異想天開(kāi) 自在停車(chē)
——記清華大學(xué)第三十屆“挑戰(zhàn)杯”特等獎(jiǎng)獲得者“基于MATLAB圖像識(shí)別與廣義最短距離的大型停車(chē)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)”團(tuán)隊(duì)
研通社記者 孫冕 王芳
在你身邊有沒(méi)有正在學(xué)車(chē)、想要學(xué)車(chē)、剛學(xué)完車(chē)的朋友？
或許，你就是其中之一？
相信你一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)、甚至經(jīng)歷過(guò)恐怖的“倒庫(kù)”考試！
如果你看過(guò)美國(guó)大片《碟中諜》，你一定會(huì)希望倒庫(kù)可以像電影里的一樣簡(jiǎn)單——升降機(jī)自動(dòng)將開(kāi)入停車(chē)場(chǎng)的車(chē)送到空閑的車(chē)位。
你所想到的，正是有心的同學(xué)們希望實(shí)現(xiàn)的。一群懷抱著創(chuàng)新理想的學(xué)生們正試圖將科幻變成現(xiàn)實(shí)。
圖為實(shí)時(shí)顯示停車(chē)場(chǎng)停車(chē)情況、建議最佳停車(chē)位置的管理軟件界面。
近日，記者采訪了這群“異想天開(kāi)”的青年發(fā)明家們——清華大學(xué)土木系2008級(jí)本科生孔郁斐、閆盛楓、楊馨、呂超、匡文博組成的團(tuán)隊(duì)。正是本著技術(shù)服務(wù)于美好生活的理念，他們完成了作品“基于MATLAB圖像識(shí)別與廣義最短距離的大型停車(chē)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)”，并以此在清華大學(xué)第三十屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽榮獲特等獎(jiǎng)。
創(chuàng)新篇：妙手非偶得，天成亦勤學(xué)
如此精妙的創(chuàng)意從何而來(lái)？陸游回答說(shuō)，“文章本天成，妙手偶得之”。但是，從孔郁斐等同學(xué)的經(jīng)歷來(lái)看，這句話還需要改一下：“妙手非偶得，天成亦勤學(xué)”。
偶然的結(jié)果蘊(yùn)含了必然的趨勢(shì)，炫目的成績(jī)后必定有長(zhǎng)期的積累。當(dāng)被問(wèn)及“為什么想到做這個(gè)作品”時(shí)，孔郁斐想了想說(shuō)：“排除法吧！”不要小看這個(gè)“排除法”，這代表著反復(fù)的思考和無(wú)數(shù)次的否定。靈感只有了經(jīng)歷千錘百煉的推敲和詳實(shí)的調(diào)研才能成為成熟的方案。通過(guò)和孔郁斐同學(xué)交談，了解到他和他的同學(xué)們都是生活中的有心人，善于將生活中問(wèn)題提煉成作品創(chuàng)意。
圖為2012年4月14日在“挑戰(zhàn)杯”終審答辯現(xiàn)場(chǎng)，團(tuán)隊(duì)與老師合影。從左至右分別為：匡文博、閆盛楓、趙紅蕊老師、呂超、楊馨。
他還談到了生活中的積累和社會(huì)實(shí)踐的經(jīng)歷是分不開(kāi)的。早在大一時(shí)，他們就樂(lè)于從實(shí)踐中發(fā)掘熱點(diǎn)，曾到內(nèi)蒙進(jìn)行過(guò)草地沙化情況的環(huán)境調(diào)研。行萬(wàn)里路，讀萬(wàn)卷書(shū)。深入社會(huì)、了解社會(huì)正是清華學(xué)子義不容辭的責(zé)任。
除了生活和經(jīng)歷上的積累，該團(tuán)隊(duì)同學(xué)還積累了大量的技術(shù)和數(shù)據(jù)。識(shí)別車(chē)位的圖像處理技術(shù)的核心就采用了孔郁斐曾完成的攝影測(cè)量項(xiàng)目中的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。為了獲得不同角度、距離、清晰度的圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖像計(jì)算，他足足花費(fèi)了兩個(gè)月的時(shí)間。這些代碼和數(shù)據(jù)是十分寶貴的，能在不同項(xiàng)目中使用說(shuō)明了它們的價(jià)值。
各方面的積累，對(duì)作品的產(chǎn)生都是不可或缺的，這也正是團(tuán)隊(duì)能夠厚積薄發(fā)的條件。
