成果展示

物聯網


第一名

聲紋控物

聲紋制物


在當前 5G 時代的來臨和物聯網技術快速發展的時代背景下,物聯網設備權限管理方式卻還停留在傳統的模式。我們的研究將通過聲紋辨識的方式來管理物聯網設備的權限,以降低物聯網設備管理成本,降低物聯網設備硬件要求,為物聯網產業發展與推廣助力。此系統通過在有一定運算能力和硬件基礎的終端設備上安裝客戶端應用程式採集使用者輸入的音頻信息,並將聲音信息同時交由音頻識別與聲音密碼生成的程式處理。再通過網絡傳輸生成的驗證文字與對應的聲音密碼給比對服務器進行比對,比對服務器則會存取數據庫並使用比對演算法確認使用者的身份後回傳比對結果和使用者的姓名信息等權限資料給終端設備,終端設備再根據比對服務器發送的信息給當前使用者分配權限。而後使用者則可對終端設備下達命令,使其執行一定功能或令其發送請求給其管理的弱運算能力或硬件基礎不足的物聯網設備。期間終端設備將以語音的形式與使用者持續溝通,反饋驗證成功/失敗等操作信息,以此達成對物聯網設備的權限管理的目的。 目前 5G 網絡技術的發展與 4G 網絡的全面覆蓋為物聯網產業打下了結實的技術基礎,但是目前的物聯網設備與使用者的交互方式都還停留在傳統的交互方式上面,通過智能手機輔助交互或物聯網設備強行安插顯示屏都是破壞使用者體驗和增加物聯網設備使用成本的行為。語音控制雖然可以解決這個問題,但是單純的語音控制無法對使用者的身份進行校驗,導致物聯網設備沒辦法辨識使用者的身份,容易造成物聯網設備管理上的問題。而目前市面上基於深度學習進行的聲紋辨識系統架設成本高、技術發展不成熟、對物聯網設備硬件要求門檻高和認證延時大也成為限制物聯網設備與語音交互相結合的問題。而我們此次研究結合了聲音的語音識別與基於分散式資訊系統的說話人確認演算法為物聯網設備量身定制了一套低硬件門檻、低架設成本、低網絡需求、快速響應、可商業化的權限管理系統。這個系統可以應用於各個領域的物聯網設備,使用者通過聲音 進行身份認證,使用者說出自己設定的“通關密語”,就可使得物聯網設備認得使用者身份,可以在同一設備下給予不同使用者不同的權限等級,也可 限定物聯網設備使用者的身份,真正有效的降低了物聯網設備的管理成本, 為物聯網產業的發展提供了強有力的技術支持。

第二名

基於影像辨識之AI行動商店服務

熊貓睏寶


本系統結合行動機器人、影像辨識與數據分析技術,研發一套基於影像辨識之AI行動商店服務,主要涵蓋四項技術:1)使用者APP, 2) 商品影像辨識, 3)最佳化路徑排程, 4) 商品數據分析及推薦。使用者APP透過簡潔的介面,與便利的操作性,提供使用者良好的APP購物體驗,購物車方面也可以直接修改需求數量,總金額及商品小計都會進行即時的計算,讓使用者更快能得知金額,並成立訂單。商品影像辨識方面,我們則採用YOLOv3引擎來建構商品辨識模型,再以此模型進行動態商品辨識,讓系統主動偵測消費者所拿取之訂單商品。最佳化動態路徑規劃方面,為使機器人執行交易更加有效率,並且減少移動成本及解決推銷員問題(Salesman Problem),我們的演算法依照最小權重尋訪鄰點,隨著點數增加,能有效降低路徑運算時間,實現及時回覆。商品數據分析及推薦方面,本系統透過大數據分析,並結合個人過去歷史資訊,包含:人、事、時、地、物等相關特徵進行機器學習,以達到推薦目的。本系統雖以智慧商店為主軸,卻亦能提供公司、機關、學校及醫院等單位之物品、公文及郵件等配送運輸,透過App選購或指定派送位置,動態路徑規劃,以計算多點多目標之最佳路徑,大幅節省人力運送的成本及時間。

