揭榜掛帥以報國，精學精工攀高峰
——記北京理工大學“飛鷹”隊
發布日期：2020-04-01 供稿：宇航學院、黨委宣傳部 吳楠、部分內容來源于“教育圓桌”微信公眾號 攝影：宇航學院
編輯：吳楠 審核：藺偉、龍騰 閱讀次數：北京時間2020年2月25日晚，作為參賽的唯一一支中國隊伍，北京理工大學“飛鷹”隊擊敗卡內基梅隆大學、賓夕法尼亞大學、佐治亞理工學院、蘇黎世聯邦理工學院、東京大學等23支國際頂級院校和研究機構參賽隊伍，繼2017年拿下“無人機移動目標偵測及自主起降”項目冠軍后，再次獲得此項冠軍！比賽得到阿聯酋國家通訊社、中央電視臺、新華社、人民日報等多家國內外知名媒體廣泛報道，引發強烈社會反響。
北京理工大學“飛鷹”隊，用實際行動詮釋了新時代北理工學子“胸懷壯志、為國爭光”“揭榜掛帥、舍我其誰”“精學精工、知行合一”“協同合作、攻堅克難”的使命擔當。
胸懷壯志、為國爭光
“由于國內疫情爆發，團隊有一半參賽人員不能及時趕回北京，關鍵崗位人員缺失。同時，因為快遞配送受到限制，在網上購置的設備也不能及時到位，這就如同上戰場沒有了‘槍’。”在出發之前，北理工宇航學院博士生導師、帶隊老師林德福的內心一直緊繃著。當時，國內疫情還處于增長期，阿聯酋國家的新冠肺炎也已有確診病例，林德福更擔心的還是隊員們的身體健康。
2月18日，林德福帶領他的“飛鷹”隊抵達大會會場，他特意咨詢大會是否對中國代表隊有特殊要求，沒想到大會技術委員會主席拉馬克教授只說了簡短幾個字“我相信中國的防控會做得很好”。這句話給隊員們吃了一劑“定心丸”，“我們一定要為祖國爭光，為北京理工大學爭光。”隊員們暗下決心。
從到達阿布扎比的那一天起，他們幾乎每天都“干”到凌晨2點。對白天的演練進行“復盤”；總結每天實驗的經驗和不足；對無人機自主的算法和策略進行不斷優化......直到大賽組委會宣布北京理工大學獲得冠軍那一刻，所有的努力都化為成功的喜悅。這一次，飛鷹隊獲得了全場唯一的滿分100分，并遠超第二名28分。
哈利法科學技術大學執行校長艾哈邁德當場稱贊說：“我認為中國在無人機領域的研究和發展水平很高，并善于將技術與實際應用領域相結合，因為我們看到這些學生的科研成果，已經運用到現實當中。”
“我來自北理工，我代表中國！”站在領獎臺上，北理工師生想把這句話告訴全世界！
揭榜掛帥、舍我其誰
習近平總書記在2016年網絡安全和信息化工作座談會上指出，可以探索搞揭榜掛帥，把需要的關鍵核心技術項目張出榜來，英雄不論出處，誰有本事誰就揭榜。對于北理工“飛鷹”隊來說，國際高水平科研賽事就是面前的這張“榜”。
“此次比賽在阿聯酋國家展覽中心舉行，場地類似一個足球場，場內空中有一架無人機拖著一個黃色小球以‘8’字形軌跡自由飛行。地面隨機放有五個兩米左右高的桿，桿上放著自由飄動的氣球，用于干擾。要求參賽無人機用最短時間自主追蹤目標機抓取黃色小球，同時刺破桿子上放置的干擾氣球。比賽著重考核了復雜背景下機器視覺、自主控制、集群協同和突防等無人智能系統前沿技術。”本次比賽技術負責人宋韜老師介紹到。
“所謂‘自主’，就是無人機從起飛到完成突防，從抓球到降落，應做到無人干預。未來，這個技術還可以應用到水上船只的無人自主起停以及無人機的空中加油等現實場景中。”林德福說。
自2019年開始備賽以來，“飛鷹”隊依托宇航學院無人自主控制研究所的相關技術積累，結合無人系統和人工智能領域發展動向，制定技術方案，凝心聚力，分秒必爭，集中攻克了無人系統結構設計、視覺識別與感知、導航制導與控制、協同分配與路徑規劃等系統模塊的技術難題，實現了對空間目標的精準識別與定位、強干擾下的無人機航跡跟蹤控制與姿態控制技術以及高動態多目標場景下的協同任務分配等技術突破。
北理工“飛鷹”隊通過精心的組織、精準的設計、精確的控制，在賽場上收獲了唯一一份滿分成績。
精學精工、知行合一
