树莓派驱动的智能自行车灯：提升骑行安全，警惕身后车辆

树莓派计算模块4以其低成本、低功耗、紧凑的结构和卓越的性能，成为Velo AI首款道路安全产品的核心。该产品旨在帮助骑行者留意身后车辆的动态。

Velo AI公司，总部位于匹兹堡，由机器人专家Clarke Haynes和人工智能专家Micol Marchetti-Bowick共同创办。该公司的主要使命是通过智能技术提高交通安全。两位创始人都曾为Uber等公司提供自动驾驶技术，并希望将类似的人工智能算法应用于保护骑自行车的人。核心团队的另一位成员Alison Treaster则负责公司的商业合作与社区建设工作。

Velo AI的首个产品是Copilot，这是一款集成了人工智能和摄像头的自行车灯。它基于树莓派计算模块4，具备检测和识别周围车辆的能力，可以判断车辆是否准备超车，甚至能识别具有攻击性或分心的驾驶员。在这些情况下，Copilot会向骑行者和驾驶员发出声音和视觉警告，旨在预防潜在的危险和碰撞事件。

识别挑战

Velo AI团队意识到现有的自行车摄像头和车辆检测设备存在局限性，因此致力于开发一种基于人工智能的更为复杂的解决方案，以提升骑行安全性。

海恩斯指出，像Garmin Varia这样的基于雷达的设备无法区分后方车辆的类型。他表示，“被丰田花冠超越和被大型市政公交车超越是截然不同的体验。”此外，他补充道，雷达技术只能够进行径向测量：“雷达可以告诉你是否有东西在靠近，但无法指示它是否会在你身后的一英尺或十英尺内超过你。”

Velo AI团队的目标是开发一种基于摄像头的解决方案，以便骑行者能够获取更多的信息，并实现雷达技术无法提供的功能。该设备需要通过提供周围环境的态势感知和车辆警报来协助骑行者，利用计算机视觉算法区分不同类型的车辆，同时估计其相对速度并预测驾驶员的行为。

为了开发Copilot的人工智能算法，团队进行了广泛的数据收集，数据来源于骑行者在不同道路类型上的骑行体验，特别是与车辆的交互过程。在此过程中，来自匹兹堡的骑行爱好者（包括通勤者和休闲骑行者）组成了测试小组，他们获得了免费的原型设备进行测试。

尽管Velo AI团队在自动驾驶汽车领域积累了丰富的经验，但打造并推向市场一款全新的实体产品仍然面临巨大的学习挑战。海恩斯坦言：“我们必须投入大量精力，弄清楚如何组装硬件产品。”例如，该产品的耐候性如何？如何为自行车灯设计聚焦光的透镜？

将摄像头、LED灯、电子设备和电池整合进一个轻巧的外壳中是一个艰巨的任务。此外，设备必须具备足够的运算能力来运行人工智能神经网络，同时又需保持低功耗，以确保在长期骑行中能够正常使用。

创新解决方案

树莓派计算模块4是Copilot的核心，配合定制的Hailo AI协处理器，满足了设备计算机视觉所需的神经网络需求。一个固定镜头的Arducam摄像头用于录制实时视频。

Copilot配备了一个支架，可以安装在自行车的座管或鞍座导轨上，摄像头朝向后方。人工智能将分析实时视频，并根据检测到的驾驶员行为类型触发个性化警报——警告骑行者的声音和后方驾驶员的闪烁LED灯模式。

该设备能够检测到三类车辆行为，以触发不同的警报。Marchetti-Bowick解释道：“‘跟随’行为指的是车辆在你后方行驶，但并未加速；‘接近’则是车辆相对于你加速，‘超车’则是我们认为车辆即将超越你，后者是你最需要关注的，因为这是骑行者与车辆之间距最小的互动。”

此外，Copilot还可以连接到智能手机应用程序，该应用程序可以安装在自行车把手上，向骑行者展示简化的道路视图及附近车辆的位置。用户还可以通过该应用下载骑行录像。

该设备由可充电的双芯锂离子电池供电，Copilot的功耗仅为4-5瓦，预计电池续航时间约为5小时。

选择树莓派的原因

海恩斯提到，团队最初在Copilot原型上使用Nvidia Jetson板进行测试，但发现其成本过高且功耗过大。“如果要全速运行GPU，即使是Jetson也需要10到20瓦。我们希望用户能够骑行4到5个小时，因此需要一个更大的电池来支持10瓦的功率，这将产生过多的热量并增加设备的重量。”这就是他们最终选择树莓派的原因。

在与合约制造商及树莓派设计合作伙伴Hellbender合作之前，团队的第一块电路板设计相对简单：“我们将CM4放在一侧，将M.2 Hailo放在另一侧，然后连接摄像头。我们就拥有了验证计算堆栈所需的一切。从那时起，CM4的性能不断提升。实际上，CM4是一个独立的分立组件，可以正常工作；我们能充分利用它的所有功能，包括Wi-Fi和蓝牙。这对于我们刚刚起步时非常有帮助。”

为了以超低功耗运行人工智能，他们还添加了一个Hailo人工智能协处理器。海恩斯表示：“树莓派和Hailo的结合使得原型设计和开发变得异常简单。”

取得成果

Copilot吸引了不同类型的骑行者。Treaster表示：“没有特定的客户角色，但他们希望支持让街道更安全，因为他们经常作为骑行者使用街道。”潜在客户还包括家长和配偶，他们关心骑行者的安全，希望有一些工具来提升骑行安全。“我们有很多人表示，‘我会给我的儿子或女儿买这个，我会给我的丈夫买这个’。”

海恩斯指出，由于提升了人们的安全意识，该设备已成为一些骑行者必不可少的辅助工具。“我们从早期客户那里得到了积极的反馈，他们表示在骑车时不希望没有这个装置。”

团队希望Copilot能为社会带来更广泛的益处。海恩斯强调：“人们不骑自行车的主要原因之一是缺乏安全感。”因此，他们的目标是鼓励更多人骑自行车，从而提升骑行安全感。

通过Copilot收集的数据将为地方政府和道路安全组织提供有价值的信息，帮助改善城市和乡镇的骑行安全。海恩斯表示：“我们正在与匹兹堡市展开合作，计划在骑自行车上班的人群中部署多个Copilot，并利用这些数据确定需要改善的自行车基础设施。”

Treaster透露，另一项试点计划将在弗吉尼亚州的罗诺克市进行。他们正在推动“零死亡愿景”活动（目标是实现行人与骑自行车者的零死亡率）。如果能够在立法通过前获得与骑自行车相关的数据，例如需要在骑行者经过时为他们留出三英尺的空间，那将是极好的。随后可以对立法后的数据进行分析，以了解立法对驾驶行为的影响。