全國中小學科展

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佳作

智慧影像,「One」視平安~大型車轉彎安全偵測警示系統

本研究主要應用AI影像辨識將大型車輛轉彎內輪差及視覺死角危險區域內的行人及車輛定位,立即以語音對駕駛警告危險位置,避免車禍發生。本系統先於Windows 10 PC上的Anaconda3 Spyder 環境以Python3使用OpenCV函式庫開發,並叫用YOLOv3來進行物體的辨識,能正確辨識行人和車輛並正確定位,配合大型車內輪差的計算判定危險性。程式最後佈署於NVIDIA Jason Nano Ubuntu 系統下並安裝於大型車輛。不同於一般行車視野輔助系統僅以測距的感測器偵測,本系統能明確得知人車種類,明確標定位置,並能立即判定有無危險,更立即以語音警告駕駛,且不干擾駕駛的視覺注意力,同時也擴音警告車外的用路人。研發過程中還設立了車輛影像辨識研究平台,期望後續研究能和自駕車的發展結合造福更多的駕駛及用路人。

波形密碼--黑繩示波器的波形探討

「波形密碼」中的“波”,是黑繩示波器上白線反射的光線被黑繩擋住而形成影點,因視覺暫留而殘留並連成波線。首先,發現圓筒曲面經幾何投影會造成波長呈現「短-長-短」的歪像畫狀況,砂帶機則不會;黑繩的擺幅會限制波形振幅,黑棍則不會。第二部分,推導出相位差公式:相位差=(波數×360°)/半面白線步數=(360°)/(半面白線步數×轉速比),且當相位差為360°的整數倍時,波線會完全重合。以及波數公式:波數=1/轉速比=(相位差×半面白線步數)/(360°)。第三部分,從經拆解的A、B、C組函數關係式開始,最後推出D組(圓筒+黑繩)的函數關係式: y=kcos⁡(f×tan(ωx)+b)×cos(ax)或y=kcos(ω×|x|m+b)×cos(ax)。

淺層地熱之研究與低溫史特林發動機之應用

我們以γ構型史特林引擎為基礎,結合自由活塞的結構,再加上線性發電模組,設計出一台可在溫泉環境中發電的地熱發電機,因製作精度不良且材料選擇錯誤,第一代原型機模型僅運轉1分鐘即損毀,不過已足以證明其理論與方向的正確性,針對第一代原型機的缺失,我們著手製作第二代改良型,將引擎分為熱交換模組與動力模組2部分,解決溫差造成水凝結的問題,我們並將它命名為分離式γ-自由活塞型史特林引擎,最後我們以實驗證明「淺層地熱發電」的可行性,為綠色能源提供另一種選項。

排隊站好

本篇科展主要從一道古老的數學題目開始,"正整數中,被4整除或被4除餘1的數刪去,新數列{an}={2,3,6,7,10,11,……},求[√(S1 )]+[√(S2 )]+[√(S3 )]+...+[√(S2014 )]=?([ ]為高斯符號)",直接延伸原題探討"當A={a,aϵN & a≡2 or 3(mod 4)}, Sm1 為A中的第m個元素,Sm2=Σi=1mSi1 ,為何[√(Sm2 )]=m?",進而加以推廣探討" 當 A={a ,a∈N & a≡k1 or k2 or … …or kp (mod x)},Sm1 為A中的第m個元素,Smn+1=Σi=1mSin 時,則A應滿足什麼條件,才能對所有的n和m,都有[n√Smn)]=m的結果?"

數的循環

我們欲證明任意n個正整數(n>1)之數列,其相鄰兩數相減之絕對值形成一個新數列,重複這個"運算"之數列是否具有循環性,並試圖找出其循環節次。 例: 0000 2 3 4 2 3 0001 1 1 2 1 1 0002 0 1 1 0 0 0003 1 0 1 0 0 0004 1 1 1 0 1 0005 0 0 1 1 0 0006 0 1 0 1 0 0007 1 1 1 1 0 0008 0 0 0 1 1 0009 0 0 1 0 1 0010 0 1 1 1 1 0011 1 0 0 0 1 0012 1 0 0 1 0 0013 1 0 1 1 1 0014 1 1 0 0 0 0015 0 1 0 0 1 0016 1 1 0 1 1 0017 0 1 1 0 0 }〈a_2 〉=〈a_17〉=0 1 1 0 0, 其循環節次為17-2=15次 此"運算"的循環節次為15(週期為15)

圍籬邊的食物鏈(雞屎藤→天蛾→寄生蜂)

