大規模倉儲AGV智慧型避障路徑規劃虛擬仿真實驗是哈爾濱工業大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：大規模倉儲AGV智慧型避障路徑規劃虛擬仿真實驗
- 課程負責人：劉宏偉
- 建設院校：哈爾濱工業大學
- 授課教師：劉劼、史先俊、聶蘭順、曲明成
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
從物聯網（IoT，Internet of Things）到萬物互聯（IoE，Internet of Everything），再到物聯網與人工智慧技術的深度融合，我們正步入智慧型萬物互聯（AIoE，AI+IoE）（AI，Artificial Intelligence）與智慧型信息物理系統（CPS, Cyber-Physical Systems）時代，所有通過網路連線的物理實體具有相互通信的能力，並且環境感知和處理能力獲得深度延展，無處不在的連線創造了前所未有的機會並賦予沉默的物理實體以聲音、決策能力和自主行為，隨著用戶數的增加，網路的價值呈現出指數增長的趨勢，人們更加關注梅特卡夫定律。智慧家居、智慧建築、智慧交通、智慧城市等技術的快速發展均得益於AI與CPS理論與技術的突破，可以說AI+CPS正在改變這個世界，而中國正在引領這種改變。
我國非常重視物聯網、人工智慧技術的發展與套用。不完全統計，2010-2019年10年間，國務院、財政部、工信部、國資委等在國家層面出台與物聯網相關的政策15項。2017年國務院印發《新一代人工智慧發展規劃》，提出：把人工智慧發展放在國家戰略層面系統布局、主動謀劃，牢牢把握人工智慧發展新階段國際競爭的戰略主動……。工信部印發《促進新一代人工智慧產業發展三年行動計畫 （2018-2020年）》，教育部印發《高等學校人工智慧創新行動計畫》。
我校計算機專業始建於1956年，是中國最早的計算機專業之一。20世紀50年代，哈爾濱工業大學就開始了人工智慧方向的研究，在人才培養和科學研究上取得了豐碩成果，培養了一大批引領人工智慧技術發展的傑出人才，2019年在國內首批設立人工智慧本科專業。我校物聯網工程專業是教育部2011年批准建設的戰略新興專業，打造了以“信息物理系統——理論與建模”“信息物理系統——技術與系統”“信息物理系統——驗證與評價”系列課程為主線的核心專業課程體系，2020年入選國家級一流專業建設點。
本項目選擇以現代大規模倉儲AGV智慧型避障路徑規劃為背景，符合“問產業需求建專業，問技術發展改內容”的新工科建設需求；以AGV智慧型避障、路徑規划算法設計與評價為核心知識點，培養學生面向產業需求，套用CPS與人工智慧知識，實現CPS典型套用場景建模，以及設計、分析、評價和最佳化智慧型套用算法的能力，符合國家對人工智慧領域人才培養的迫切需求；實驗內容貫穿了物聯網專業3門系列課程，能力導向，通過經驗、活動、情景，幫助學生建構CPS的系統化知識體系，符合建構主義認識論和學習理論，有利於提高學生學習效率與成效。
教學目標
（1） 學生完成基礎實驗應達到的知識與能力水平
a.知識水平。熟練掌握無人倉CPS系統評價指標體系及其物理含義，無人倉物理實體、場地、路徑仿真建模技術，為單體AGV配置物理運動參數以及設定雷射雷達，實現單體CPS個體對環境的感知，並設定避障策略，熟悉實驗平台的基本功能和仿真能力，掌握利用實驗平台提供的API編寫簡單的路徑規劃和避障程式，熟悉常用路徑規划算法。
b.能力水平。能夠對物聯網物理過程中的多種環境感知感測器和部件以及互動執行裝置進行抽象，使物聯網構造的物理世界在信息空間能夠充分表示，能夠對信息物理系統中重要的信息進行抽象、獲取和加工。能夠結合數據結構、集合與圖論、群組算法在信息空間對CPS物理世界的最佳化目標進行算法分析、模型設計和反饋控制驗證，能夠利用系統提供的API編寫蟻群算法、Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、Floyd算法、A*算法等路徑規划算法。
（2）學生完成高階實驗應達到的知識與能力水平
a.知識水平。熟練掌握AGV路徑規划算法的指標體系，以及算法的分析、驗證、評價方法，深入理解基於蟻群算法的離線多AGV路徑規划算法，學習兩階段路徑規划算法的基本原理。
b.能力水平。基於常用路徑規划算法的分析，在掌握不同算法優缺點的基礎上，改進並實現一階段基於蟻群算法的離線多AGV路徑規划算法，設計最佳化結合兩種方法的兩階段路徑規划算法，並能夠對算法套用的多種指標進行量化分析。
（3）學生完成創新實驗應達到的知識與能力水平
a.知識水平。學生要掌握基於套用需求特徵進行算法最佳化的思想，學會發現套用中可能影響路徑規划算法性能的因素，以及如何利用這些因素進行算法最佳化。例如透徹了解貨架與關聯商品的放置策略。
b.能力水平。能夠基於貨架與關聯商品的放置策略，最佳化兩階段路徑規划算法的性能，提高科學研究中面向套用特徵進行算法最佳化的創新能力。
