王章陶、张丹丹、张天耀、霍梦真、孙梦园、陈天羽、汪海涛同学共同设计完成。项目通过磁力吸附的方式提出了球形机器人外置搭载平台这一解决方案,使球形机器人具备了执行任务的能力。同时从水上步行球受到了启发:使用两轮驱动方案配合支撑结构形成了团队自己的运动方案,相比现有方案具有很高的机动性。为解决磁力吸附的问题,项目组通过实验与理论分析结合的方式构建了力学模型,并在设计中加入了自适应吸附结构解决了距离敏感这一问题,实现了平台的可靠吸附。

iDrone模块化无人机

“iDrone模块化无人机”项目由宋宇航、孔祥龙、王昊臣、王健伊、樵明朗同学共同设计完成。一年前,项目团队正在参加全国大学生电子设计竞赛,调试控制算法的过程中经常会出现BUG使得四旋翼飞机坠机损坏。在不断更换各种损坏配件的过程中,团队萌生把四旋翼无人机模块化的想法,从而可以使更换功能单元变得非常简单,这便是项目最开始的灵感。

经过不断迭代设计、实验,项目团队收获意料之外的成果。模块化的设计使得它成为一个极具创造性的平台,各种设计和想法都可以通过模块的自由组合而实现。接下来大家致力于让每个模块的设计精益求精,性能最大化,同时着手开发分布式、模块化的控制软件,设计友好的交互软件。这个时候,它拥有了名字 “蛋蛋“,友好而可爱的外形,配合模块化的软硬件,团队致力于开发一套无人机创新套件。

基于机器学习、图像拼接和随机通信算法的图像“障碍物”智能识别与去除系统

基于机器学习、图像拼接和随机通信算法的图像'障碍物'智能识别与去除系统”(Pure Insight)项目由徐硕、付博、张克、陈孟宋、白金同学共同设计完成。Pure Insight的设计源于生活:拍照时,镜头中常常会闯入行人或车辆等障碍物,很难得到一张“纯净”的图像。因此项目团队萌生了设计一款智能去除障碍物的软件的念头。在后期项目调研过程中,大家更是惊喜地发现Pure Insight可以应用于更广的领域,如实景地图测绘、航拍图像处理、影视制作、VR、AR等。

Pure Insight原先只能简单地去除运动的障碍物,添加了机器学习模块后,Pure Insight可以智能识别人像,进而拥有了自动批处理和一键除障的能力;为了使得软件可以去除静止障碍物,并弥补障碍物去除不干净的缺陷,又增加了涂抹式修复模块。在这样的迭代设计中,Pure Insight逐渐健壮起来。
基于排序学习的全局信息抽取算法
“基于排序学习的全局信息抽取算法”项目由郑豪、刘一、黄若徐同学共同完成。项目出发点来源于传统的关系抽取算法并不完善,无论是效率还是准确性都有提升空间。团队在现有方法的基础上,开创性地提出了一个能够有效地利用跨句子信息的方法——RankRE 。这是一种基于排序的方法,此方法首先学习一个基于Listwise 的学习排序模型的评分函数,然后用其来进行多标签的关系抽取。实验结果显示,该方法比所有的最先进的基准方法更出色。另外,为了进一步提高高质量抽取结果的排名,项目团队提出了一个对不同实体对间关系的排名方法。这个方法可以很容易地集成到综合关系抽取框架中,并且显著地提高精度。
RIIM火星勘探机器人
 “RIIM火星勘探机器人”项目由马小山、邱宁、张啸宇、马皓晔、蒋越、李鹏宇、刘俊兵同学共同完成。RIIM是一个具有四足机构与笼形外壳的小型机器人,整体行进方式可以用四足移动,也可以利用其外型进行高速的滚动,上面置有图传可以及时将画面传回地面站,摄像头还带有环境建模能力以增加侦查的力度。
大学生环境关心和亲环境行为关系研究

“大学生环境关心和亲环境行为关系研究”项目由沈述宜、范雨轩、张忆宁、孙博文同学共同完成。由于需要大量数据来证明环境关心和亲环境行为之间的关系模型成立,研究的过程必然繁复。团队的研究结果显示:大学生亲环境行为突出表现在私领域,而在公领域行为显著较少;生态圈环境关心和利他环境关心均正向显著影响了大学生在公私两领域的亲环境行为,利己环境关心负向显著影响了大学生在公私两领域的亲环境行为。这些结果证明了样本大学学生环境关心态度和亲环境行为息息相关。

二轴陆空爬墙车

二轴陆空爬墙车”项目由刘泽民、董忆雪、何钊、林可、刘易蒙、王迪森同学共同完成。项目团队对国内外爬墙领域的机器人进行了大量调研,最终确定了矢量动力单元加小车的形式,基于矢量动力单元的动力学特点,项目团队将飞行也加入了小车的运动形式中。付出总会有收获,在团队的努力下项目基本上实现了预期的功能,达到了比较好的效果。

