接下來為了便于大家能夠更好的在暑期交流活動中，設計智慧校園交通中的智能駕駛車，我給大家介紹一下 今年第21屆全國大學生智能汽車競賽中一些組別中的車模導航技術，大家可以通過網上的鏈接找到這些比賽賽題具體要求。在這里呢并不是向大家介紹這些具體比賽的內容，而是通過分析這些比賽的車模中，它具體的任務實現中的導航技術。它有哪些技術特點，以及如何使得自己的車輛能夠更好的在環境中運行打下基礎。當然大家也可以根據自己已有的學識和能力，去探索更多導航技術。下面我們給大家展示的這些今年比賽同學在車模中使用的導航技術，只是讓大家能夠對你們暑期交流活動中的智能車設計有一個基礎，能夠更好的直觀的了解，要使得一個智能汽車運行，它在環境感知、目標識別，以及相互協同方面，可以有哪些使用的方法。通過這些介紹展示，大家可以看到這些不同方法它各自的特點。能夠使得在后面，大家在交流活動中呢，有更多的創意想法脫穎而出。
??大家看到這個賽題非常有趣，這叫穿越電磁門的挑戰賽 。我們可以看到這個車模呢它隨機的穿越各個電磁門。注意，這個路線是不確定的，這個路線規定每個門的順序是隨機的。大家可以猜想一下，那么這個車模它究竟依靠什么傳感器來感知電磁門的位置，以及哪個電磁門打開，它能夠完成穿越呢？ 這實際上是展示了智能駕駛車輛的另外一種感知環境的方式，那就是磁場，就像我們可以利用地球的磁場一樣，感知磁場的方向從而可以確定我們的方向。但是呢咱們地球磁場是非常巨大的，它在局部呈現一個平行的磁場，也就是它只能定我們的方向角度。那么現在大家可以看到的這個電磁門，它本身來產生一個150千赫茲的交變磁場，智能車就是根據每個電磁門它的電磁場，它對應的形狀和位置，來完成電磁門的穿越。每個電磁門中間的電磁場，實際上所有的磁力線都通過這個電磁門。因此對于這個智能車來講，它實際上只需要做一個事情，那就是沿著電磁線來行進，這樣它一定能夠通過打開電磁場導引的這個電磁門。
??接下來給大家介紹另外一種智能駕駛車模，感知環境的技術方式。大家看這是在室外一個平地在地面上有三個白色方框區域，這里模擬的是在一個戰場上的雷區，每個白色方塊來模擬一個地雷。車模呢這里呢要求他要到達每個雷區，在方框里呢旋轉一周到兩周，來模擬排列的過程。智能車要依次通過所有的雷區。那這里大家可以看到它又如何來進行環境感知和導航呢？ 這里它結合了兩種方式來進行導航。一個就是利用車模上的車載GPS，來大體上定位到每個雷區的大體位置，然后當他行到每個雷區前，再利用車模上的攝像頭，也就是他的眼睛，觀察前面白色方框的位置，然后來進行定位行駛，最終到達中心之后旋轉一周行駛出來。這就是通過GPS導航和視覺定位來完成目標點的尋找和導航的。
??這個組別呢叫做智能視覺組，這其中呢為了使得比賽的內容更加豐富，采取了虛擬現實的技術。這里呢要涉及到兩個問題，那就是車模在哪里運行，它在什么位置？ 車模看了什么？它如何定位。那這里呢先給大家介紹一下，在這個組別中呢，車模的位置它是靠在場地旁架設的。一個全局攝像機，看到車模上面貼的這個圖標，大家看圖標上有一個類似二維碼的。這樣的一個圖標，它叫Apriltag 。它不僅可以在圖像中能夠識別到它的位置以及方向，而且還可以根據它的大小來測量它對應的距離。為了保證比賽中的車模方向準確性，大家可以看到在圖標前后還有紅色和綠色兩個方塊，也是為了更好的來對它進行定位和方向識別。大家在制作自己的智能駕駛之中，也可以在環境中設計這樣用于定位的Apple泰克，通過攝像頭可以觀察它所對應的位置來進行定位。那么問題來了，車模該如何運行和知道自己的任務呢，實際上車模所看到的，它不是現場的這個綠色的背景。而是由后臺根據它的位置，渲染出了一個虛擬場景，他看到的是一個帶有圍墻的和各種箱子的虛擬現實。這中間他可以看到他的全局位置，以及從他第一視角看到的場景。