虚拟仿真实验基地建设方案

2025-04-15 泰迪智能科技 4
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第1部分背景与概述

1.1建设背景

常规实验室已无法满足众多安全与应急特色实验要求,迫切需要一种新型态的实验方式。虚拟仿真就是其中效果好,成本相对低廉,且落地成效快的特点。

1.2建设必要性

建设虚拟仿真实训基地具有如下必要性:

(1)创造实训环境

(2)节省时间和成本

(3)增加安全可靠性

(4)考评结合、提升教学效果

1.3建设目标

(1)树立新型安全应急虚拟仿真实验基地标杆

(2)建设服务全校的安全应急教育基地

(3)推进安全应急学科发展,探索新型教学手段

1.4总体框架

整体虚拟仿真实验基地建设以虚拟仿真场景为核心,资源库、软件平台、硬件设备为支撑,具体架构下图所示。

1整体架构.png

第2部分

虚拟仿真实验基地建设为满足高校专业教学要求和专业发展的需求,泰迪科技为院校提供虚拟仿真实验基地建设服务。通过泰迪自身科技优势和多年服务院校的专业技术优势,建设包括虚拟仿真场景化教学工具、教学实验软件平台、实验支撑硬件设备、项目案例资源于一体的实践教学基地,该基地可充分发挥校企双方资源、人才和技术优势,为教学、科研、生产提供基础教学实验环境,从而促进产、学、研的全面落实,为高校专业建设奠定牢固的基础。

2.1安全与应急虚拟仿真场景

2.1.1自然灾害:地震数据分析展示与预报虚拟仿真

该虚拟仿真沙盘数据主要来源中国地震台网及地方公开地震网。组成包括:大数据采集平台、Python编程实验平台、大数据分析与挖掘平台、大数据分析可视化平台、硬件、教学资源六部分组成。地震数据分析与预报虚拟仿真沙盘如下图表所示。

2地震数据可视化展示.png

2.1.2自然灾害:地震应急救援仿生机器人应用仿真

地震应急救援仿生机器人应用仿真是一款构建于地震废墟模拟场景,以仿生类智能多足机器人和智能串联机器人为移动救援载体的虚拟仿真沙盘。在地震灾后由于建筑物倒塌、道路破坏严重和通信设施物理损坏等情况下,救援人员无法第一时间到达开展救援工作,而地震应急救援作为防震救灾的一个重要环节,对于减轻地震灾害损失有重大作用,对应急救援工作开展验证性工作。地震应急救援仿生机器人应用虚拟仿真沙盘应用而生,具备四个应急救援功能:

1.实时灾情图传——智能串联机器人&智能多足机器人;

2.狭窄通道探测与牵引——智能串联机器人;

3.灾后环境检测(气体检测)——智能多足机器人;

4.生物识别——智能多足机器人,通过智能摄像头识别出沙盘中的模拟生物。

该虚拟仿真沙盘组成由机器人、场景、教学资源三部分组成,如下图表所示。

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2.1.4公共卫生:疫情期间智能交通车辆自动驾驶仿真

疫情期间智能交通车辆自动驾驶仿真是一款设计模拟在新冠疫情下城市智能交通车辆自动行驶的虚拟仿真沙盘。在新冠病毒疫情的爆发,让整个社会进入了隔离状态,不能外出自然给人们的生活带来了巨大的不便,在减少人员接触的努力中,智能交通车辆自动驾驶技术在其中大放光彩,服务于受疫情影响严重地区协助运送医疗用品,为医护工作者运送食物,对街道等进行消毒。功能主要包括远程控制、自主避障,目标跟踪,自动驾驶,手势识别五项功能。可支撑学校在计算机视觉、机器学习等教学实验任务。

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2.1.5公共卫生:智能复合机器人处置疫情仿真

智能复合机器人处理仿真是一款复合型服务机器人虚拟仿真教学沙盘。设计用于疫情期间减少接触,可模拟在疫情严重区域协助医疗人员开展工作,功能包括三维视觉、定位导航、动态目标跟随、物品检测与抓取、人脸识别和语音识别,可支持学校在大数据、人工智能、机器人系统操作等教学任务。

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2.2通用虚拟仿真场景

2.2.1智能制造:智能视觉分拣虚拟仿真系统

智能视觉分拣虚拟仿真系统是一款通过计算机视觉技术实现无序物料抓取的虚拟仿真系统。主要解决传统教学中抽象化教学、师生互动少、学生实践弱等问题,用于计算机视觉、算法编写验证等教学,提升学生动手实践能力,达到学生能力与企业需求适配的。