又快又準的魚蝦苗計數

蝦米?已經算好了


作品設計目的: 本作品設計的目的在於解決現有蝦苗以人工計數不但費時費力又不精確的問題。蝦苗購買量關係到後續養殖投料量與水電成本之管控,但業者購買之蝦苗數量一次可能高達數萬尾,因此如何準確計算出貨數量,養殖業者如何抽驗進貨量是否正確,是亟待解決的問題。 作品4大特色: 1. 減少人工計算成本與降低數量誤差率。 2. 利用影像辨識方法,可自動且準確計算數量。 3. 採用類似滑水道設計模式,降低抽驗過程對蝦苗造成的傷害。 4. 免除進貨後須採用人工隨機抽驗數量的麻煩。 具體做法與流程: 1. 透過『YOLOv4』進行蝦苗即時辨識。 2. 以魚蝦苗移動的距離來對魚蝦苗進行計數條件設置並進行計數。 預期成果: 1. 提出一套智慧型蝦苗自動計數系統。 2. 每隻蝦苗可在5ms完成辨識。 3. 本系統準確率可達97%以上。 4. 本系統經調整後、可適用於不同魚苗之計算,產品具有廣泛應用價值。 本作品實際應用價值:由於現在大多採用人工計數,因此誤差率極高,具合作魚塭了解至少也有一成之損失,然而每一季的購買量若是30萬尾蝦苗的話,其損失便是3萬尾。雖然3萬尾換算成蝦苗的價格也許並沒有很貴,但若是2~3個月後呢?蝦苗若成長成白蝦,其單價幾乎翻倍至每尾4.5元新台幣,那損失3萬尾則是少賺了13萬以上的營收,因此掌握購買蝦苗數量在水產養殖業的經濟戰略上將是非常重要的一環。然而不僅如此,因為若能掌握蝦苗的數量便能夠掌握後續飼料餵食投餌的量,並減少水電成本的損失。假設我們今天因為數量資訊錯誤,那投餌過多,將導致飼料成本之浪費與水質汙染之可能性,水質若是汙染或者中毒,則必須長期汰換大量的魚塭水,否則將有可能造成整池的魚蝦苗死亡,因此水電成本也會跟著飆高。若是投餌過少,雖然蝦苗未必會死亡,但是會因為吃不飽導致其成長速度與品質都會大幅降低。由於白蝦存活力本身就很低,因此無論是掌握魚蝦苗數量、飼料餵食又或者水質保護的部分都是環環相扣的體系,在水產養殖中,若要有好產量與低損失就必須先做好源頭,才能降低過多的成本損耗與水質汙染之可能性。 本作品未來展望:本作品未來希望能夠加入餵食最佳化與水質最佳化控制來完善智慧型魚塭的第二步架構,希望透過掌握數量到控制餵食量,並以水質感測設備來24小時監控魚塭之變化,並給予相對應的即時調控,以避免等到汙染大量擴散後而措手不及。