實(shí)踐篇：紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行
確定了作品題目，有了扎實(shí)的基礎(chǔ)和深厚的積累，在開(kāi)始實(shí)施項(xiàng)目之前，他們還進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。團(tuán)隊(duì)中的匡文博和閆盛楓兩位同學(xué)花了兩個(gè)周的時(shí)間到中關(guān)村和海淀黃莊的兩個(gè)停車(chē)場(chǎng)，了解了停車(chē)場(chǎng)的實(shí)際情況。
圖為2012年4月29日在挑戰(zhàn)杯科技作品展現(xiàn)場(chǎng)（土木系展區(qū)），呂超（左）與孔郁斐展示獲獎(jiǎng)證書(shū)。
他們發(fā)現(xiàn)很多的停車(chē)場(chǎng)是需要人為引導(dǎo)，因?yàn)轳{駛員找不到車(chē)位在什么地方，所以在停車(chē)場(chǎng)的每一個(gè)拐角處都要有人來(lái)指揮，這無(wú)疑是一筆龐大的人力成本。用機(jī)器代替人力提前告訴駕駛員哪里有合適的車(chē)位，可以完全不用人力指揮車(chē)輛往哪里尋找車(chē)位了。另外，作品的還有一個(gè)精妙之處就是采用了攝像頭而不是傳感器來(lái)識(shí)別車(chē)位是否適合停車(chē)。無(wú)論是壓力感應(yīng)器還是紅外傳感器的價(jià)格都是幾十元一個(gè)，每個(gè)車(chē)位都要安裝一個(gè)才能識(shí)別車(chē)位是否有車(chē)。然而，每個(gè)攝像頭的價(jià)格也會(huì)有幾十元，卻可以拍攝到十余個(gè)車(chē)位的情況，成本有了顯著的降低，光是這一項(xiàng)就大大增加了整個(gè)項(xiàng)目市場(chǎng)推廣的可行性。
從進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)到停好車(chē)的最短路徑算法可以說(shuō)是整個(gè)作品的核心，這部分主要由團(tuán)隊(duì)的呂超和楊馨兩位同學(xué)負(fù)責(zé)完成。所謂廣義最短路徑，不只是車(chē)輛駛?cè)腭偝龅穆烦套疃蹋疫€綜合考慮了其他因素。他們不是簡(jiǎn)單照抄書(shū)本，而是在充分了解現(xiàn)實(shí)需求基礎(chǔ)上做了許多的改進(jìn)。例如，考慮到人們下車(chē)之后可能去購(gòu)物，停車(chē)車(chē)位到超市出入口的距離也是影響路徑計(jì)算的因素，此外開(kāi)車(chē)過(guò)程中有幾個(gè)彎、要停靠的車(chē)位周?chē)袔讉€(gè)車(chē)位，也都被納入了最短路徑的計(jì)算。他們的算法還將全局統(tǒng)籌思想納入其中：為了總體上的節(jié)約，在不影響這輛車(chē)停車(chē)方便的前提下，盡量使后來(lái)的車(chē)也能夠比較方便地停車(chē)，協(xié)調(diào)局部最優(yōu)和整體最優(yōu)。為每個(gè)人節(jié)省下的停車(chē)時(shí)間，就是對(duì)整個(gè)社會(huì)效率的提升了；為每輛車(chē)減少的停車(chē)路程，就是為節(jié)約的全社會(huì)能源消耗。
正是有了充分的調(diào)研，才使他們的作品不僅僅是停留在概念設(shè)計(jì)的層次上，而是步入了實(shí)用設(shè)計(jì)的高度。正是有了實(shí)現(xiàn)性的意義，才使他們的作品更加接近成型的應(yīng)用型產(chǎn)品，更加有市場(chǎng)、有商機(jī)。
成果篇：春種一粒粟，秋收萬(wàn)顆子
經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的努力，孔郁斐和他的團(tuán)隊(duì)迎來(lái)了他們當(dāng)之無(wú)愧的成果——清華大學(xué)的“挑戰(zhàn)杯”特等獎(jiǎng)。在頒獎(jiǎng)的現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)有一家企業(yè)和取得了他們聯(lián)系，希望能夠?qū)⒋俗髌吠耆度肷a(chǎn)推廣。當(dāng)談到工業(yè)應(yīng)用時(shí)，孔郁斐說(shuō)他們的作品離完整的產(chǎn)品還有段距離，要實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化，還要考慮很多細(xì)節(jié)，需要進(jìn)行很多改進(jìn)。這套系統(tǒng)因其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性具有一定的應(yīng)用前景，雖然尚未進(jìn)行市場(chǎng)推廣，但他們期待通過(guò)努力實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。