它在運行中通過車載的攝像頭，可以看到它在全局的位置，從而根據任務呢來進行路徑規劃。以及任務的執行過程。同樣它還可以通過第一視角的攝像頭，看到箱子上面的圖片以及數字，來完成對應的推箱子的這個比賽過程。那這里也可以告訴大家，實際上我們的智能駕駛車模，原則上它會有兩大具體的信息可以用于它本身的定位。一個是它的全局位置，就像前面的排雷任務過程中的GPS，只不過這里呢使用了攝像頭來進行的定位，第2部分就是它車載本身的攝像頭，它可以看到前面的物體形狀，包括障礙物。通常情況下，我們在設計智能駕駛過程中，要融合這多種信息，來確保車模的運行。這里再給他給出大家一個具體比賽過程中能夠看到的情況，大家看到右邊就是車模所看到的全局信息，那么它通過自身的運動，推動虛擬現實中的箱子能夠到達對應的位置。
??接下來再給大家展示一個最簡單的車模導航的技術，這就是通過電磁線來導航。這就是今年的飛檐走壁賽題組。這個題目呢主要是面向低年級同學，他們比較容易制作這種智能車模。這個車模之所以能夠在垂直路面以及圓筒中坐過山車這樣的運行，最主要是它在車模底下施加了一個負壓電機，讓它能夠牢牢地吸附在地面上運行。這里呢我們不談它本身的爬墻的能力，主要給大家介紹一下它用于導航的模式。雖然大家能看到路面上鋪有這種白色的路徑，但實際上它并不是通過攝像頭來識別這些路徑，它本身是通過白色膠帶下面下有一根金屬導線，通有20K赫茲的交流電，車門上它安裝有電磁傳感器。能夠感知磁場的強弱，進而使得它能夠沿著電磁線來運行，這種方式受到外界光線干擾很小。這種導航模式往往用于現在工廠無人車中的導航。但是通過成本運行能夠看到它的運行速度比較快，當然對它來講，它上面還需要安裝一些像振動傳感器以及 障礙物傳感器，來識別在運行過程中可能出現的蹺蹺板和其他的障礙物。這個組別的挑戰不僅是車要跑得快。在這個組別中呢，還會對車模本身制作的重量進行罰時，在現實生活中，我們的智能車如果重量過大，它也會消耗大量的行進燃料。因此，減輕車輛重量也是在工程設計中需要重視的一個方面。
??大家看到的這個組別叫做瘋狂電路，它本身要求車模體積要小，同時呢能夠沿著這樣一個不封閉的電路來進行運行，所謂的不封閉賽道大家可以看到，它有很多串聯并聯和交叉路口組成的這樣一個電路路徑，要求智能車通過所有的電路線路。那這里就問題來了，如何保證它能感知到這個行進的路線，并能準確的運行呢？?大家可以注意到車模上的確安裝著一個攝像頭，所以大家肯定第一想法，那就是他通過攝像頭來完成地面路線的跟蹤。這個想法是對的，但是大家馬上會想到另外一個問題，如果它僅僅靠攝像頭來進行運行的話，那么它又如何來規劃所有的路徑達到最短，而且通過所有的道路的呢。因此在這里，它用于感知環境和行進路線規劃的就不只是一個簡單的局部視覺傳感器，它就存在著看得見的和看不見的兩種導航模式。看得見的就是它前面的攝像頭，能夠根據前面的路徑和三叉路口來完成當前的行進。但實際上它還要靠另外看不見的，來對整個路徑進行優化，這就是智能車上安裝的慣性導航傳感器，也就是加速度陀螺儀。根據這樣的一個看不見的信息，它需要對路徑提前進行記憶。記住它原來通過哪些路徑，還要通過哪些路徑。通過這些信息來最終優化它通過的所有支路，從這一點大家也可以看到，實際上在智能駕駛中為了能夠讓它更加完整安全來運行，不僅僅它內部能夠感知到車門在運行本身的速度，加速度，以及它的方位，此外還要記憶住過往信息，對它的去的目標以及他走過的路線能夠進行分析和規劃，這個組別中它可以使用攝像頭來進行局部的觀察，實際上它還可以使用更簡單更可靠的光電管來進行尋跡。所以大家在設計自己交流活動中的智慧校園中智能駕駛車輛中，也可以考慮到自己的任務需要它運行的環境是什么，以及通過什么樣的方式來完成任務。但是通過觀察這個組別中的所有方案，也能為你們將來設計智慧校園中的智能車提供一些思考。但并不是說他們的方案大家都可以采用，只是讓大家想到實際對車模導航中的技術是多種多樣的，每種技術都有自己的優點和缺點，合理的將它們進行結合，這樣才使得我們實際工程中的自動駕駛才達到高效可靠。