第三名

智慧教室AIoT

智慧教室AIoT


本計畫使用基於樹莓派以及Matlab/Simulink建置應用教室的物聯網系統,透過樹莓派搭配攝像頭以及Sense Hat作為物聯網感測端,來監測教室的溫溼度以及影像,並將這些數據處理後上傳至雲端平台ThingSpeak,再以這些數據應用於智慧教室。 首先,溫溼度數據應用於控制教室設備,透過NodeMCU接收雲端平台的溫度以及教室活動指數等數據來控制教室空調,如此能夠依據每間教室實際溫度來控制空調,除了達到節能的目的也讓教室設備更加人性化;而影像的部分傳送到Matlab做運算後,計算出面向黑板的人數、教室活動指數以及姿勢辨識,再將數據上傳至雲端平台,來輔助教師記錄上課相關數據。 另外,本作品備有智慧鏡作為智慧教室的資訊看板,本作品在智慧鏡上顯示當前課程資訊以及當天課表資訊,相較於傳統課表使用者可輕易的獲得課程資訊,並於當天課表裡的每一個課程皆備有預約助教的QR code,使用者可使用本作品的APP掃描愈預約課程的QR code來預約助教輔導,此外教室空調運作的狀態、教室內活動指數、當前時間以及當前天氣狀況數等數據皆於智慧鏡上顯示,如此管理者可不須走進教室確認空調運作狀態,使用者也能先透過智慧鏡提前知曉室外的天氣狀態,以利即將出去室外的使用者提前作準備。 本作品也備有專屬APP做為使用者與智慧教室溝通的介面。學生可透過APP掃描智慧鏡上的QR code來預約助教課輔以及查詢預約紀錄,另外本APP具有課堂意見回饋功能,學生可透過APP將課堂意見匿名回饋給教師,而教師可於此APP瀏覽學生對於課堂的意見,另外也可於此APP瀏覽雲端平台ThingSpeak上關於智慧教室的數據,包括上課情形相關紀錄、室內溫溼度以及空調設備狀態等,透過APP即可掌握智慧教室相關數據,助教端的部分則是可於此APP查看學生預約助教輔導的紀錄以及預約時段,助教可以透過此預約時段分配為每位學生解惑的時間。

物聯網機電整合產線影像識別

黑色公事包


近年來,智慧互聯基本上是實施智慧製造最重要議題之一。然而,當前的解決方案未完全滿足交聯網應對不同型態設備、快速配置及線上服務等智能互連,包含電氣交直流馬達控制、電磁開關趨動、氣壓控制以及相關各式感測器等元件之整合。對於實質工業界的使用目前國內中小企業尚未有明確企業已全面推展開發,基於PLC可程式設計程式製式化設計以及連結雲端監控之物聯網高端技術受限所致。 本實驗機台以仿製工業界生產線製程所建構的可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)為基礎,以機電整合技術來控制產線的氣壓與電氣訊號驅動旋轉或龍門爪與輸送帶等各項元件以完成製程中的運輸與加工部分;並於生產線終端來建置四維度的DOBOT機械手臂進行加工物料的出料夾取工作;機台上安裝了三個樹莓派(Raspberry pi)進行串流影像、人臉辨識及顏色識別處理,工廠製程期間將全程開啟聯發科的物聯網雲端網站(MediaTek Cloud Sandbox,MCS),藉由LinkIt7697的雙核心晶片與Wi-Fi網路將機台上預先安裝的各個紅外線感測與磁性感測、DOBOT機械手臂的夾爪壓力大小以及樹莓派人臉辨識之人臉數目與顏色辨別等數值回傳至我們物聯網雲端監控平台的監控視窗上,另外還有樹莓派的串流監控影像,開啟後電腦螢幕將輸出產線的串流影像畫面並抓取人臉,令操作人員能在突發狀況時第一時間作出反應。

