人工智能賦能千行百業(yè)已經(jīng)是時下最熱的話題，在兒童教育和健康評量領(lǐng)域，近兩年也一直圍繞著“AI幼兒園”探討其落地的方式，其中“人工智能+”的模式得到更多人們的認可。其本質(zhì)是人機協(xié)作，從工業(yè)到服務業(yè)，通過環(huán)境感知、規(guī)劃決策和執(zhí)行控制給特定場景帶來積極的變革。
相比其他場景，幼兒教育總體需求雖然簡單，但無論是幼兒在園期間的生活及學習的監(jiān)管與記錄，還是幼兒健康成長評估體系，目前在國內(nèi)，有關(guān)于這方面的智能應用仍然處于探索階段。幼兒體質(zhì)健康是全民健康的重要基石，健康教育作為幼兒園五大領(lǐng)域中最重要的一環(huán)，一直受到政府主管部門、幼兒園、家長的高度重視。但是長期以來，如何用科學的教育體系和干預方案促進幼兒的體質(zhì)健康，是教育過程中最大的痛點。隨著技術(shù)的進步，通過算法智能化發(fā)展，關(guān)于幼兒健康的監(jiān)測與應用正不斷地成熟與豐富起來。
2020年12月，清華大學電子系媒體大數(shù)據(jù)認知計算研究中心王生進教授帶領(lǐng)團隊攜手詠威亞太體智能教育研究院研制了幼兒健康A(chǔ)I評量系統(tǒng)，推進清華大學AI技術(shù)落地實踐。AI人工智能技術(shù)作為兒童體質(zhì)健康管理的新技術(shù)，將深度賦能兒童體質(zhì)健康評量與干預，不僅能夠快速提升園所開展評量的效率，更為重要的是提高評量的準確性，通過人像和姿態(tài)識別技術(shù)，準確評估幼兒體質(zhì)健康的各項參數(shù)，為后期提供科學嚴謹?shù)捏w質(zhì)健康評量報告和干預方案奠定基礎(chǔ)，這是一件利國利民的好事。
幼兒健康A(chǔ)I評量現(xiàn)場
據(jù)悉這套測量系統(tǒng)，嚴格依照《國民體質(zhì)測定標準手冊（幼兒部分）》設(shè)定，并科學參考《3-6歲兒童學習與發(fā)展指南》健康領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，實時生成報告，并進行智能分析。
幼兒健康A(chǔ)I評量現(xiàn)場
測量結(jié)果可視化
AI賦能幼兒健康評量
據(jù)悉清華大學聯(lián)合研制的這套兒童體智評量系統(tǒng)，主要運用了人臉檢測、行人檢測、行為動作與姿態(tài)識別、物體檢測等技術(shù)，原理雖然并不復雜，但在具體的場景中考驗的是面向?qū)嶋H運用的硬實力。據(jù)王生進教授介紹，這四項技術(shù)在系統(tǒng)中扮演著落地關(guān)鍵的重要性：
（1）基于清華大學電子工程系先進的人臉檢測技術(shù)，采取面向?qū)嶋H應用進行數(shù)據(jù)訓練，在2017年FDDB人臉檢測競賽中曾獲得排名第一的佳績，2005年，由公安部出入境管理局主持集成清華大學電子工程系人臉技術(shù)，世界上首次在我國出入境旅客最多的深圳羅湖口岸開通“旅客自助查驗通道” ，日均出入境人數(shù)在數(shù)十萬以上。已推廣到深圳、珠海兩個地區(qū)的邊檢口岸共已開通了近400條自助通道，近300萬旅客，驗放旅客超過數(shù)億人次，通過率98％，成為世界人臉識別技術(shù)大規(guī)模成功應用的范例。在兒童體智評量系統(tǒng)中，可針對不同人臉識別場景，設(shè)計了多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以適應不同場景（速度、精度）的要求，可以滿足不同應用要求，保持準確率；
?。?）清華大學電子工程系團隊擁有的行人再識別技術(shù)可以利用計算機視覺技術(shù)判斷圖像或者視頻序列中是否存在特定行人，可以有效彌補固定的攝像頭的視覺局限，并可與行人檢測/行人跟蹤技術(shù)相結(jié)合，為體質(zhì)評量智能化創(chuàng)造可能。從網(wǎng)上資料了解，十年前清華大學媒體大數(shù)據(jù)認知計算中心的科研團隊就開始了“行人再識別ReID”研究，2010年開始獲得國家自然科學基金資助。多次獲得國際國內(nèi)優(yōu)秀論文和相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)認證；
（3）清華大學電子工程系研發(fā)的行為動作動作與姿態(tài)識別技術(shù)通過圖像判斷人的行為和動作，理解人的意圖，獲得高層次的語義信息，如確定圖像中的人的姿態(tài)信息以及與物體的位置、檢測人體關(guān)鍵點信息等，屬于深度人像識別的概念，可對人的像態(tài)、形態(tài)、神態(tài)、意態(tài)進行識別。在這套系統(tǒng)中，通過自主掌握的3D 人臉關(guān)鍵點 / 人臉表情遷移、骨骼關(guān)鍵點識別、手勢交互、姿態(tài)遷移、人像分割及焦點目標跟蹤等 AI 算法，能在算法移植蒸餾、處理單元調(diào)優(yōu)、引擎適配等方面提供算力優(yōu)化能力，能驅(qū)動虛擬數(shù)字人，實現(xiàn)固定角色綁定驅(qū)動、實時高精度動作捕捉，與數(shù)字世界進行體感交互，并通過模型加速，可極大提升應用實時性，使用獲得最佳交互體驗。
?。?）物體檢測技術(shù)是清華大學電子工程系圖像領(lǐng)域的一個主要研究方向，根據(jù)不同的應用場景，具體的物體檢測算法也多種多樣。目前大多數(shù)物體檢測是基于深度學習的物體檢測算法按照以下三個步驟進行——候選區(qū)域生成、區(qū)域特征提取與分類、物體定位，在這套系統(tǒng)中，物體檢測的任務是識別出圖像中有什么樣的測量器具，并報告出這個物體在圖像表示的場景中的位置和方向。
AI體質(zhì)健康管理仍有無限可能
綜上所述，人工智能可以讓機器替代人類做繁重繁瑣的蠻力計算，為人們提供快速、準確的評量技術(shù)手段，以上的一些項目已經(jīng)在不少幼兒園中實現(xiàn)了落地，隨著算法及算力的發(fā)展，不僅可以實現(xiàn)對幼兒體質(zhì)健康進行監(jiān)測及測量，同時也可對幼兒思維、學習、心理發(fā)展等進行評估，通過人工智能及大數(shù)據(jù)描繪每個兒童成長畫像，使得整個生長發(fā)育過程變得可視化。
王生進教授表示，將人工智能技術(shù)與兒童體質(zhì)評量有機結(jié)合，運用于幼兒園、中小學等體質(zhì)健康管理領(lǐng)域，無疑將提高體質(zhì)評量的精準度和效率，為國民體質(zhì)測定提供精準和有效的技術(shù)手段，滿足提高國民健康體質(zhì)的國家戰(zhàn)略需求。
兒童體智健康關(guān)系祖國下一代的成長，關(guān)系國家的未來，兒童體智評量工作十分有意義，也十分重要。因此AI兒童體側(cè)的一小步，便是國民健康的一大步。隨著幼兒教育、幼兒健康的智能化發(fā)展，在市場需求不斷增長的背景下，更多的AI技術(shù)及應用將會被開發(fā)，應用于兒童成長的方方面面。
科技向善，以人為本，AI+體質(zhì)評量前景無限。
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作者：林浩葵