從結(jié)構(gòu)上講，他們的作品包括攝像和圖像采集系統(tǒng)、處理器之外，還有一個(gè)重要部分——導(dǎo)航系統(tǒng)，而這部分是和停車(chē)場(chǎng)地設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的。當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)中在日本交流的匡文博，在日本拍攝了很多先進(jìn)的停車(chē)場(chǎng)的照片供隊(duì)友們參考，他們考慮了電影《終結(jié)者4》中的科幻場(chǎng)景。除了高端的技術(shù)，他們也考慮最簡(jiǎn)單有效的方法——將路線打印成字條，在車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的時(shí)候發(fā)給駕駛員。而最終他們認(rèn)可的比較折衷的方案是通過(guò)攝像頭識(shí)別車(chē)牌以確定車(chē)輛位置，并在該車(chē)輛的可視范圍內(nèi)大屏幕上提示顯示行走路線。
從用戶體驗(yàn)的角度來(lái)講，這套作品的表現(xiàn)也是值得稱贊的，通過(guò)做到每秒鐘對(duì)車(chē)位進(jìn)行刷新，可以做到即時(shí)響應(yīng)，通俗點(diǎn)說(shuō)就是用戶按下一個(gè)回車(chē)后就能夠獲得最優(yōu)的行駛路線。
將看似“異想天開(kāi)”的理念變成現(xiàn)實(shí)，在磨礪中一步步打造全面而精致的作品，正是孔郁斐和他的團(tuán)隊(duì)努力的目標(biāo)。
團(tuán)隊(duì)篇：一個(gè)好漢三個(gè)幫，一個(gè)籬笆三個(gè)樁
團(tuán)隊(duì)成員呂超說(shuō)：“大學(xué)四年，能和一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)一起做一件優(yōu)秀的事情，是很值得慶幸的。”這次團(tuán)隊(duì)合作的友誼在他的心中已經(jīng)升華成為一種美好的回憶。但是，在團(tuán)隊(duì)成立之初，也遇到了很多的困難，意見(jiàn)的不統(tǒng)一就是其中之一。為此，團(tuán)隊(duì)中經(jīng)常為了爭(zhēng)論問(wèn)題在一起吃飯，飯局中爭(zhēng)論聲不止，為了一個(gè)細(xì)節(jié)幾個(gè)人甚至面紅耳赤。因?yàn)樽髌菲赜诠こ虘?yīng)用，大多時(shí)候意見(jiàn)的分歧要通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)消除。比如，車(chē)位的識(shí)別是否要采用攝像頭就曾是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。在年三十的前幾天，身在日本的匡文博用Skype和5位同學(xué)開(kāi)電話會(huì)議，每次一開(kāi)就是一個(gè)多小時(shí)，總共有討論了3次。由于攝像頭的方案比較新穎，團(tuán)隊(duì)中的閆盛楓認(rèn)為這樣比較“雷”。直到匡文博、閆盛楓向老師借了一輛車(chē)，進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試之后，團(tuán)隊(duì)的意見(jiàn)才趨于統(tǒng)一。