纳观尺度下一维巴基球系统的孤立波

纳观尺度下一维巴基球系统的孤立波”项目由郑博文同学在老师的指导下独立完成。此项研究以巴基球(碳60)系统为研究对象,通过分子动力学模拟手段,首次研究了纳观尺度下一维离散系统中应力波的传播特性,发现纳观尺度下一维巴基球系统支持孤立波的传播,并建立了非线性弹簧模型对其进行了精确的描述。这一研究首次讨论了纳观尺度下一维离散系统的应力波传播行为,对于应力波调控与耗散相关技术具有借鉴意义。

基于同源分配式动力的旋翼固定翼复合式飞行器

“基于同源分配式动力的旋翼固定翼复合式飞行器”项目由葛昕怡、李江波、邵翔、余长坤、姜行健、周舒、饶章恒同学合作设计完成。项目团队潜心钻研复合式飞行器,累计研发三代验证机及两种改型,先后历经多次外场试飞,积累了大量的飞行数据及相关资料,在国内相关领域取得了突破性的进展。

团队总结以往经验,并继续研制同源动力分配系统、改进主旋翼的离合系统、对控制系统和主体结构进行优化,得益于可靠性的提升,使作品达到了工业级无人机的设计和制造水平。同时进行了一系列悬停试验、直升机模式航线飞行、垂直起降转换平飞的航线飞行,圆满完成既定的飞行目标。

新概念共轴倾转旋翼机的设计与控制

“新概念共轴倾转旋翼机的设计与控制”项目由刘一博、石奇玉、郑鹏、鲁雨晗、傅奕聪、陈楷东、付楚乔同学共同设计完成。项目自2014年4月启动,历时700余天研制完成。

项目针对国内测绘无人机普遍使用的弹射起飞伞降回收的使用方案,提出替代性起降方案;针对传统倾转旋翼机飞行力学稳定性设计中螺旋桨旋翼力与机翼几阶低频模态相耦合导致剧烈振动的问题,提出了一种振动更低,控制余度与稳定性更高的共轴双桨倾转旋翼微小型飞行器设计方案;倾转旋翼设计与飞翼布局相结合,使飞行器可以垂直起降,同时进行低耗电量的高速巡航,从而实现常规旋翼飞行器不能实现的长航时大航程作业;提出了一种创新性地旋翼差速耦合与舵面自动反馈相配合的抗风增稳控制。

精准扶贫理念下农村低保对象的认定研究

“精准扶贫理念下农村低保对象的认定研究”项目由毕艺苇、卢伊凡两位同学协作完成。项目团队试图构建合理的模型,采用数据分析的方法,为“精准扶贫”贡献力所能及的力量。在进行问卷调查的初期,由于部分调查问题设置的原因,问卷内容未能完全反映村民意愿。随后经过改进,确定了合理的调查方案,采用小样本调研的方法,并经过人性化沟通以及对问卷内容的及时调整,最终的调查结果取得了很好的信度和效度。

基于光流的无人机单目视觉避障系统

“基于光流的无人机单目视觉避障系统”项目由何雨、纪云钊、李文博、梁熠同学共同设计完成。近年来,市场对消费级无人机的需求迅速增长。目前绝大部分消费级无人机均未配备自动避障系统,只能由使用者实时操控,或按照预设航线和高度飞行,自身并没有能力对飞行路线上的树木、电线、建筑等障碍物进行感知和避让,存在很大的安全隐患。

不同于工业级无人机,消费级无人机强调小巧轻便,造价低廉,然而,其有限的体积、载重和成本却也使得双目视觉、激光雷达等传统避障技术并不特别适用。这些避障系统都需要无人机加装额外的传感器,设计特殊的机体结构和布局,非常依赖于无人机自身的硬件条件,不具备通用性。

几乎所有的无人机都将单目摄像头作为自己的标准配置,能够仅利用一个摄像头完成避障可以极大地降低对无人机的硬件要求,实现通用性。本项目尝试利用光流技术来进行无人机的单目视觉避障研究。

极性分子摆动态的三体负性熵纠缠度和两体保真度

“极性分子摆动态的三体负性熵纠缠度和两体保真度”项目由韩家兴、胡远、金瑜同学合作完成。项目团队在整理总结近年来量子信息领域的研究进展时,发现低温下囚禁在外电场中的极性分子成为了量子信息处理的新兴载体。考虑到极性分子系统不可避免地与环境发生相互作用而导致系统退相干的发生,团队基于双原子极性分子摆动态模型,建立了两体和三体系统的量子纠缠模型;引入退相干因子来描述量子系统因与环境耦合而发生的退相干演化;研究了三体负性熵纠缠度和两体信息传输保真度在不同初始态下随时间的演化,以及内禀退相干因子、电场强度、偶极-偶极相互作用等参数对演化过程的影响,最终提出构建较高纠缠度量子系统和优化量子信息传输的具体方案,为后续的理论和实验提供了理论基础。