智慧園藝光週期室內造景

一枝獨秀


現代社會步調緊湊,工作與生活壓力大,如何適度的放鬆,成為國人健康的重要依據與未來趨勢。研究指出,多與綠色植物接觸,可有效紓展眼睛與精神上的壓力,因此本作品以室內景觀植栽為主體,設計一套延長植物生長周期的系統。讓使用者在無意間提高與綠色植物與花卉接觸的時間,達到無時無刻皆可放鬆的效果。 植物的生長深受環境條件影響,其五大生長因素分別為光線、溫度、水、空氣及土壤,因此本競賽內容希望結合環境感知技術、自動控制系統及智慧型遠端控制,讓人們不僅能利用遠端設備隨時監控園藝環境,還能保持植物環境上的最佳化,建造節省人力的智慧化園藝系統,不僅能降低照顧者的負擔,也能突破土地上的限制,在室內有限的空間下,充分利用耕種面積,提升整體產量、精確度與栽植效率,讓台灣園藝能持續朝向高品質、高產量,並同時實現綠色能源的永續發展。 本作品目的為延長花期,將包含多組前端感測、控制系統、MQTT協定伺服器以及MySQL資料庫,透過前端感測網絡收集環境數據,並利用WiFi上傳至伺服器進行分析,傳送至網頁監測視窗與本地資料庫進行儲存 監督模式下系統會採集環境土壤濕度、空氣溫濕度、氧氣、光線照度、植物即時影像之環境數據,感測資料由樹莓派進行分析後分別針對環境濕度、光源、空氣對流進行自動化控制。使植栽維持最佳化生長狀態。 切換觀賞狀態後,此狀態下針對LED RGB全彩燈光與對流風扇進行跑馬燈之燈光效果呈現。使用者可以透過對LED控制來結合花卉本身繽紛色彩與花香來達到令人賞心悅目之效果。

佳 作

智慧居家照護輔助系統

居家輔助幫手

台灣現在屬於高齡化社會,且大多數人都忙於工作而沒空檢查自己的身體狀況,若能透過智慧機器人作為替代,將能有效解決上述問題,且機器人能真正提供24小時的服務。隨著智慧居家裝置(機器人)與人工智慧(AI)應用的興起,智慧機器人也慢慢的開始成為一般家庭可負擔的選項,相較於手機一對一的機制,智慧機器人具有一對多服務優勢、自動移動位置以及具有與住宅管理整合的能力,本系統以此為基礎在智慧機器人上開發與居家生醫感測裝置整合的物聯網相關應用。我們提出「智慧居家照護輔助系統」,透過醫療輔助盒進行各項簡易的身體健康檢測,並將收集之數據透過MQTT協定作為傳輸方式儲存在雲端資料庫並且進行分析,分析完畢後再將結果轉成指令並傳回給智慧機器人,之後再由智慧機器人根據指令向使用者提出適宜的改善建議,除了能定期檢查自己的身體狀況,長期測量的數據也助於就醫時醫護人員更加精確的研判問題。此外,使用者可以隨時向智慧機器人詢問跟心率、血壓及血氧相關疾病的介紹及種類,或是詢問改善相對應疾病的方法,使用者也能在測量之後開啟網頁或是手機App去查詢自己健康數值的歷史紀錄,以便於自我管理作息。本系統的目的是希望使用者可以自行在居家中進行測量,並且及時的發現自身健康數值的異常,藉此改善使用者的健康狀態,達到疾病的預防與促進健康,與此同時還可達到減少不必要的醫療資源浪費。

Drone Memory

撒挖低咖

本團隊主要是想透過智慧箱結合空拍機來達到自動化的租借流程,在各景點設立據點,讓消費者到景點觀光的同時,可以透過我們的APP來使用空拍機,不但可以獲得較佳的取景畫面,還能夠擁有操控空拍機的獨特體驗,留下美好回憶。從用戶的方向出發,我們在最新消息提供當天天氣做飛行參考,如果天氣惡劣,會提前公告並且停止當天的租借。為了保障用戶的優質體驗,APP有提前預約的功能,可以先選擇用戶想要的日期、時間、地點並選擇方案。在當天天氣受到影響停飛的狀況下,會進行退款的動作。為了讓使用者選擇適合自己的方案,我們提供詳細的介紹,有該方案的實際飛行影片、地圖、使用空拍機拍出來的照片,供用戶參考。不同的方案提供不同的停留地點數量、時間、價格,讓用戶有更多的選擇空間,而每一個停留的拍照點都是經過我們事先挑選出來,有很好的取景畫面。在選擇好方案並付款後,用戶可以觀看空拍機的圖文使用教學,更快的上手空拍機的使用。在空拍機飛行的過程中,用戶都可以在我們設定好的路線上自由調整空拍機位置、飛行高度以及鏡頭俯仰軸,同時到了特定的地點有導覽的介紹,會顯示該處的照片和相關說明資訊,讓用戶更瞭解該景點的文化背景。用戶也可以使用實時畫面的功能,看到空拍機當下的畫面,能夠有更好的取景。當結束使用空拍機以後,用戶可以在相簿頁面查看飛行過程中所拍攝的照片及影片,並當場從中選取想要的照片、影片下載到自己的手機中。