從最初的設(shè)想到算法的實(shí)現(xiàn)花費(fèi)三、四個(gè)月，這是這段時(shí)間是團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持不懈精誠(chéng)合作的時(shí)光，也是讓他們最終走向成功的關(guān)鍵。在此過(guò)程中也出現(xiàn)了無(wú)數(shù)的困難。在“挑戰(zhàn)杯”比賽的前一天，程序不知為何出現(xiàn)了問(wèn)題，無(wú)法正確得出結(jié)果。當(dāng)時(shí)離系里面比賽開(kāi)始答辯只有不到一天的時(shí)間了，直到天亮都沒(méi)有解決問(wèn)題，為了準(zhǔn)備晚上的答辯，白天還要準(zhǔn)備PPT的演練，有的同學(xué)急得嘴上都起泡了，但是團(tuán)隊(duì)的協(xié)作給了所有人信心，通過(guò)最后的努力還是把問(wèn)題解決了。他們參加的比賽的時(shí)間是在大三下學(xué)期，與課程、學(xué)分績(jī)、SRT結(jié)題、社工都會(huì)有一定程度的沖突，正是多方的壓力最大的時(shí)候，但是作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)他們能夠頂住壓力完成作品。這是這種堅(jiān)忍不拔的品質(zhì)和強(qiáng)烈的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和責(zé)任感是分不開(kāi)的。
團(tuán)隊(duì)需要磨合，需要相互了解。孔郁斐和他的團(tuán)隊(duì)正是做好了這一點(diǎn)，才能揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮出集體的優(yōu)勢(shì)。
體會(huì)篇：新竹高于舊竹枝，全憑老干為扶持
被問(wèn)及獲得挑戰(zhàn)杯特等獎(jiǎng)的體會(huì)和感受時(shí)，孔郁斐說(shuō)他最希望感謝的是土木系的幾位老師。當(dāng)他談起熱心幫助他們的老師的時(shí)候，臉上充滿了感恩的表情。他說(shuō)在大二的時(shí)候通過(guò)“測(cè)量學(xué)”的課程他認(rèn)識(shí)了趙紅蕊老師，從那時(shí)起他就對(duì)“攝影測(cè)量”產(chǎn)生了興趣，并且時(shí)常和趙老師交流。在孔郁斐的印象中趙老師人非常好，可以說(shuō)是“有求必應(yīng)”。趙老師也在他們參與“交通競(jìng)賽”和“挑戰(zhàn)杯”的時(shí)候也給了他們很大的支持，也曾經(jīng)多次向其他老師推薦他們的團(tuán)隊(duì)。除了趙老師以外，孔郁斐還代表他的團(tuán)隊(duì)感謝了很多老師：如他們參加全國(guó)大學(xué)生交通科技競(jìng)賽的帶隊(duì)老師李瑞敏老師在生活上對(duì)他們關(guān)懷備至；團(tuán)隊(duì)成員匡文博的碩士生階段的導(dǎo)師陸化普老師為他們提出過(guò)許多改進(jìn)意見(jiàn)；還有他本人博士生階段的導(dǎo)師宋二祥老師也一直支持他們的項(xiàng)目工作。
他們之所以能夠取得如此豐富的成績(jī)，除了老師的幫助外和清華大學(xué)人才培養(yǎng)的方案以及土木系的科研氛圍是分不開(kāi)的。與他們的研究項(xiàng)目深度相關(guān)的交通工程研究所專業(yè)覆蓋交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理、道路與鐵路工程、交通信息與控制，交叉領(lǐng)域的碰撞帶給他們創(chuàng)新的思想火花。土木系的學(xué)生科協(xié)也在系內(nèi)支持推動(dòng)了很多的比賽和項(xiàng)目。孔郁斐說(shuō)他和他的團(tuán)隊(duì)先后參加了清華大學(xué)交通科技競(jìng)賽，全國(guó)大學(xué)生交通科技競(jìng)賽和清華的“挑戰(zhàn)杯”科級(jí)賽事。當(dāng)談及自己心目中優(yōu)秀項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，他說(shuō)“Make it small, make it good!”（把項(xiàng)目做的精巧，讓它變得更好！）這些方面的比賽也讓他們的得到了反復(fù)的鍛煉和積累。
清華大學(xué)和土木系對(duì)他們團(tuán)隊(duì)的支持和對(duì)積極創(chuàng)新氛圍的營(yíng)造也是他們能夠取得成功的重要因素。在這樣積極進(jìn)取環(huán)境中雖然在“挑戰(zhàn)杯”賽事脫穎而出的只有幾支隊(duì)伍，但是，每位參與者都會(huì)從中受益，他們當(dāng)中依然藏龍臥虎，正是如此，才能為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作搭建起了良好的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)和創(chuàng)新文化。
（清華新聞網(wǎng)5月17日電）
編輯：襄 樺
