一、背景
（1）人工智能技术与产业飞速发展
人工智能概念自上世纪50年代美国达特茅斯学术研讨会正式提出以来，发展至今几经波折，经历了从兴起到进入低谷，再到掀起热潮再至低谷，直至进入21世纪今天的新一轮高速发展期。随着人工智能理论研究不断取得新进展，另一方面尤其是计算机运算速度与信息处理能力大幅提高、存储量不断扩大、成本持续下降等硬件性能的全面提升，以及互联网技术与产业的快速发展，特别是移动互联时代的到来使得网络搜索、电子商务、社会媒体、科学研究等不同领域海量数据迅速累积，依托于深度学习等算法的重要突破和算力的全面提升，人工智能技术使我们北联达从未像今天这样如此近距离地感受曾经在幻想中出现的未来场景。
人工智能是在计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科相互渗透基础上发展起来的一门跨领域综合性学科，目前主要研究用机器模仿和实现人的智能行为，其实质是“赋予机器人类智能”。作为一项划时代的科技成果，尤其是近年来技术的飞速进步，人工智能在无人驾驶、仿生机器人、模式识别、机器翻译、竞技比赛等各种复杂的应用场景都取得了重要突破。无论是在国防、科技、工业、农业、能源等国民经济各领域应用上，还是在满足人们日常需求的学习、家居、医疗、环保、汽车等各领域应用上，人工智能都已成为当下资本市场追逐的热点，已经走出了实验室跨过了产业化的门槛，能够对社会生产和人类生活产生直接影响，甚至在许多方面超越我们，并通过自我学习不断进步。
（2）各国全力抢占人工智能发展制高点
目前，世界主要发达国家都将人工智能列为国家重点发展战略。美国国防部高级研究计划局（DARPA）从2010年起，就长期支持人工智能在各领域的应用，将“大脑计划”、“先进制造”、“智慧城市”等领域作为美国国家创新战略的重要组成部分……
（3）人工智能与教育深度融合已成必然
教育作为一种传递文化，促进人的发展，培养社会所需人才的人类特有社会活动，不断推动着人类文明进步，其有别于其他任何社会活动的特点，就决定了人类每一次的科技进步都离不开教育，科技的发展成长也始于教育，人工智能从诞生到现阶段的快速发展也不例外。人工智能技术与教育的深度融合对传统的教育理念，教育体系和教育模式产生了深刻影响……
目的和意义
建设航天人工智能教学实验室不仅是人工智能技术与教育深度融合，开展教育内容与模式创新的重要尝试，也是国家大力倡导推行产教融合教育模式创新的重要内容之一，更是创新人才培养模式、产学研协同教育、学校与企业共建创新中心与平台的具体体现。其目的和意义重点体现在以下几方面：
（1）激发学生爱国热忱与学习热情，培养家国情怀
中国航天事业从1956年创建至今，历经艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期……
（2）完善人工智能教学内容，拓宽学生知识体系
当前的人工智能教育内容主要集中于机器人教育、STEAM教育、创客教育、计算思维与编程教育等领域，目标重点是围绕学生创新素质提升、合作精神培养、问题解决能力提高、批判性思维建立等方面，但教学知识内容不够丰富，与当今科技飞速发展与技术实际应用有一定的距离感，缺少现实工程环境条件下人工智能技术的应用场景……
（3）创新教育模式，打造未来人才成长加速器
学校是文化知识传承与人才培养的重要阵地，企业是社会生产与人才应用的主要场所。建设航天人工智能教学实验室是推进产教融合、协同人才培养、共建教学创新平台的具体举措，不仅有利于加快构建完善“人工智能+X”复合型人才培养体系的建立，学校人工智能教育创新基地的建设，也必将成为航天企业与学校未来高端人才成长的加速器。更多人工智能专业人才的涌现，也必将促进社会经济的发展，带动包括航天科技工业等国家相关产业的高速发展……
二、关于航天企业
