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交大密西根学院
秋季学期毕设项目
交大密西根学院每年的毕业设计项目都是令人印象深刻的创意碰撞，让我们来随着视频简介，快速一览今年秋季学期的毕设小组们又给我们带来了怎样的创意风暴。
Group 1
基于图像、激光雷达和IMU的工程机械作业环境动态3D建图与定位
小组成员：刘敬哲，李云飞，董良舜，苏振漩
赞助方：北京拓疆者智能科技有限公司
指导老师：马澄斌
随着智能技术的蓬勃发展，自动驾驶和智能制造越来越受到人们的关注，重型机械的自动化也将是未来发展的一大趋势。2021年，发生操作重型机械相关的事故110起，造成99人死亡。如果实现重型机械的自动化工作，机械可以自己完成大部分工作，而人类只需远程监督并发出必要的指令。这将大大改善工人和司机的工作环境，也让他们的人身安全更有保障。为了实现重型机械的自动化工作，重要一环的是构建计算机可以理解的施工现场环境地图。这也就是本项目的目标：通过SLAM (即时定位与地图构建) 算法绘制挖掘机的工作环境地图并标定移动轨迹。
小组将问题拆分为两个部分，首先是需要在挖掘机工作时，将激光雷达，摄像头和IMU（惯性测量单元）置于挖掘机顶部并收集数据。其次是将收集的数据作为输入，设计一种SLAM算法来输出环境地图和轨迹。然而，在施工场景下应用 SLAM 算法存在一些挑战。首先是挖掘机臂在工作时会上下移动，对传感器产生干扰，其次是周围环境会随着挖掘机移动物料而改变，因此也需要实时更新。通过比较和试验，小组最终确定了包括过滤、位姿估计、关键帧选择和环境变化识别四个主要部分在内的最终方案：首先识别出挖掘机臂和工地上的扬尘，接着滤除它们以最大限度降低对建图的影响，然后估计出传感器的位姿并选择它们捕获的关键帧来构建地图，最后，识别出环境的变化并刷新地图上的相应部分。
本项目改进的 SLAM 算法成功地建立出反映环境动态变化的地图，并在实验室环境和赞助公司提供的实际施工环境中分别完成测试并获得满足预期的结果。该解决方案能够有效帮助实现工程机械作业环境动态3D建图与定位。
Group 2
水下直接飞行时间激光雷达
小组成员：肖萌雨，朱浥尘，郑帆，刘雨声
赞助方：苏州识光芯科技术有限公司
指导老师：马澄斌
激光雷达(LiDAR)是一种利用激光作为介质进行距离测量和运动探测的光学遥感技术。它已广泛应用于考古、环境探测、大气物理、林业和自动驾驶等多个领域。直接飞行时间(dToF)是激光雷达中应用最广泛的测距原理之一，它测量激光脉冲从发射到接收的时间间隔，并以此时间乘以光的速度计算距离。
尽管dToF激光雷达在空气中测距技术已经成熟，但由于测量误差大，其在海洋探测的应用受到了限制。在水下环境中，光作为激光雷达的介质，受能量的吸收和水的后向散射影响较大。尤其是空气中常用的红外光，会在短距离的水中损失大部分的能量。这两个因素带来了测算的困难和结果的误差。
本项目专注研究后向散射和吸收对激光雷达测距结果的影响，通过优化算法减小其影响，实现dToF激光雷达的高精度单点测距。小组开发了一个可以在水下工作的dToF激光雷达。项目含两大步骤，首先是装配用于测距任务的激光雷达：小组为激光雷达系统选择具有适当参数的激光和光子计数模块，分别采用单光束半导体激光器进行发射，单光子雪崩二极管(SPAD)进行光子探测，时间相关单光子计数(TCSPC)进行数据处理。其次是使激光雷达适配水下环境，小组选择520nm波长的绿光作为发射光，并使用合适的算法以解决水的散射问题，同时也满足了客户对检测范围大、检测精度高、效率高、体积小的要求。
Group 3
机器学习辅助预测太阳能电池的效率
小组成员：赵晓辰，李秉泽，蒋钰，杨兆越
赞助方：交大密西根学院
指导老师：马澄斌
由于化石能源的大力开采和大规模的使用对全球生态环境和气候造成了严重影响，我国正在逐步实现能源变革。光伏发电作为一种可再生能源的新技术，可以有效缓解化石能源的短缺，减少对生态环境的破坏。最近，太阳能亦被应用于农村低碳建筑的设计中，以支持我国的乡村振兴计划。
太阳能电池板可以将太阳能间接转换成电能。其工作原理以光电效应为基础。当太阳光子击中太阳能电池板中的太阳能电池时，电子从原子壳中流失，每个电池中出现大量的自由电子。此时如果将一个导体连接到电池的负极和正极，就会形成一个电路，电路闭合时，就会有电流产生。这就是太阳能电池板将太阳光转换成可被使用的电的原理。然而，光伏性能的表现高度依赖于其工作环境，尤其是天气因素，如温度、湿度和风速等。因此，明确这些因素对太阳能电池系统的影响是至关重要的，只有这样才能准确预测光伏性能，以实现最佳的能源生产和能源分配。
本小组项目目标是提出一个由机器学习提供辅助、从而预测太阳能电池在其工作环境中的效率的方案。项目团队建立了一个气象站来收集天气数据，并将其应用于机器学习算法模型来预测光谱。此外小组将实测光谱数据与机器学习算法模型相结合预测太阳能电池板的效率，并将预测结果与实际收集的数据进行比较，完成最终的辅助解决方案。
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