具智慧網功能之光伏故障監控系統

陽光普照

因台灣火力發電及人口密集機車族眾多,使得灰塵容易沉積降低太陽能發電效率。本系統裝設高壓噴嘴頭來清洗太陽能板,以取代傳統採固定時間清洗的方式。供水來源為獨立蓄水池,利用雨水收集器儲存雨水,而為了確保蓄水池供水穩定,亦裝設水位感測器,當水位低於水箱一半水位時,開啟自來水閘補充不足水量。除了能夠遠端操控清洗太陽能板,本研究以PLC整合資料接收與發送為媒介,透過PLC控制器結合人機介面,以更加操作人性化且直觀的方式觀察發電量、日照量、大氣與電氣訊號等,以利維運人員快速瀏覽即時數據及歷史紀錄,並將人機介面導入手機APP遠端操控瀏覽,對於大型或偏遠地區的太陽能發電廠,手機APP遠端操作可省去到現場的時間。本研究所開發的系統更進一步建立了LabVIEW圖控程式,包含收集的太陽能發電廠感測器元件的數據,透過Ethernet TCP/IP協定傳至系統電腦演算加以判斷,最後以Line Notify發送故障訊息。研究實測結果顯示,所開發太陽能故障診系統能有效將太陽能板過熱、汙損、二極體故障等故障訊號,自動將訊息傳送至手機告知運維人員,立即做出因應保護措施,達到即早發現與維修,進而使整體系統運轉更加安全穩定。本系統是以水位感測器、溫度感測器、功率表對設備進行故障檢測,由PLC進行運算及執行,透過RS-485(MOBUS協定)傳輸到人機平台端,並以人機繪圖軟體(WindOI-NV4)所繪製的面板作即時監控,最後則使用手機和電腦連線至人機系統進行監控。如圖1所示為整體系統架構,主要分為三大主軸:太陽能模擬與PLC程式(A)、電器訊號傳輸與LabVIEW人機介面 (B)、互聯網遠端監控(C)。

跨域整合特別獎

明鏡照形

明鏡照形


愛美是人的天性,化妝不僅可修飾面容提升自信心,也可在工作場合中表現基本禮儀。然而,每個場合適宜的妝容皆不相同,例如:於職場上,會以淡妝表現專業俐落的形象,而在派對上則能以較濃豔的妝容呈現個人特色。因此,人們必須了解各場合所需的妝容風格,避免留下負面的印象。此外,人們常藉由觀看化妝教學影片學習不同妝容的上妝技巧,但一昧地模仿他人的妝容,可能忽略自身與教學者膚色不同的問題,容易造成妝容不對稱或是妝感不自然,失去了化妝的修飾效果。基於上述原因,本團隊希望打造可以讓使用者進行妝容風格轉換的系統。因此,利用GAN將不同妝容風格套用於使用者的臉部影像,並參考市面上流行的智慧鏡,利用雙面鏡的透光性質,將螢幕顯示器嵌入於雙面鏡中,讓使用者在照鏡子時,能同時觀看模擬的妝容,方便使用者做對照,畫出較自然的妝感。此外,為了幫助使用者管理化妝品,本系統將紀錄化妝品的相關資訊,以建立化妝品清單,避免使用者購買相同類型的產品,以減少不必要的支出,並在鏡子周圍裝設LED燈,讓其根據環境光線自動調整燈光的狀態,藉以幫助使用者能更清楚查看臉部細節,以描繪出更精緻的妝容。為此,本團隊開發出「明鏡照形」系統,希望能,希望能在日常生活中協助民眾整理儀容。