北京星航机电装备有限公司成立于1960年4月，是隶属于中国航天科工集团第三研究院的国有大型高科技工业企业，是面向“陆、海、空、天、电”全领域作战环境下飞航导弹武器装备科研生产骨干企业。60余年的发展与文化积淀，不仅为国防现代化建设创造了一个个辉煌业绩，也培养了一批批具有航天精神的高科技创新人才。公司研制生产的一代代航天防务装备系列产品，曾先后获得省部级以上科技奖励70余项。其中，国家科学技术进步特等奖2项，一等奖3项，国防科学技术进步特等奖6项，中国机械工业科学技术特等奖1项。多款产品多次亮相国庆阅兵、纪念抗日战争胜利阅兵等武器装备方阵，为维护国家主权和领土完整、履行神圣使命做出了重要贡献……
三、方案介绍
3.1 实验室建设定位
航天人工智能教学实验室致力于打造成以学习者为中心的教学培训环境，既要体现教学内容的科技前沿性与工程实用性，还要体现教学课程的适宜性与趣味性，立足于建成大学阶段人工智能领域相关专业的人才培训基地。
引入航天背景主题教育元素，让学生一定程度地了解以航天重大工程为代表的国防科技工业发展历史与现状，直观感受以人工智能、5G等为代表的现代科技魅力。实验室搭建人工智能、无人驾驶、5G技术等学习平台，突出教学内容的科技前沿性……
3.2 方案概述
无人驾驶技术是当今世界的热门话题，无论是无人驾驶汽车还是智能运载AGV，都包含了一系列人工智能技术，实验室配套的无人驾驶教学平台，符合目前最热门的硬件资源以及配套的软件资料，将人工智能相关技术浓缩到移动机器人上，通过激光雷达完成SLAM建图和自主导航定位，同时搭载摄像头实现视觉识别……
3.3 方案组成
3.3.1 无人驾驶教学平台
无人驾驶教学平台基于智能物流，模拟工业物流系统，根据当前的热门技术，设计相关专业的学习课程，从人工智能的核心本源出发，紧扣算力、算法、数据训练、场景应用四大要素，以真实场景下的人工智能应用作为教学实验项目，让学生学习、掌握AI实现过程方法，发挥创新创造力，配备强大的软件操作及学习平台，让学生真切了解人工智能的实现原理、过程和方法。学习内容如下：
首先对场地进行建图，然后完成路径规划算法的实现，调试视觉部分功能，最终完成小车在初始位置自动行驶到接货位置，搭载货物通过交通灯完成视觉识别，通过减速带、隧道以及障碍物测试小车的稳定性，准确到达卸货位置，卸货完成后，继续行驶通过S路最后到接货位置等待下一次运输。
整个过程既包含了底层运动控制，也包含了视觉识别、自动导航等智能算法，同时引入激光雷达、摄像头以及惯导等人工智能领域热门的传感器，各种传感器算法的融合将是学习的主要内容，将全套功能完全实现，能够对当前无人驾驶相关技术有较深入的理解。
（1）试验场地设计
试验场地长9m，宽5m（3*5m）。场地分为9个区域：1.上位机及调试电脑摆放区；2.AGV初始位置等待区；3.AGV接货区；4.AGV卸货区；5.红绿灯视觉测试区；6.减速带通过区；7.隧道区域；8.S路视觉算法测试区；9.路障通过区。实验场可根据实际情况增加不同的实验环境，模拟障碍物通、升降杆、斜坡、交通红绿灯、S型路线、隧道等，将紧密根据现实中的设计场景进行设计。
（2）无人驾驶移动机器人
无人驾驶所有功能都可在此车体底盘上进行试验，完全模拟汽车的阿克曼运动控制方式，采用激光雷达和多种传感器进行融合，实现地图构建、定位和导航功能，同时搭载摄像头进行视觉方面的学习。
主要功能包括：
1）完全自主的车体结构设计，通过各种验证打造出稳定、极简、方便拆卸的车体结构；
2）激光雷达+ArucolTags3+里程计，多传感器数据融合全局定位；
3）基于深度学习的视觉识别感知系统；
4）阿克曼转向+后轮驱动，一种全新的驱动方式；
5）自主研发的复合驱动控制板，控制板通用性强；
6）采用工控机+ROS机器人操作系统作为人工智能算法的运算，多节点同时运行，是目前最为先进的控制方式。
同时为学生提供多车协同工作开发思路，作为学生的进阶学习，真正的与实际项目接轨。
（3）上位机调度区
提供简易的上位机调度系统，能够完成摄像头采集图像显示、小车调度以及接货区、卸货区位置设定等功能。学习者可以在此简易版的基础上进行功能扩展、二次开发，从而实现新的功能。
通过对上位机的开发，将熟悉VS开发上位机的相关技术，同时能够较深入的学习C++编程以及与小车的通信等功能。
（4）视觉识别
视觉识别分为两种算法，基于传统形态学的视觉识别和基于神经网络的视觉识别
（5）ROS机器人控制技术
（6）激光雷达—点云构建地图
