小学生设计AI交通灯 读懂长者心 延长绿灯时间|星岛教室

更新时间:17:00 2025-06-19 HKT
发布时间:17:00 2025-06-19 HKT

「擦一擦神灯,精灵就能实现你的愿望。」这句童话对白,如今在香港街头正以STEAM形式上演——只不过「神灯」换成了交通灯,「精灵」则是内置AI视觉的HuskyLens与Micro:bit微型电脑。当长者举起乐悠卡,交通灯便自动延长绿灯时间,仿佛读懂他们「想要更多时间横过马路」的心愿。这不只是科幻情节,更是本校六年级学生在跨课程专题中,结合编程、AI与社会关怀的实作成果!

AI交通灯|「过目不忘」HuskyLens

试用30秒记住10件物品,然后闭眼回忆。人类平均能记住4至7件物品,但HuskyLens这个AI镜头只要「看」一次,就能永远记住200件物品的特征!这就是机器学习的「过目不忘」超能力。

当AI镜头遇见乐悠卡……

香港街头的交通灯系统正在悄悄变聪明!香港运输署使用RFID无线晶片技术,让长者用乐悠卡触发延长绿灯时间。但你知道吗?蒙黄花沃纪念小学(下称「蒙小」)有一群小学生用更酷的AI视觉技术,竟能达成相同效果!

这群小学生如何配合AI,做到延长绿灯时间的效果呢?原来秘密在于同学们事先以不同角度拍摄自制乐悠卡相片,使AI能全方位多角度认识该乐悠卡。这些照片经过特殊训练,让AI建立专属的「卡片资料库」,然后透过Micro:bit编程来设计智能交通灯系统。

智能交通灯系统的设计理念源于蒙小学生发现长者行动不便,加上交通灯时间不足,导致他们经常不够时间横过马路,故此同学们希望设计模型来尝试帮助长者解决横过马路的问题。编程完成后,同学们运用自制的乐悠卡进行测试,他们模拟长者举起乐悠卡,放在HuskyLens的AI镜头下进行扫描。

这台设备像超级放大镜,能将卡片的影像分解成数百个特征点:例如卡片的边缘线条有多长、绿色区域在画面中的分布位置,甚至会分析光线明暗变化。就像我们用「找不同」游戏训练眼力,AI也在学习辨识卡片的独特标记。只要即时画面与资料库的相似度超过90%,就像考试拿到A+的成绩,系统就会自动向交通灯发出「延长绿灯时间」的指令。

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AI交通灯|IT小教室:AI如何「看」世界?

首先,AI会对图片进行像素分解,把图像分割成1024个小方格。然后AI会进行特征提取,测量每个方格的RGB三原色数值。接着,会进行模式比对,运用KNN算法(最近邻居法)找出相似特征。最后,当匹配度大于90%时,便触发指令。

AI交通灯|延长绿灯的「时间魔法」

当交通灯系统扫描乐悠卡后,便会发出「延长绿灯时间」的指令。可是,如何设定延长多少时间才叫合适呢?学生运用速率计算,设计出完美延长时间。

同学们的秘密公式,在于考量长者步行速度与马路阔度。经观察后,长者的步速约为每秒0.5米,同学们便运用以下公式,先计算长者利用上述步速,需要多少时间才能横过一条10米阔的马路。透过在数学堂所学的速率公式:时间=路程÷速率,便可以得出,长者横过10米阔马路的需时:10÷0.5=20(秒)。

另外,考虑到不同长者的步速及起步反应时间均存在差异,又或可能发生一些突发状况,例如掉落物品等原因后,决定将实际需要横过马路的时间,乘以一个安全系数,以设定绿灯需要延长的时间:延长时间=(马路阔度÷长者步速)×安全系数。举例︰10米阔的马路需时:(10÷0.5)×1.5=30(秒)。这里的1.5倍安全系数就像「隐形护盾」,确保长者即使行走得较慢,或者发生突发情况,也能安全通过。

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AI交通灯|「计次数」防滥用机制

在设计AI交通灯系统时,蒙小学生发现有个潜在问题:若长者反复扫描乐悠卡使绿灯时间延长时,可能导致路口长时间封锁,反而加剧交通堵塞。为此,这群「小工程师」在Micro:bit程式中加入一道智慧锁——「次数计数器」。

技术上,系统内置「状态记忆功能」,每次成功触发绿灯时间延长后,在同一红绿灯转换过程中就不能再次运行该程式,即是期间即使使用乐悠卡再次扫描系统时,系统亦只会显示「已启动」提示灯而不会延长时间。

这群小学生运用HuskyLens的AI镜头与Micro:bit微型电脑,打造出能读懂长者需求的「AI神灯交通灯系统」,完美演绎STEAM教育中「用科技解决真实问题」的核心精神。

AI交通灯|小思考,大智慧

  1. 如果长者只携带长者卡,没有携带乐悠卡,系统该如何调整才可让携带长者卡的长者,使用延长绿灯时间的AI系统?
  2. 除了颜色外,还有哪些视觉特征能帮助AI更准确辨识乐悠卡?

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AI交通灯|参考答案

  1. 可重新训练AI辨识长者卡特征,例如长者卡专属图案、颜色等,并在系统资料库新增卡片类别,同步微调程式逻辑,即可兼容多种证件。
  2. 可训练AI辨识卡面专属图案,例如字体排版、几何形状、长阔比例、各图案的相对位置关系等,搭配多角度训练样本,便可增强辨识稳定性。

本栏逢周四刊登,由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿,旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料,引发学生探求知识的兴趣,将学习融入生活,培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文:中华基督教会蒙黄花沃纪念小学电脑科主任郑家豪、中华基督教会蒙黄花沃纪念小学数学科主任叶剑㷨