广外大学生自研AI系统,为解决广东乡镇加油站安全生产痛点

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原创2024-11-20 00:18
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2024年11月19日 南方都市报广州EA04-05版。


日前,由广东省教育厅主办、广东外语外贸大学(以下简称“广外”)承办的2024年广东省大学生计算机设计大赛暨第17届中国大学生计算机设计大赛粤港澳大湾区赛(以下简称“大赛”)成功举办,广外全校共有来自46个专业537名师生参赛,18组作品获得国家级赛奖项,包括一等奖1项,二等奖9项,三等奖8项。其中,信息科学与技术学院(以下简称“信息学院”)的师生团队获得二等奖3项,三等奖6项。

登录平台打开摄像头,点击加油区模块出现:一个橙色框框住正在加油的汽车,另一个红框框住一处普通人肉眼难以识别的小火苗,实时发出警报……为解决广东乡镇加油站人工监控视频监管效率低下等问题,韩轶超组队自研AI系统。

“我们正在申请两个软件著作。”韩轶超是广外大三学生,他自豪地表示,自研AI系统《加油站安全作业智能监控管理平台》获得上述大赛一等奖(人工智能应用)以及2024年(第17届)中国大学生计算机设计大赛二等奖,“广东一家成品油销售公司说愿意给我们开放一个加油站的端口,去实测这个平台。”

从0开始多次调研,瞄准广东乡镇加油站在实际生产中的痛点难点,为企业量身定制低成本方案,历时一年自研AI算法,科技成果正转化为现实生产力。近日,南都记者走近这位科创新生代。

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韩轶超。

扎实背调

“奔着落地去”

瞄准广东乡镇加油站安全生产痛点

今年绽放的科技之花,源于提前一年的精心浇灌。

“我参加!”去年6月,夏日午后,韩轶超秒回指导老师郝鹃发来的信息。彼时,2023年广东省大学生计算机设计大赛决赛刚结束。

韩轶超就读于广外信息学院计算机科学与技术专业,从小喜欢把玩电子产品,在大一加入创新实验室后,常听师兄师姐聊起大学生计算机设计大赛的事,如今机会来了,他内心止不住地兴奋,“要真做出个能落地的科创产品,该多好。不管成不成,先去干!”

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2023年暑期,韩轶超与队员留校参加创新实验室开展赛前培训。受访者供图

创新实验室是广外信息学院“软硬结合”实验室,即结合底层物联网与上层人工智能,以嵌入式智能控制系统的研究使用为发展方向,培养学生软硬件系统开发能力。郝鹃与余扬是实验室的老师,也是该参赛作品的指导老师,按照多年经验与长时间对外观察,她们早已定下目标:研发加油站安全作业智能监控管理平台。

研发平台,仅靠专业课上的知识储备远远不够。

去年暑期,在学校及学院的支持下,实验室开展相关知识培训。韩轶超与其他4位队员留校参加,没有一丝犹豫,期间,为锻炼表达能力,被要求上台向导师汇报学习内容。第1次上台,他的手心全是汗。

“刚开始,我们真是一点头绪都没有。”一个多月培训结束后,韩轶超仍无法摸清研究方向。

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去年,导师郝鹃带领韩轶超与团队成员,前往广东一家成品油销售公司调研。受访者供图

去年11月,为帮助学生尽快厘清思路,郝鹃经过多方沟通与牵线搭桥,带团队多次前往广东一家成品油销售公司和大学城某加油站进行实地调研。

第一次调研,他们被一段历史事故视频触动到:原本火苗很小,小到在监控摄像头,普通人用肉眼难以捕捉,突然嘣一下,爆炸了。“用人工智能技术去做分析识别和实时预警,是不是就能避免了?”韩轶超心想。

一次次实地调研,一遍遍查看监控视频,他们发现了广东加油站存在的三个主要问题。

首先,是人工监控视频导致监管效率低下。据介绍,被调研的成品油销售公司在广东的加油站有1100余座(其中包括一些合资油站),按每座加油站10个监控摄像头配置,十几个专职工作人员24小时实时着监控一万多个摄像头。再者,是工作链条过长导致违规行为处理滞后,各地加油站监控摄像头由位于广州总部专职工作人员进行实时监控,出现任何问题或事故,均需要经过专职工作人员做应急处理。

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实地调研时,上述成品油销售公司安全专家为团队介绍日常安全管理工作、查看监控。受访者供图

