北京冬奧科技賦能 一起向未來

鐘央

從申辦到籌辦，“科技”成為了北京冬奧會(huì)的一大底色。一系列新技術(shù)、新應(yīng)用陸續(xù)在冬奧會(huì)的各項(xiàng)測(cè)試工作中得到檢驗(yàn)，讓“科技冬奧”從愿景走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

調(diào)整呼吸，穩(wěn)住身體，從陡坡飛速下滑，加速，在落差100多米的山地自由飛翔——這就是跳臺(tái)滑雪。

從1924年第一屆冬奧會(huì)起，跳臺(tái)滑雪就被列為比賽項(xiàng)目，至今已經(jīng)接近百年了。但這一項(xiàng)目在我國開展較晚，參訓(xùn)人員也少，直到2018年，跳臺(tái)滑雪國家集訓(xùn)隊(duì)為了補(bǔ)充隊(duì)伍，只能跨界跨項(xiàng)，從武術(shù)、田徑、跆拳道、拳擊等項(xiàng)目中選拔人才。如何在短時(shí)間內(nèi)讓運(yùn)動(dòng)員們建立自信，適應(yīng)這樣的挑戰(zhàn)，并且能夠跳得更高、飛得更遠(yuǎn)呢？除了傳統(tǒng)的訓(xùn)練方式之外，還需要突破常規(guī)的手段來助力，這就是科技。

在運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練時(shí)，站在場(chǎng)邊的不僅有教練員，還有來自上海體育學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)，他們?cè)谂赃吋茉O(shè)了四臺(tái)攝像機(jī)來采集運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練畫面。由AI無干擾三維動(dòng)作捕捉、超寬帶精準(zhǔn)定位測(cè)速、高速運(yùn)動(dòng)自動(dòng)跟拍機(jī)器人等多項(xiàng)技術(shù)組成的生物力學(xué)快速反饋系統(tǒng)，這可是跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員們備戰(zhàn)冬奧的訓(xùn)練利器。

跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員的每一跳整個(gè)過程僅有短短幾秒，短時(shí)間、高速度，給教練員觀察分析運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作增加了難度。以往教練員主要是借助普通攝像機(jī)和影像拍攝設(shè)備，把運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡拍攝下來，事后觀看分析，提出改進(jìn)訓(xùn)練方案。

跳臺(tái)滑雪國家集訓(xùn)隊(duì)隊(duì)員宋祺武說：“我們每天訓(xùn)練完之后，都是用放大鏡來找視頻里面自己哪些動(dòng)作錯(cuò)誤，然后一點(diǎn)一點(diǎn)去糾正它。”

要想看得細(xì)，首先要看得清，這套系統(tǒng)第一要解決的就是訓(xùn)練當(dāng)中存在的“看不清”的問題，讓高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)能夠很好展現(xiàn)出來。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、上海體育學(xué)院教授劉宇說：“為什么開發(fā)了基于AI伺服的高速運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)追拍呢？只要目標(biāo)物一旦鎖定，它可以全程一直跟著目標(biāo)物。運(yùn)動(dòng)員在畫面里占的比例一直都比較大，而且很精細(xì)，什么時(shí)候有些小動(dòng)作，手怎么動(dòng)了，我們都可以把它捕捉到。”

除了“看得清”，還要“說得清”，這就需要數(shù)據(jù)來說話。在運(yùn)動(dòng)員每一跳的畫面接收后幾分鐘內(nèi)，生物力學(xué)快速反饋系統(tǒng)就能通過人工智能算法產(chǎn)生一套數(shù)據(jù)。利用人工智能進(jìn)行科學(xué)分析，問題出在哪里就顯而易見，為優(yōu)化運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練方案提供了有效參考。

要讓運(yùn)動(dòng)員強(qiáng)起來，科研人員隊(duì)伍也要強(qiáng)起來。從事多年體育科學(xué)研究的劉宇教授組建的一支“冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員技能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究”團(tuán)隊(duì)中，博士研究生和碩士研究生占了絕大多數(shù)，通過不斷優(yōu)化、研究，為運(yùn)動(dòng)員從訓(xùn)練、比賽、出成績(jī)，從方方面面進(jìn)行科技方面的整合和支撐?！?/p>

生物力學(xué)快速反饋系統(tǒng)、風(fēng)洞輔助訓(xùn)練等科技手段的應(yīng)用，給中國跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員們插上了科技的翅膀，在多方努力下，跳臺(tái)滑雪國家集訓(xùn)隊(duì)也取得了歷史性突破。

科技不僅能助力運(yùn)動(dòng)員更好備戰(zhàn)冬奧，為了讓國內(nèi)外的參賽選手在2022年北京冬奧會(huì)上高水平發(fā)揮，競(jìng)賽場(chǎng)館在賽事保障等方面也有科技上的突破。

2021年4月，在國家速滑館舉辦了首次國內(nèi)測(cè)試活動(dòng)。

速度滑冰運(yùn)動(dòng)員陳闖說：“這塊冰場(chǎng)已經(jīng)很完美了，很好，冰的厚度掌握得非常好，非常非常平，也很好滑?！?/p>

速度滑冰運(yùn)動(dòng)員艾培爾丁·亞合甫說：“我認(rèn)為這里是全國最好的平原冰場(chǎng)，我今天滑出了個(gè)人的賽季最好成績(jī)?！?/p>

