铁道卫士，深度巡检——北京航空航天大学“铁道检查”队

参赛单位：北京航空航天大学

参赛队伍：铁道检查队

参赛作品：《基于深度学习的嵌入式铁轨扣件缺陷识别》

作者姓名：陈超

获奖等级：第十五届研电赛技术类竞赛全国一等奖、TOP10获奖队、华为专项奖一等奖

铁道卫士，深度巡检
科研的道路不是一帆风顺的，在达到目标之前，你永远不知道自己走的路是否正确。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我们是来自北京航空航天大学电子信息工程学院的铁道巡检队。队如其名，我们的参赛项目是基于铁轨扣件缺陷识别的新算法研究及其嵌入式实现。

我们创新性的将近年来如火如荼的深度学习算法应用于铁轨扣件的缺陷检测，并更进一步将算法以嵌入式的方式部署在Xilinx的ZCU104开发板上，最终获得了第十五届研电赛的TOP10以及华为专项赛的前十名。

作品实现过程
从问题分析、方案选取、算法软件设计到硬件实现，一个复杂的系统离不开团队的分工合作和交流讨论，也离不开有效实际的领导。作为队长，需要承担更多的责任，也能收获更多的经验。对整个系统深入的了解是明确分工的基础，明确的分工才能让团队高效的运作。

创意有你，未来可期。创新创意是研电赛的主题，也是科研中不可或缺的品质。创新不是凭空创造，而是建立在无数积累之上的厚积薄发。我们的团队脚踏实地、不骄不躁，从最基础的知识学起，一步一步完成最终的目标。深度学习对我们来说是一个全新的领域，我们从最基础的感知机和神经网络学起，逐渐扩充自己的知识。学习率、损失函数、前向传播、反向传播、过拟合、层模型、计算图……一个一个的新名词被我们消化吸收。

理论是坚实的基础，但是光有理论没有实现就是科研上的半吊子。从理论到实现，从来不是一件简单的事。如何将算法以软件的形式实现，需要考虑多方面的因素来确定高效可行的方案，也需要大量的阅读技术文档来将方案落到实处。同时，严谨认真、一丝不苟的态度才能使最终的工程经得起检验。

在算法上，我们经过大量的调研和算法复现，通过对比分析选择了最适合问题的模型并针对性的进行调优；在软件实现上，我们考虑了效率、后续工作可行性、扩展性、可移植性等多种因素，决定了使用tensorflow+opencv的方案；在硬件选择上，我们考虑了功耗、计算效率、实际工程需求，决定使用soc系统；在算法的硬件部署方案上，我们参阅了相关的技术文档，决定使用嵌入式的方式实现深度学习算法在FPGA上的部署。

实现作品的过程是困难的，在困难中磨练了我们的意志，提升了我们的工程和科研能力。最终能将作品完成并实现预期的技术指标，可能就是科研的一大乐趣所在。

参赛经历
2020上半年对我们的队员来说是非常充实的半年，考研复试、毕业设计和研电赛三座大山横在眼前等候我们去攀登。联系了同一个导师的我们三人从导师那听说了研电赛的事，于是一拍即合，决定在研究生入学前做点有意义的事。当其他同学还在毕业旅行时，我们开始着手研电赛的参赛准备。

一曲肝肠断，天涯何处觅知音。由于疫情的原因，大家都在自己家中隔离，只能通过电话、视频联系，但这丝毫没有浇灭我们的热情。经过简单的讨论，我们对彼此擅长的领域有了初步的了解，便着手查阅资料补充知识。经过一段时间的知识积累和方案讨论，我们首先确定了研究的目的和技术路线。

此时距离比赛开始只有一个月的时间了，我们加班加点，克服了重重的困难，但截至初赛提交作品前，我们最后的硬件部署还没有调试成功。我们一边忙着初赛，一遍抓紧时间调试，终于在决赛前调试成功。

决赛地点在南京信息工程大学，由于疫情，每队只能有最多两名学生到现场参加决赛，考虑到地理位置，由离南京近的我和另一位队员赶赴现场，虽然不能全员到场有些遗憾，但比赛还是给我们带来了很多的收获。

决赛的日程安排紧张却也充实，有时候一天就要进行两次答辩，中间还有专家进行实物检查和现场点评。在比赛过程中我们认识到自己的不足，锻炼了展示的能力，最终收获了满意的结果。在和其他优秀队伍的比拼中，我们见识了来自各个大学各个专业各个领域各种各样的参赛作品和科研成果，开拓了眼界，也对创新有了更深的理解。

参赛经验分享
在本次研电赛中，我们的队伍有幸获得了技术赛top10，比赛后我们总结了一些比赛的经验，希望能对之后参赛的同学们有一些启发：

1.选题：要选取有实际应用价值，对国家和社会有重大意义的题目，并且能体现创新性。研究生的竞赛与本科生不同，老师更倾向于科研性强、社会意义重大的作品。

2.方法：选用新的技术和理论，避免千篇一律的方法，同时对多种可行的方案进行对比分析，保证技术路线的可行性、优越性和创新性。

3.结果：一定要有精确、量化的实验结果，不能仅仅对作品做定性的介绍。对实验结果要使用适当的理论进行分析，最终要能显示出技术优势。

4.展示：对于作品的讲解要有严密的逻辑，多用示意图、表格、统计曲线的方式，避免大段的文字说明。这样才能保证答辩老师快速的了解作品，同时对于老师的提问能做到有理有据、逻辑严密的回答。

参赛感想
距离研电赛已经过去半年了，在过去的一个学期，我们队伍的三名成员已经逐渐步入了研究生的科研和学习生活中。研电赛的宝贵经验，给我们的研究生生活开了一个好头，也让我们对研究领域有更加具体的了解。在我们今后的科研生涯中，对自己的研究方向有更明确的目标。

在此，我们要感谢研电赛的主办方和南京信息工程大学，提供了研电赛这样一个平台让我们能和其他队伍交流经验、互相学习、互相促进。比赛中的文艺表演也让人印象深刻。要感谢我们的指导老师，给我们的作品提了很多建议，在我们遭遇挫折的时候鼓励我们，给我们信心。