成功并不是一蹴而就的，從前期準備到后期集訓，“飛鷹”隊的隊員們用了一年多的時間。
在MBZIRC2020比賽中，光學目標識別技術由于背景復雜不均勻、空間目標尺寸小，導致識別效果受光照影響大，需要高實時性的圖像處理技術；而賽事中的跟蹤目標為非合作高動態對象，目標位置和運動方式隨機未知，因此需要對目標運動狀態進行精準預測，規劃最優航跡并約束無人機速度，以達到對目標的精準捕獲；在通信環境復雜、存在時延的情況下對多機動態信息的快速處理與共享也對多無人機協同控制技術提出較高要求，而這些技術也正是無人系統與人工智能領域前沿技術和實際應用的難題。
“在比賽中，攝像機就相當于機器的眼睛，如何讓無人機能夠可靠的‘看’與‘識’，處理視覺數據所需要機載計算機和算法的相互配合變得至關重要。如何提高算法的復雜環境適應性是我們面臨的一個重要問題，而這個問題一直延續到了比賽現場。平常訓練時，我們抓緊一切機會收集現場環境信息，并根據實際環境優化算法可靠性和快速性，一個小細節往往決定著整個系統的成敗。”負責視覺人工智能算法的博士研究生金忍回憶道。
團隊中唯一的女將、負責導航與控制的陶宏介紹，“對導航和控制來說，最大的難點應該是控制精度，因為目標無人機懸掛的黃球直徑只有13cm，且在空中做方向大小均未知的‘8’字運動。我們的任務是控制飛機快速接近跟蹤目標機并抓住黃球，另外，不能碰撞到目標，否則就要扣分，這就要求導航和控制要具有很高精度。然而新算法的研究從來都不是一帆風順的。2019年10月份出發前，我信心滿滿寫好了20多頁的試驗大綱，10月下旬我們調試成功了子系統算法，11月上旬開始單機聯調，下旬進行多機協同調試。結果到外場開始做試驗之后，我才發現問題多到來不及翻開那沓試驗大綱。一次次的嘗試，一次次的實踐后，我們終于明白‘紙上得來終覺淺’的深刻含義，只有將理論與實踐相結合，才能得出一個個經受得住實戰考驗的結果。”
協同合作、攻堅克難
北理工“飛鷹”隊的奪冠，是飛行器、計算機、視覺、導航、控制、結構、信息等學科交叉融合、碰撞思維、創新突破的一次成功案例，充分體現了北理工出色的系統工程能力。
團隊小協作促進“飛鷹”隊創造佳績，發展模式大協作是“飛鷹”隊正在書寫的大文章。科技創新不僅培養了甘于吃苦、敢于攻關的時代新人，更是作為一個關鍵點帶動了成果轉化、服務社會、國際合作等全面開花。
在人才培養方面，“飛鷹”隊以高水平國際科研競賽和國家重大需求為牽引，凝練科學問題，開展技術研究，極大促進了前沿基礎研究。探索以賽促學、以賽促教、以賽促研、以賽促合的領軍人才培養新模式新方法。2019年團隊隊員共發表SCI收錄論文20余篇，其中頂級期刊8篇。在成果轉化方面，“飛鷹”隊多項核心關鍵技術已實現成果轉化應用，服務國家重大需求，解決“卡脖子”技術瓶頸，得到行業和社會高度認可和贊譽。在服務社會方面，“飛鷹”隊緊密圍繞國家脫貧攻堅的戰略目標，研發基于無人機集群的復雜地形果林農田精準管理系統，為幫扶地區經濟轉型發展提供智力支撐。同時團隊積極開展青少年科普活動，在人大附中、北京七中、理工附中、哈爾濱三中等多所中小學開設講座和科技創新課程，培養青少年創新精神和實踐能力。
“飛鷹”隊的兩次奪冠，在阿聯酋產生了巨大影響力，為提升北京理工大學在中東地區學術聲譽搭建了平臺，為進一步深化中阿科技教育合作奠定了良好基礎。“飛鷹”隊積極響應“一帶一路”科技創新計劃賦予高等院校“走出去”開展科技文化教育交流的新使命，聯合阿聯酋哈利法科學技術大學共建智能無人系統聯合實驗室，通過高層次人才交流，促進了中阿雙邊文化互信，真正實現了將兩國教育文化交流與技術本地化相結合，有助于深化兩國合作關系，為“一帶一路”倡議提供支撐。
“道雖邇不行不至，事雖小不為不成。”未來，北理工“飛鷹”隊將繼續瞄準世界科技前沿和國家重大需求，胸懷壯志，做立志立德的追夢者；明德精工，做追求極致的奮斗者；創新包容，做視野寬廣的開拓者；時代擔當，做愛國奉獻的踐行者！