基于空基全景拍摄技术的“天眼”VR+系统

“基于空基全景拍摄技术的'天眼'VR+系统”由王建峰、姜添、靳迥超、王思雯、林可、王贺迎、胡雅心同学共同设计完成。系统包括全景航拍平台、图像处理系统、VR展示平台三个部分,实现了全景航拍、图像处理、全景播放的有效融合,使三者形成一个完整的链条。

对于全景拍摄来说,由于拍摄的角度多,所以相机数量多,整体重量重,并且相机视角不能被遮挡。但是现有的商品级云台只有前向角度可以收录景色,无法满足全景拍摄活动要求。团队另起炉灶,云台设计从零开始,经过了五次重大的改进才实现了高清全景相机的稳定拍摄。随后团队又着手解决拼接算法问题,以SURF算法为主体设计新的全景视频处理系统,经历了多次失败后终于实现了拼接的高效运行。后期丰富系统组成,增加了整体画面的自动优化环节,增强观赏性。
一种无舵面控制的轻型仿生蝴蝶
“一种无舵面控制的轻型仿生蝴蝶”项目由池小楷、陈沐桐、梁汉文、秦文渊同学共同佘记洼完成。该作品为一种通过观察真实蝴蝶运动设计的无舵面控制轻型仿生蝴蝶扑翼飞行器。团队在立项前对扑翼飞行器这一热门领域作了大量充分的调研,决定制作一款扑打频率低、尺寸小、质量轻、功耗低的新型仿生蝴蝶扑翼飞行器。历时近一年时间,通过多人的团队协作、科研攻关,在仿生蝴蝶设计、制作、控制、飞行机理研究等方面取得了突破性进展。
团队分为控制小组和机械设计小组。控制小组在现有理论基础下编写和调试伺服电机控制程序。机械设计小组单人制作成对翅膀即需要近半天时间,为解决两翅不对称的关键问题,团队设计模具来固定蝴蝶碳纤维轮廓。
基于GIS系统的垃圾焚烧厂生态选址分析

“基于GIS系统的垃圾焚烧厂生态选址分析”项目由张路杨同学在导师指导下独立完成。该项目雏形来源于张路杨同学在高中时参加的研究性学习项目。“生态选址”,是指综合考虑垃圾焚烧厂对于生态环境的污染,对于人口密集区的影响以及邻避效应进行选址。创新之处在于:综合考虑以上三方面因素,并采用问卷调查法、风玫瑰图筛选法、GIS模型构造法三种方法使选址问题量化,得出理想的垃圾焚烧厂选址模型。

Improve Saliency Prediction by DNNs

“Improve Saliency Prediction by DNNs”项目由黄勋、林珣玙、仇栋民

图像显著性预测的目的是理解并预测一幅图像中吸引注意力的部分。目前的工作虽取得了一定进展,但现有模型却远无法接近人类的真正表现。团队认为这是当前的模型无法从图片中提取描述能力强、高层次的语义信息而产生的语义缺失所导致的。文中团队提出的新框架利用深度神经网络增强了模型的语义描述能力,并且其在图像显著性预测这一问题上的表现远远超过了当今所有主流算法。该论文已被计算机视觉领域顶级会议ICCV2015收录。

“五大发展”理念下京津冀空间关联特征及其对区域经济增长的影响效应研究

“'五大发展'理念下京津冀空间关联特征及其对区域经济增长的影响效应研究”项目由吴瀚然同学在导师的指导下独立完成。项目从“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念出发,选取与之相对应的指标体系,利用全局Moran’s I指数、局部自相关LISA分布图,分别对京津冀空间集聚与分散的整体特征、各城市与邻近城市的空间联系进行实证检验。同时,选取拟合效果最优的空间滞后模型进行空间计量估计,以揭示京津冀“五大发展”指标对区域经济增长的影响方向与程度。最后,紧扣实证分析结果与实地调研情况,提出有针对性的政策建议。

近年来,北航学生的创业意识逐步增强,依托“冯如杯”创业大赛、“创青春”全国大学生创业大赛等校内外竞赛和平台,同学们提升了创业能力、完善了创业理念、拓宽了创业视野,真正投入到创业实践之中。想一睹竞赛中角逐出的学生创业金奖项目魅力,敬请关注下期内容!


来源 / 北航校团委

编辑 / 张永刚 孔祥明


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