受到運(yùn)動(dòng)員們贊譽(yù)的這塊冰面有什么獨(dú)特之處呢？國家速滑館制冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人馬進(jìn)說：“我們?nèi)粘Ｒ姷降谋际钦w凍結(jié)的，稍微注意點(diǎn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)那個(gè)冰里邊有很多裂紋，而在這個(gè)上邊，尤其比賽期間是找不著的?！?/p>

北京冬奧會(huì)期間，在國家速滑館會(huì)有14塊金牌誕生。舉辦這樣的頂級(jí)賽事，冰面上一絲一毫的瑕疵都可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的發(fā)揮產(chǎn)生影響。這就要求每一寸冰面都要同樣溫度、光潔平整。而要做到這點(diǎn)，隱藏在冰面下的制冰系統(tǒng)就非常關(guān)鍵了。國家速滑館采用的是二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，這是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的制冰技術(shù)。

馬進(jìn)說：“二氧化碳是現(xiàn)有的制冷技術(shù)中，在同等條件下最能夠獲得均衡溫度的技術(shù)。冰表面的溫度直接影響冰表面的硬度，一旦溫差比較大，就會(huì)造成有的地方軟，有的地方硬?！?/p>

這樣的新技術(shù)在小面積冰場(chǎng)實(shí)現(xiàn)起來還好說，但面積越大，挑戰(zhàn)越大。國家速滑館擁有亞洲最大的全冰面設(shè)計(jì)，面積達(dá)到了近1.2萬平方米。利用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)在這樣大的冰面上制冰，在此前的冬奧速度滑冰場(chǎng)館中并沒有先例。

經(jīng)過反復(fù)推敲，不斷技術(shù)攻關(guān)，2021年1月，國家速滑館速度滑冰賽道進(jìn)行首次二氧化碳跨臨界制冰。

馬進(jìn)說：“我們一共隨機(jī)測(cè)了30個(gè)點(diǎn)，其中29個(gè)點(diǎn)溫差都在0.5℃以內(nèi)，奧組委提出的要求是在1.5℃以內(nèi)就可以了，我們要追求極致。”

盡管二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)能夠把冰面的功能做到極致，可是二氧化碳畢竟屬于溫室氣體的一種，運(yùn)用二氧化碳制冷，對(duì)環(huán)保是不是又會(huì)產(chǎn)生影響呢？

馬進(jìn)說：“這里邊有個(gè)邏輯，二氧化碳排放是指在工業(yè)生產(chǎn)和生活中化石燃料燃燒以后，變成二氧化碳排放到大氣中去。而二氧化碳制冷是把要排放的這些二氧化碳回收，把它用作制冷劑灌注到制冷裝置中，讓它進(jìn)行制冷?！?/p>

制冷系統(tǒng)通過制冷劑或載冷劑帶走冰層下面的熱量來實(shí)現(xiàn)冰場(chǎng)的迅速降溫，這些被帶走的熱量一般都是直接排到室外環(huán)境中，但在這里，工程師們憑借著科技手段，實(shí)現(xiàn)了回收利用。

馬進(jìn)說：“我們把它余熱回收，把熱能儲(chǔ)存在兩個(gè)水箱里邊。比如說我們澆冰的熱水，以及生活的這些熱水，我們就都可以用來進(jìn)行補(bǔ)充，就相當(dāng)于一度電制完冰以后，同時(shí)又把它做了熱水，相當(dāng)于用了兩遍。”

這樣一來，二氧化碳制冰不僅綠色低碳，而且高效節(jié)能。高科技的應(yīng)用將不僅為運(yùn)動(dòng)員打造高水準(zhǔn)的競(jìng)技舞臺(tái)，也將為觀眾帶來不同以往的觀賽體驗(yàn)。

2021年10月25日，中央廣播電視總臺(tái)央視奧林匹克頻道（CCTV-16）及其數(shù)字平臺(tái)正式開播上線，這是國際上首個(gè)以4K超高清和高清標(biāo)準(zhǔn)24小時(shí)上星同步播出的專業(yè)體育頻道。自開播上線以來，總臺(tái)央視奧林匹克頻道充分發(fā)揮“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全力打造“核心體育賽事+特色精品節(jié)目+社會(huì)文化活動(dòng)”的頻道內(nèi)容體系，形成了具有奧林匹克獨(dú)特氣質(zhì)的頻道形象。

科技部社會(huì)發(fā)展科技司司長(zhǎng)祝學(xué)華說：“我們組織實(shí)施了科技冬奧2022行動(dòng)計(jì)劃，從中也出現(xiàn)了一大批科研成果，這些成果不僅有力保障冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)成功舉辦，也為后奧運(yùn)時(shí)代我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，特別是京津冀協(xié)同發(fā)展，打造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)有極大推動(dòng)作用?！?/p>

從運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練水平的提升到國際一流競(jìng)賽場(chǎng)館的打造，從精準(zhǔn)氣象預(yù)報(bào)到電視轉(zhuǎn)播，北京冬奧會(huì)上應(yīng)用的黑科技還有很多。2016年以來，科技部聯(lián)合相關(guān)省市及部門在零排供能、綠色出行等方面部署項(xiàng)目進(jìn)行研發(fā)，組織實(shí)施了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)，產(chǎn)生了過百項(xiàng)新技術(shù)成果，都已經(jīng)陸續(xù)在運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和冬奧會(huì)籌備工作中實(shí)際應(yīng)用。這些新技術(shù)的賦能為北京冬奧會(huì)的成功舉辦增添了無盡動(dòng)力。

責(zé)編：馬京京