“理”很硬

文/徐夢(mèng)姍 郭宇忻

1.高亭宇在使用人體高速?gòu)椛溲b置訓(xùn)練

2.冬季項(xiàng)目智能訓(xùn)練管理系統(tǒng)中，大跳臺(tái)起跳階段人體運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析畫(huà)面

3. 室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)裝置

4.運(yùn)動(dòng)員在使用室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練

北京理工大學(xué)牽頭承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)項(xiàng)目3項(xiàng)、課題13項(xiàng)，以硬核科技服務(wù)北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)。

賽事訓(xùn)練支持技術(shù)

彎道滑行技術(shù)是在速度滑冰比拼中制勝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)訓(xùn)練，需要運(yùn)動(dòng)員自己加速至60公里每小時(shí)以上的高速，存在體力消耗大、多次訓(xùn)練入彎速度一致性差的難題，這使得助力運(yùn)動(dòng)員加速、提高彎道技術(shù)訓(xùn)練效率成為迫切需求。

針對(duì)這一問(wèn)題，北理工宇航學(xué)院郝繼光教授團(tuán)隊(duì)牽頭研制了“人體高速?gòu)椛溲b置”，主要用于輔助速度滑冰運(yùn)動(dòng)員開(kāi)展彎道滑行技術(shù)訓(xùn)練，可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員加速過(guò)程的精準(zhǔn)控制，填補(bǔ)了該技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白。

2022年2月12日，高亭宇斬獲北京冬奧會(huì)男子速滑500米金牌，并打破奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄，以34秒32，一戰(zhàn)驚世。拉住牽引繩、彈射加速、松開(kāi)繩子、調(diào)整姿態(tài)入彎——利用“人體高速?gòu)椛溲b置”開(kāi)展彎道訓(xùn)練，早已成為包括高亭宇在內(nèi)的國(guó)家速度滑冰隊(duì)隊(duì)員的日常訓(xùn)練科目之一，該裝置幫助他們突破了訓(xùn)練難題，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)訓(xùn)練。

宇航學(xué)院霍波教授帶領(lǐng)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的該系統(tǒng)，包含運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)測(cè)量及識(shí)別系統(tǒng)、空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量及數(shù)值模擬系統(tǒng)、生理參數(shù)柔性傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和綜合考慮姿態(tài)、外力、生理功能的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)科學(xué)分析，幫助教練和運(yùn)動(dòng)員更加精準(zhǔn)地找到不足，通過(guò)有針對(duì)性的訓(xùn)練提高成績(jī)。

比如，在高山滑雪項(xiàng)目中，可以通過(guò)分析該系統(tǒng)記錄的運(yùn)動(dòng)員在滑行過(guò)程中的一些運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)（包括速度、加速度、繞旗門時(shí)的離心加速度等），幫助運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行更有針對(duì)性的訓(xùn)練，從而使其在過(guò)旗門時(shí)盡量不減速，以此縮短用時(shí)。

在跳臺(tái)滑雪項(xiàng)目中，該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的速度、加速度、起跳角度、蹬地用力等，從而幫助運(yùn)動(dòng)員調(diào)整飛行姿態(tài)和落地距離。

該系統(tǒng)由北理工自動(dòng)化學(xué)院劉向東教授團(tuán)隊(duì)研制，該系統(tǒng)可以為高山滑雪、越野滑雪等項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員提供室內(nèi)模擬滑雪訓(xùn)練設(shè)備，以提升其回轉(zhuǎn)、滑行等專項(xiàng)技術(shù)動(dòng)作的訓(xùn)練效率，并在非雪季為運(yùn)動(dòng)員提供模擬訓(xùn)練。相關(guān)設(shè)備已用于國(guó)家高山滑雪隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練。

該項(xiàng)目由北理工光電學(xué)院趙長(zhǎng)明教授團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，通過(guò)研發(fā)出適合低溫環(huán)境運(yùn)行的無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度重建雪場(chǎng)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，為國(guó)家隊(duì)在高山滑雪、自由式滑雪等項(xiàng)目的冬奧備戰(zhàn)提供了技術(shù)支持，蘇翊鳴在訓(xùn)練中也曾使用這一技術(shù)。團(tuán)隊(duì)還對(duì)國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研發(fā)了“運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)信息多源實(shí)時(shí)采集與顯示系統(tǒng)”，幫助教練員糾正訓(xùn)練動(dòng)作、提高訓(xùn)練效率。

5.“智能化創(chuàng)編排演一體化”系統(tǒng)中展示的《立春》節(jié)目效果

6.零碳建筑展示平臺(tái)

7.基于人工智能技術(shù)對(duì)遙感圖像分辨率的增強(qiáng)

開(kāi)幕式支持技術(shù)

計(jì)算機(jī)學(xué)院數(shù)字表演與仿真技術(shù)團(tuán)隊(duì)采用北理工原創(chuàng)的“智能化創(chuàng)編排演一體化”系統(tǒng)打造了全仿真的“虛擬鳥(niǎo)巢”，為開(kāi)幕式的策劃、設(shè)計(jì)和排練提供了有力的科技支撐；與央視合作研發(fā)的渲染集群管理軟件，將16K地屏的渲染速度提高了30倍以上；通過(guò)冬奧會(huì)開(kāi)幕式仿真系統(tǒng)，對(duì)34個(gè)不同轉(zhuǎn)播機(jī)位的拍攝效果進(jìn)行仿真。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)三維仿真技術(shù)，模擬出冬奧會(huì)開(kāi)幕式全流程，對(duì)演員、觀眾、燈光、音樂(lè)、煙花、奧運(yùn)火炬，甚至轉(zhuǎn)播機(jī)位等全要素進(jìn)行全方位“排兵布陣”，幫助導(dǎo)演等直觀了解節(jié)目整體效果。