9实验装置的结构布局.png

2.2.2电商零售:新零售智能售卖虚拟仿真系统

新零售智能售卖虚拟仿真系统基于真实的自动售货机场景,通过构建售货项目的全流程,实现从售货数据采集-数据采集-数据分析-数据可视化全流程项目的应用和教学,解决高校教学无真实企业项目实践支撑的问题,通过系统的虚拟仿真,可以为学生了解真实项目解决流程,磨练学生的技能,锻炼学生解决问题的能力提供实践环境。

10自动售货机沙盘实验装置.png

2.2.3电力测量:电力智能分项计量虚拟仿真系统

电力智能分项计量虚拟仿真系统主要是利用家庭、办公、教学等常规用电场所的电力回路,针对整个电力回路进行用电数据的高频采集和分析,结合数学建模方法和深度学习、人工智能算法,实现对电力回路上的用电设备识别和分项计量。通过系统的教学应用,解决高校对所教学所需的设施和教学资源缺乏、授课方式单一导致学生理解浅、知识消化慢、实践环节弱等问题。

11可视化大屏展示效果.png

2.3软件平台支撑

2.3.1数据采集支撑

数据采集支撑平台主要组成部分是大数据采集平台。是将网页数据转化为本地数据的数据采集平台。通过该平台,能够实现精准、高效、大规模的数据采集。能够进行教学研究所需网络数据采集,辅助前瞻性研究。

14采集平台.png

2.3.2数据分析支撑

数据分析支撑核心依靠大数据挖掘建模平台。大数据挖掘建模平台是面向我校大数据相关专业课程教学与实验的工具。平台通过拖的方式进行操作,能够快速熟悉分类、回归、聚类、时序、关联规则等领域的流程,以及各个算法的输入、输出、参数等内容;同时通过查看代码与修改源码实现对代码的熟悉,由浅入深,环环相扣。不仅能够帮助学生快速建立工程化思维,了解不同大数据挖掘建模流程;还能够帮助老师减少算法课程备课成本,能够使用平台现有的功能组件实现相关算法的授课;还能够帮助我校其他专业更好理解大数据挖掘建模的相关内容。

15大数据分析与挖掘平台.png

2.3.3AI科研算力支撑平台

AI科研算力支撑拥有软硬件2部分,分别为人工智能算法研究提供了算力支持,和环境支持。

2.4硬件支撑

2.4.1容器平台服务器

2.4.2应用服务器

应用平台服务器主要用于搭建大数据分析与挖掘平台、大数据分析可视化平台、大数据整合平台、大数据采集平台等。

2.4.3服务器机柜

服务器机柜是用于存放计算机和相关控制设备的专业设备,可以提供对存放设备的保护,屏蔽电磁干扰,有序、整齐地排列设备,方便以后维护设备。机柜可以存放服务器、网络交换机、控制台等。

2.5项目案例资源库

2.5.1虚拟仿真课程资源

2.5.2虚拟仿真案例资源

2.5.3通用案例资源

1.【案例】航空公司客户价值分析

2.【案例】大数据法律服务智能推荐

3.【案例】水产养殖水质智能识别

第3部分项目承载优势

3.1深厚的产业背景,领先的行业应用解决能力

3.2完善的产品体系,全面助力数据智能人才培养

3.3突破实验室合作,打造立体、可持续合作生态

第4部分项目实施案例

4.1中南财经政法大学-基于股票大数据的统计分析虚拟仿真实验系统

本项目通过仿真环境的搭建,业务数据的共享,模块化的组件设计,为学生提供应用机器学习、深度学习等方法分析股票等金融和工业大数据,实现数据统计分析的透明化工程化与个性化。针对不同基础的学生采取个性化培养模式,对编程基础般的学生,可通过工程化组件配置数据分析过程;对编程水平较好的学生,可通过Python脚本和个人组件编程进行探究式学习,培养学生的创新性和批判性思维能力。

4.2武汉理工大学-基于新媒体数据分析的商业洞察虚拟仿真实验系统

该虚拟仿真实验平台主要分为知识点学习、案例演习、实战训练、习题考核四个模块,橫向上形成学、练、战、考的递进训练,纵向上根据"明确问题、采集数据、分析问题和解决问题的逻辑,形成—个有机整体,学习者首先明确商业洞察问题,以此为商业逻辑拆解明确所需要采集的新媟体数据,进而通过数据分析观察商业项目中相关要素数据的关联作用,进而调整商业要素参数,观察数值变化对于其他商业目标要素变量的影响,从而优化商业项目的策略方案。


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