??我們也可以把這種智能車看成一個機器人，只不過它行動的不是用腿，而是用輪子，那么對于前面我們介紹的那些導航技術，實際上是傳統的環境感知和導航方法。現在我們進入了人工智能時代，很多具身智能的方法和技術也被應用到智能駕駛中。為了能夠使得我們機器人真正走進更復雜的環境，走進我們的身邊，前面的一些導航模式，只是用于一些路徑比較確定的生活生產場景，但實際上在我們周圍有很多的應用場景，它是沒有這些確切的路徑規劃的，那么如何讓我們的智能車，在這些不確定環境中來進行完成相應的工作呢，這里呢給大家介紹的是另外一個智能車競賽的題目叫螞蟻搬家。當然在這個題目中，很多同學并沒有使用具身計算大模型來完成任務啊，當然對大一大二的同學來講來說還有點難。但是這個螞蟻搬家任務本質上是具身計算將來解決實際無規則場景中一個標準的形式。比如我們想讓機器人在流水線中去分揀包裹，它只能像我們人一樣用眼睛看，用手摸。那在這個賽題中呢，它實際上是在場地內放置了幾個不同的物體，那么需要這里的兩個智能車呢來協同把這些物體進行辨識來搬運。僅僅是通過視覺來進行環境的感知，物體的識別以及相應的規劃，但是在這里呢，他們所使用的是利用車載的攝像頭來感知環境中的待分揀物體，對他們的目標進行識別定位。然后兩個車模之間再通過相互的配合，對物體進行搬運。那這種智能體或者這種機器人將來會進一步演化成僅僅通過他們的視覺來完成更復雜的挑戰任務。他們只需要根據問題的要求，通過視覺自動識別周圍的環境，以及它自己相對的位置，而不像前面那些組別通過設定導航的這些路線或到定位的技術，通過他們對任務的理解，環境的感知來完成相應的任務。
??最后再給大家介紹一個今天比賽中一個非常有趣，有挑戰的組別，叫做飛越雷區。和前面剛剛介紹的螞蟻搬家不同，螞蟻搬家是使用兩個相同的車模依靠視覺來協同完成任務。在飛越雷區賽題中，它則是通過四旋翼飛行器和下面的麥克納姆輪車模相互協同，來完成具體的目標識別和搜尋的過程，大家可以看到在下面有一些白色的閃爍的信標它用來模擬在戰場中的地雷埋設區，在這過程中下面行進的車模，它通過線纜給飛行器提供電源，而飛行器在上面，通過它的位置高度，能夠對全局場地內的目標進行搜索，并通過指令讓車模運行去通過檢測到的光標，這個賽題最初呢來自于國際上一個比賽，也就是通過飛行器對戰場中地面進行偵查，然后返回信息，來指揮地面智能車通過布滿地雷的區域。在這個賽題中呢，它一方面利用飛行器的高度，能夠獲取更廣泛區域的信息，然后通過通訊指揮下面的車模進行行進。那在這里呢為了安全，上面的飛行器它本身的工作電能也有下面的車模提供，這樣可以使得飛行器有更高更多的留空時間。它的導航不僅僅依靠著單一的車模地面上的信息，它還要依靠上面飛行器給出的廣域視覺圖像，融合多方面的內容之后，通過空地協同來完成相應的任務。
今天呢通過給大家介紹在第21屆全國大學生智能汽車競賽中一些題目中的導航技術，大家可以根據它們的各自特點，用于在自己暑期智慧校園交通項目中的智能車的設計。大家也可以自行提出更多的創新想法，結合著現在已有的導航模式。看看哪些可以來實現你們對于未來智慧校園交通中的一些應用。當然這里只是起到一個拋磚引玉的功能。大家后面在組內通過討論來合理的設計相應的任務，并且利用現在提供的車模硬件、傳感器，以及軟件編程平臺的功能。根據它們各自的特性來進行可行行的設計。但你們也可以根據自己的想法，提出對即將到來的暑期交相互交流過程中，看你們哪些還有希望增加一些傳感器，使得自己的智慧校園交通的中的智能駕駛汽車能夠更好走進生活，服務于我們。