激光雷达是当前最热门的地图构建传感器，使用广泛，但是苦于上手难度高，许多新手学习起来较为艰难，本项将激光雷达融入，将为学生提供深入的学习资料。
（7）编程调试电脑（Ubuntu）
实验室将最少包括两台编程调试电脑，一台用于控制系统调试及上位机调度，另外一台装有Ubuntu系统，包含ROS机器人操作系统和需要的各种依赖库，用于小车工控机部分调试。
四、课程建设
4.1 课程介绍
人工智能是一门多交叉学科的技术，该专业融合了智能控制、机械设计、电子设计、计算机科学与技术等学科，主要研究各种机器人的运行控制方法及其在各行业中的应用技术，是一门综合性非常强的学科。为适配学校实际教学需求，让人工智能教育更好地走进课堂。航天人工智能教学实验室将真正的工业级人工智能技术如无人驾驶、人脸识别、语音控制、模型训练等下沉至基础教育领域。以真实场景为引，通过体验、感知帮助学生建立人工智能通识知识体系，使其掌握基础的人工智能原理、行业应用和行业发展趋势。以应用实践为题，使学生掌握基础算法应用、提升科学素养、培养创新思维，让学生有能力用人工智能技术解决实际场景中的真实问题。
4.2 课程设计
（1）智能驾驶技术认知
人工智能相关课程，机器人的典型入门形态，它的驱动、控制、传感器融合技术、导航算法、以及其支持的ROS机器人操作系统知识模块，都是非常具有代表意义的理论知识，因此将这些知识，根据具体需求而有机的排列组合得到教学平台的相关课程。通过硬件……
（2）AI强化提高自学
人工智能实验室是开展AI教育的重要场地，以“做中学、创中学”为主要学习方式，注重综合运用能力、动手实践能力的培养，因此不仅仅承载着一般教室的教学活动功能，也不是单纯的实验室，更是一个融合教、学、做、创、分享、展示的“六度一体”多功能空间。
4.3 课程相关资料
为了配合教师顺利开设相关课程，本方案提供多种教学资料支持。我们会根据不同学校、不同专业的学习目标和要求，推荐适合其教学的教材，教师如有编著教材需求，我们也会提供相应协助；
实验室将配套如下资源：
1. 上述课程相关资料；
2. 分模块的程序实验代码；
3. 配套课程的实验指导书；
4. 各教学平台配套的学习手册；
5. 线上线下技术支持。
五、配套资源及合作
5.1 师资培训
对于大部分教师而言，人工智能教学实验室涉及到的部分课程是新兴事物，这些课程中的理论知识，用作教具的实验硬件，以及教学方法等，与以往的传统学科都有不同……
5.2 产研合作
学校具有丰富的教学资源和师资力量，而我们具有丰富的工程开发经验，人工智能教学实验室能够将企业和产业的实际需求转化为推动教学质量的动力，以及以各种形式为提高教学质量和优秀人才的培养提供帮助，实现企业和学校共同构建校企合作，高等人才从产业中来到产业中去的良好生态……
教学平台可扩展性强，学校可对其进行改进和二次开发，从而开发出具有自己学校特色的教学体系……
通过组织“航天杯”AI挑战赛，让学生参与人工智能赛事，推动广大青年学生参与科技创新实践、在真实场景的竞技中夯实基础知识体系、培养工程实践能力、提高团队协作水平、培育创新创业精神，为学生提供展示、交流的平台，为高校提供筛选优秀人才的窗口……
六、预期目标效益
高级AI实训平台建成后，预期会在教学、学科建设、人才培养及对外合作方面取得全面的效益。
……
4) 高级AI实训平台是与企业、地方政府合作的重要载体。依托实训平台为载体，促进高校、企业与政府的三方合作，开展人工智能技术转移与成果转化。基于实训平台的建设规划，航天星航将与学校结成战略合作伙伴关系，定期进行横向的科研及项目合作，双方共享合作成果与收益。
七、应用案例
（1）航天·轻舟机器人已经驶向全国大部分省份的双一流院校，覆盖农业、军事、师范、独立院校等。 2021.12航天·轻舟机器人.pdf
（2）国赛| 全国大学生智能汽车竞赛——航天智慧物流（自2020开始—— ） 第十七届全国大学生智能汽车竞赛-航天智慧物流创意组-线上预选赛规则.pdf
高校航天·轻舟机器人 合作共建实验室方案联系：86 -186-225-76276 （黄先生）
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