此外,广东乡镇加油站工作人员数量不足、当地市民安全意识不高等问题更为突出。

据了解,目前,广东加油站总量近6000座,位于县乡道和农村地区的加油站比例为52%左右,乡镇加油站基数大、占比高。另一位团队成员夏东骏感触良多,“在我茂名老家,很多摩托车主是坐在车上直接拧开瓶盖(油箱盖)加油,甚至打电话。这些行为都特别危险。”

结合调研情况与自身经历分析,方案做出设计:要面向广东乡镇加油站。

“我们是奔着落地去的。”期间,韩轶超还发现,加油站的电脑均没有配置GPU,而人工智能产品需要在导入各地加油站的电脑后,通过GPU等加速器实现功能,“如果方案设计前忽略这点,加油站就需要新增配置,成本是巨大的、不实际的。”

结合企业实际需求再分析,方案做出调整:这个系统必须要轻量级。

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团队成员在创新实验室的合照。从左往右分别是陈莉、郑潮鑫、夏东骏、韩轶超、石佩仪。受访者供图

攻坚探盲

“没有先例”

从0开始收集数据集自研训练模型

“没有先例。”方案出来了,接下来就是开发系统,而当提及作品难点时,韩轶超脱口而出,“做起来太痛苦了。”

瞄准广东乡镇加油站实际生产2种的最痛点做系统,而目前市面上基本没有成型的系统产品,类似系统或功能单一或停留在理论层面,“我们从0开始。”他说道。

从0开始,开发系统,敲定场景。

开发系统,需要先定需要识别加油站违规行为。按照《加油站作业安全规范》,针对工作人员及市民,就有超30种违规行为。而对于初次做人工智能系统的学生团队来说,短时间内,不可能做到全部识别。

“那就一个个尝试。”韩轶超与团队一遍遍头脑风暴,分析加油站哪些违规场景是最重要的、最常见的、可行性强的。最终,与企业敲定先做6种违规行为,即:站内打手机、摩托车主没有下车熄火加油、火灾和烟雾、不规范卸油、维护时没有使用护栏、违规登高作业。

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团队前往广州某加油站,现场工作人员演示违规与正规工作操作场景。受访者供图

从0开始,自研训练模型,收集数据集。

针对以上六种场景训练模型,需要相关数据集。然而,团队翻遍全网,没有找到专门针对加油站场景的行为数据集等场景的数据集。韩轶超骑着自行车,跑去附近加油站拷贝他们的日常监控视频和图片,携2个硬盘“满载而归”。

然而,数据集需大量不同视角的图片,但提供的图片仅有一千多张,训练出来的模型精准度非常低,数据集体量远远不够。

“那就自己模拟场景拍图。”韩轶超与队友就借来加油站工作服、戴上安全帽登上梯子,一人爬上教学楼二楼举着摄像机拍,另一人来回走动模拟打电话等场景。

最终,数据集内有近60万张图,每张图均有标记。

临近岁末,作品方案完成全盘设计,要接受第一次答辩。

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去年11月30日,韩轶超与队友参加大赛第一次答辩现场。受访者供图


备受质疑

“能实现吗”

自学两种编程语言彻夜写代码做系统

“这个方案,能实现吗?”去年12月,一位教授对韩轶超团队带来的作品方案提出了质疑。

中国大学生计算机设计大赛以三级竞赛形式开展,分别是校级赛、省级赛、国家级赛。此时,距离校级赛选拔仅剩四个月的时间。按照作品方案设计构想,郝鹃心里同样打鼓,连夜与学生团队一起修改和完善方案设计,给出技术指导方案。

“我就不信了。一步步解决问题,我们可以做出来的!”第一次做队长带队伍,韩轶超倍感压力的同时,也充满斗志。

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团队参赛合照。受访者供图

接下来就是“开马”。

根据指导老师给出技术指导方案,系统架构初步搭建,作品初见雏形。在运行系统时,韩轶超突然意识到,系统没法同时标注多种场景,诸如现场有人打电话,还有人没下摩托车时,系统只识别出一种。而团队现在掌握的技术,没法写出并行监测的代码。怎么办?