透過(guò)仿真系統(tǒng)大屏幕，不僅能夠從多個(gè)視角觀看表演效果，還可窺見(jiàn)演出設(shè)計(jì)里的“毛細(xì)血管”——精確到秒級(jí)的時(shí)長(zhǎng)把控、細(xì)致到厘米級(jí)的點(diǎn)位排布，確?！霸趯?duì)的時(shí)間，出現(xiàn)對(duì)的元素”。

通過(guò)智能化創(chuàng)編排演一體化服務(wù)平臺(tái)這一“大算盤”，開(kāi)幕式各個(gè)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)意細(xì)節(jié)甚至想象被整合在一起，變成系統(tǒng)里的一個(gè)個(gè)實(shí)際效果，從而找到理想狀態(tài)下開(kāi)幕式各環(huán)節(jié)“最優(yōu)解”。

綠色冬奧支持技術(shù)

北理工魏一鳴教授團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合國(guó)家速滑館、清華大學(xué)等8家單位，研發(fā)了低碳冬奧監(jiān)測(cè)與碳中和調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，提出冬奧會(huì)碳中和實(shí)現(xiàn)路徑與方案，并對(duì)北京冬奧會(huì)各項(xiàng)低碳技術(shù)的減排量以及賽事總體碳排放量進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算，打造了“零碳小屋”。

零碳小屋在冬奧期間作為“冰絲帶”服務(wù)和應(yīng)急咨詢的站點(diǎn)使用。它利用屋頂?shù)娘L(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能光伏板供應(yīng)清潔能源，滿足室內(nèi)空調(diào)、辦公設(shè)備、外墻大屏等用電需求，并裝有熱回收系統(tǒng)、電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源自給自足與智能調(diào)控，達(dá)到零碳排放。建筑本身也使用了環(huán)保可回收的鋼材料，小屋可以拆裝移動(dòng)循環(huán)利用。

北理工孫逢春院士團(tuán)隊(duì)牽頭研制面向冬奧的新能源客車電池、電機(jī)新技術(shù)，裝備此電池、電機(jī)的212輛新能源客車在各賽區(qū)為北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)提供了服務(wù)。

低溫自加熱電池系統(tǒng)：此系統(tǒng)可以在-35℃的環(huán)境下，基于自加熱的方式在短時(shí)間內(nèi)使車載動(dòng)力電池溫度上升到0℃以上，從而激活動(dòng)力電池的正常應(yīng)用。

雙電機(jī)無(wú)動(dòng)力中斷一體化自動(dòng)變速電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：此系統(tǒng)既可保證電動(dòng)車持續(xù)爬坡而“不知疲倦”，也可以規(guī)避電動(dòng)車在換擋過(guò)程中出現(xiàn)動(dòng)力損失等情況。智能網(wǎng)聯(lián)整車控制器，可將車輛運(yùn)行狀態(tài)信息上傳到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行的安全監(jiān)控。

低溫補(bǔ)氣增焓空調(diào)：北理工團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了低溫補(bǔ)氣增焓技術(shù)的應(yīng)用研究，與傳統(tǒng)的車內(nèi)空調(diào)制熱相比，具有寬溫區(qū)、高能效、安全性好等特點(diǎn)，解決溫度受限及能效低的難題，可以滿足冬奧電動(dòng)汽車低溫環(huán)境制熱的要求。

冬奧新能源汽車安全防控平臺(tái)：此平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)冬奧新能源車輛“人—車—路”信息融合與協(xié)同管控，為冬奧期間車輛安全監(jiān)管與疫情防控協(xié)同增效提供有力支撐。

冬奧天氣預(yù)報(bào)支持技術(shù)

北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院呂昕教授、胡偉東教授團(tuán)隊(duì)，利用微波太赫茲遙感技術(shù)提高衛(wèi)星探測(cè)的空間分辨率，從而精確獲取雪深、雪水當(dāng)量等重要的積雪參數(shù)。

相比于傳統(tǒng)光學(xué)遙感，微波太赫茲遙感不僅可以提供全天時(shí)、全天候探測(cè)，而且穿透力強(qiáng)，可對(duì)云層遮擋下的環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。其獨(dú)特的頻譜特性還能有針對(duì)性地得到溫度、濕度、海風(fēng)、水汽、雪深和污染指數(shù)等信息，從而為冬奧賽場(chǎng)的天氣預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支持。

北理工的太赫茲技術(shù)還被應(yīng)用到冬奧賽事的安檢服務(wù)中。團(tuán)隊(duì)和相關(guān)公司合作推出的太赫茲人體安檢儀，被應(yīng)用于國(guó)家速滑館“冰絲帶”。該產(chǎn)品幀率大于10幀/秒，具有“非接觸、無(wú)輻射、快速成像”的特點(diǎn)。