我們在校園圍籬邊發現雞屎藤、天蛾、寄生蜂間形成的特殊食物鏈關係,於是分別透過校園調查與飼養觀察進行深入的探討。 調查發現本校共有5種取食雞屎藤的天蛾。日照越充足,雞屎藤越多,天蛾數量也多。天蛾各階段都有專一的寄生性天敵,包括:卵寄生、幼蟲寄生與蛹寄生,統計被寄生比率約為 9.48%,且天蛾數量越多,寄生蜂也越多。 飼養觀察結果發現:天蛾的蛹期 ÷ 生活史 ≒ 1/2。氣溫、日照時間是影響天蛾的發育速度的最主要原因。天蛾化蛹時僅在土表面形成凹巢,沒有鑽入土中,此結果可修正圖鑑所述。 校園的圍籬邊雞屎藤→天蛾→寄生蜂的食物鏈關係終年不斷循環著,而校園工程與人為的修剪成為改變這個平衡關係的重要因素。

應用網路爬蟲於社交軟體實現群眾互動平臺之研究

現今的大型活動,如校慶活動、新北耶誕城等,缺乏互動性與參與感,其中原因大多是群眾埋沒於手機的社交軟體所導致。而本研究將利用其便利與群眾互動特性,使用問卷抽查法探討大眾對於活動的觀點,應用網路爬蟲技術抓取貼文,設計一套能提高互動性的平臺,使用者只需在Instagram、Twitter等社交軟體中發布文章,系統會即時推播至活動中的大螢幕上,並且使用LineBot結合圖像辨識自動且快速審核貼文,另方面以後臺系統,方便活動單位常駐貼文輪播活動訊息、廣告與管理。綜上所述,本研究結果確實有效地提升活動互動性及樂趣,以時下流行的各種社交軟體,配合研究平台為各類大型活動量身打造,也能夠運用於政令宣導或文宣廣告等用途上,大幅提升活動的互動性與參與感。

煙燻有稻,水到渠成

本研究目的主要是研發煙燻水製造機,第三代煙燻水製造機,採用稻梗燃燒室與噴霧式煙燻水產生室,製作並實驗說明煙燻水對農作物驅蟲、防疫、種子萌芽與肥力效果。結果顯示,第三代煙燻水製造機,生產之煙薰水品質穩定,且符合環保署空氣排放規定,其生成之煙燻水成分以氣相層析質譜儀檢測結果,共測得28種化合物,主要是醇、內酯、乙醛、酸、酮、生物鹼和酚類等。其中2(5H)-呋喃酮C4H4O2,可刺激小黃瓜種子萌發。酚類化合物C10H9N3O對抑制真菌生長有效,且在煙燻水添加甲殼素與鈣粉,有助於農作物幼苗成長。

電照「膜」行

本研究探討以自製PVA黏膠薄膜,加上各種金屬片成為方便攜帶的輕巧電池。首先探討不同形式電池的發電效益,包括不同金屬片適合的配方膠,金屬片之間的距離,膠添加了不同添加物……等等。綜合以上條件我們分別串聯發電量最好的原味膠及鐵粉膠做成伏打電池以及加上隔離層的勒克朗謝電池, 驅動溫濕度計、鬧鐘、 LED燈,並嘗試用達靈頓電路放大電流的特性,希望可以降低串聯電池的個數,達到不錯的效果。此外我們發現鎂片可以明顯提高薄膜電池的發電效益, 可以讓LED燈亮長達9天。

是蛇「飛」蛇-飛蛇滑翔的力學分析

本實驗探討飛蛇在滑翔的過程中,因為身體截面積改變及體態的S形彎曲,在流體動力學上的表現,對滑翔穩定性、持久性的影響。 透過飛蛇截面模型在鉛直集風箱與水平集風箱中以不同角度量測到的鉛直後曳力、升力及後曳力,推測飛蛇張開肋骨、腹部內凹的行為,有利於其滑翔。 最特別的是飛蛇滑翔時的寬長比。一般無翅膀的動物(如飛蛇、飛鼠、飛蛙)會張開四肢及薄膜以增大其寬長比,但飛蛇沒有四肢,反而加大其體態的S形彎曲來增加寬長比,由體態S形立體模型的實驗情況,當其寬長比在1 : 1 ~ 1 : 2之間時,會穩定的滑翔,且水平滑翔距離較長。 而飛蛇滑翔的過程中不斷擺動身體及轉動尾巴,推斷是有助於其滑翔的穩定性及定向性,實驗不易,暫留待續。