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元旦跨年夜,韩轶超在实验室开电脑继续学习写代码。受访者供图

从0开始,学编程语言,写程序代码。

研发系统平台,离不开对多种编程语言的掌握,学校教了C语言和Java,他还需自学Python。

为实现以上功能,要自学两种编程语言,同时还要统筹作品进度做优化,韩轶超常常彻夜写代码做系统。

元旦跨年夜,他在寝室迅速吃完一碗饺子和一碗汤圆,只身一人一头扎进实验室开电脑继续学习写代码,旁边放着一堆实验室准备好的零食小吃,以及一盒他喜爱的奶油蛋糕。

他通过读别人的代码来学习,但由于英文不算很好,经常要一个个去查去写中文注释,直到理解这个代码到底是怎么样的运行逻辑。“头一次注释写了一百行,读代码读出文言文的感觉。”

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去年,韩轶超用自学Python语言,编写系统并在做测试。受访者供图

寒假期间,团队各自在家“开马”,每晚晚饭后,总结当天进度,休息了个七八天,大年初六当天打开电脑,心照不宣。

韩轶超用自学Python语言,编写出了加油站智能监控子系统,可以读取摄像头的图像,实时动态分析加油站中人和物是否存在违规行为或安全隐患点。

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韩轶超与团队在省级赛决赛答辩现场。受访者供图

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韩轶超与队友参加大赛现场。受访者供图

3月开春,省赛到了,他这次拿着设计方案与成型的作品,上台演讲答辩,沉着冷静。

“冲向国赛!”他尤记得,5月25日是2024年广东省大学生计算机设计大赛决赛,作品获得(人工智能应用)一等奖。

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国赛前,团队相互鼓劲加油。受访者供图

走向落地

“准备实测”

科技成果正转化为现实生产力

“我们正在申请两个软件著作。”韩轶超在10月17日接受南都记者采访时,一脸自豪地说道。

就在今年10月初,广东一家成品油销售公司愿意开放一个加油站的端口实测这个平台。

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韩轶超在向南都记者介绍其参赛作品。

“公司看上的是参加国赛时的新系统。之前的系统感觉就是一坨屎山。”在省赛结束到国赛期间,韩轶超反复运行系统,抠画面细节,优化代码数据,发现诸多问题,“比如说,之前的版本只能读取1个摄像头。我们推倒重做!”

读取摄像头优化为12个、有人刚拿出手机也能实时提醒工作人员、当出现小火苗还能立刻发出警报通知……重做后的新系统,代码行数接近三万行,也更加贴合加油站的需求。

一遍遍推翻重做,对这份历时一年的作品愈发充满信心,韩轶超也更有自信。在郝鹃指导下,他模拟演讲答辩20多遍4个小时,暑期期间,与团队从容赴赛,不出意外获奖了:2024年(第17届)中国大学生计算机设计大赛二等奖。

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团队获得2024年(第17届)中国大学生计算机设计大赛二等奖的现场。中间为指导老师郝娟。受访者供图

“接下来,我们会持续优化系统,也希望有更多师弟师妹能加入进来,一起把系统做得更完美。让这个平台落地全国,走向全世界。”韩轶超对记者坚定地说道,满眼憧憬。

实地调研发现生产实际问题,精准聚焦面向广东乡镇加油站痛点难点,在社会现实需要中体现科研价值,这支新生代在数不清多少次地推倒重来后,自研的这项科技成果正转化为现实生产力。

学问走出了书斋,科研走进了社会,绽放出了科技之美。新时代新征程上,新生代的故事还在继续。

【寄语】

郝鹃 广外信息科学与技术学院软件工程系讲师


对学生:这帮孩子心中有爱、眼里有光。用心用情日夜钻研,他们说科研是快乐的,这份纯粹的热爱,让我动容。 希望有更多孩子也能坚持长期主义,扎根一个研究项目,静下心来,深入研究,体验心流的感觉,享受研究的快乐,获得真正的成长。


对作品:把论文写在祖国大地上,是这个作品最大的意义。把他们从课堂带到企业里、带到社会上,关心社会,关心国家,去发现社会上还有很多的问题值得去做,这样他们才会想到用科技服务社会,使我们的生活更美好。同时,作品也具备实践价值,首先是把人工智能技术应用于安全生产,将高校科研成果用于帮助企业解决痛点难点。另外,针对乡镇加油站安全问题来做研究,为广东省百千万工程出一份力。最后是对我们学生来说是一次全方位锻炼,这一年里,他们的表达能力、自学能力、合作能力都大幅成长。

“广东省大学生计算机设计大赛成果汇报专题”系列报道

本期采写:南都记者 李芷琪

摄影:南都记者 张志韬 冯宙锋

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