高中教学设备全国高校教师自制实验教学仪

　

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在日前结束的第56届中国高等教育博览会上，由中国高等教育学会主办，全国高校教师教学创新大赛——第六届全国高校教师自制实验教学仪器设备创新大赛落下帷幕。武汉大学卫星导航定位技术研究中心、人工智能研究院联合团队研制的融合北斗和AI的智能导航软硬件实验教学系统荣获商业路演赛道金奖、自由设计赛道二等奖。本次比赛全国有200余所高校、650余个自制实验教学设备参赛，唯一一个商业金奖花落武汉大学。

国务院《人工智能发展规划纲要》将自主智能系统计算架构、复杂动态场景感知与理解、实时精准定位、面向复杂环境的适应性智能导航列为我国人工智能领域亟待突破的共性关键技术。这也成为智能时代测绘、遥感、计算机、自动化、电子信息等多个专业共同的教学目标。然而传统测绘学科和人工智能学科缺少融合性实验设备及定制化跨学科课程，测绘类型的设备不能支持大算例的深度学习计算，而各类工控机、计算机设备则缺少测绘传感器，难以支撑学科交叉和跨学科复合型人才的培养。

融合北斗和AI的智能导航软硬件实验教学系统依托武汉大学国家卫星定位系统工程技术研究中心、国家多媒体工程技术研究中心及武汉大学人工智能研究院等多个高水平科研平台，基于协同精密定位技术（2016YFB0501800）和基于视觉的机器人环境建模与定位导航（2018YFB1305000）两个国家重点研发计划项目研制。该系统以机器人实验箱硬件搭配高精度北斗定位、语义建图、协同控制等软件，实现感知、规划、控制一体化，叠加实操案例，强化科研育人。

系统的核心是团队自制的感知规划控制一体化智能终端，具有完全自主知识产权。终端融合北斗/GPS、视觉/雷达传感器接口、惯性传感器、ARM+GPU深度学习运算器、伺服电机控制器、FPGA可编程芯片及4G/5G网络通信模块，是实验系统的核心。

▲ 自主研发的感知规划核心控制智能终端

在此基础上，集成了包含桌面小型设备到地面大型设备在内的4个型号标准化硬件设备，涵盖桌面机器人、轮式机器人、足式机器人等多种形式，适合大地测量、导航制导与控制、电子与电路、计算机科学与技术、人工智能等学科开展实验教学、创新创业实践教学及科研研究。在软件方面，凝练北斗智能导航30余个实操案例，帮助各专业学生从零开始成体系地掌握定位、建图、机器视觉、传感器数据处理、路径规划、协同控制等技术。

▲ 融合北斗高精定位技术

▲ 语义理解与建图技术

▲ 机器人手、脚、眼协同控制技术

▲ 各类智能导航实验

同时项目团队还提供包括自动驾驶、移动搬运、室内导航等10余个大型实验场景，配备教程和实验教学云系统，为高校、研究机构输出北斗+AI人工智能实验室整体解决方案。几个标准化的实验室目前已和中山赛伯坦、众智绘云、武汉京天电器等公司合作，在中山工业技术研究院、浙江德清地理信息产业综合体内搭建。计划今年下半年开始面向各高校及社会公众开放，满足高校相关专业实习实训及社会人员培训的需求。

这套实验教学系统先后授权专利9项、软件著作权5项、编制课程讲义1部，发表高水平科研论文20余篇、教学论文8篇，是一个具备科技硬核的科研成果。同时通过团队成员的实践教学方法的改革创新和市场产业化应用，也是一个创新型的教学成果和科技转化成果，在测绘、遥感等专业大学生科技创新能力培养中发挥重要作用。近几年来，武汉大学国家定位系统工程技术研究中心、测绘遥感信息工程国家重点实验室指导了学校多个专业大学生的双创活动，在互联网+、挑战杯等顶级比赛中获得国家金奖2项、银奖5项，省级金奖8项，在全国研究生创新实践系列赛中获得一等奖4项、二三等奖3项。以本次全国高校教师自制实验设备大赛金奖团队为核心的教学团队获得了2020年中国定位导航协会教学成果特等奖、2021年武汉大学教学成果特等奖。

刘经南院士评价该实验教学系统有很高的先进性、通用性，在教学案例上具有系统化、专业化的特点，特别适合当前高校人工智能、导航机器人等专业的学生学习，是一个高水平的科研项目，也是一个高水平的研究成果，目前在很多高校正在推广的一个优秀作品。

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编辑：富裕  审核：马冉冉

指导：万剑华教授