在高低起伏的雪山賽道上，滑雪運動員飛馳而過，其位置、運動狀态等資料資訊的傳輸需要克服低溫、複雜地形等挑戰。北京理工大學科研團隊利用“冬季項目場景三維感覺及重建技術”，研發出适合低溫環境運作的無人機載雷射雷達掃描系統，實作了高精度重建雪場和訓練資料的實時傳輸，為國家隊備戰冬奧提供技術支援。
張海洋及其科研團隊
量身定做“仿真雪場”
“你看，運動員在雪道上側身轉彎、蜷身下蹲、跳躍起伏……每個細微的動作都能被清晰地呈現。”北理工光電學院副教授張海洋正在電子屏上展示用三維雷射雷達掃描系統搭建的崇禮滑雪場場景，兩架搭載雷射雷達系統的無人機就擺放在他身邊。
搭載雷射雷達系統的無人機
科研團隊通過測量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪等項目的三維場景的資料，利用虛拟現實技術把場景資訊顯示出來，結合運動員的實時跟蹤資料，還原雪道的真實場景。
由于每個項目都有自身的技術特點，團隊還需要根據運動員和教練員的需求為其量身定做“仿真雪場”。張海洋舉了個例子：“高山滑雪隊尤其關注運動員出入旗門的速度和位置變化，是以我們要特别測量出每個旗門的位置并計算出運動員通過旗門的速度變化，将資料清晰地呈現在教練面前。”
光是測量，就費了不少力。雪山上溫度過低時，無人機失效。科研人員隻好扛着雷射雷達一段一段測量。“雪山上風大，氣溫低，吹得人骨頭縫兒疼，腿腳凍得失去知覺都是家常便飯。”他說，團隊男生負責搬裝置，女生在旁記錄，掃描完一個點，再到下一個點。
尋找“消失”的信号
“再難也得堅持完成。”張海洋解釋，此前，滑雪運動員一旦進入冰天雪地的賽道，教練就很難掌握其位置，“就算在雪山上架設了信号基站，在運動員身上安裝發射器，信号也像和我們玩‘捉迷藏’一樣，在樹木和山峰中若隐若現。”
然而，掌握運動員的運動細節，如高山滑雪運動員通過旗門時雪闆和旗門的距離、雪車雪橇進入彎道時的角度、運動員騰空時與地面的相對位置等，對運動員和教練全面掌握賽道狀況，開展有效、科學的訓練和指導都具有重要意義。“我們要做的工作，就是把‘消失’的信号還原出來。”張海洋說。
尋找信号其實就是對運動員進行精準定位。“滑雪運動速度快，運動員時速可達140公裡，很難實作定位。”他說，科研團隊經過反複試驗，借助高速相機、高幀頻發射機，運用北鬥定位系統配合固定基站，将定位精度提高到了5厘米左右。
助力備戰冬奧
目前，運動員的位置資訊可以通過帶有5G子產品的傳感器實時傳到雲伺服器上，并在移動端直接擷取。“通信效率大大提高，雪道的坡度、長度、運動員的速度、加速度、滑行距離、轉彎半徑等資料，都可以迅速計算出來，并及時呈現給教練。”
如今，“冬季項目場景三維感覺及重建技術”相關成果已應用于國家隊日常訓練，并為國家隊備戰冬奧提供技術支援。“三維建構雪場配合運動員的高精度運動資訊，能夠幫助教練糾正訓練動作，提高運動員的訓練效率，同時還能用于室内仿真訓練。”
張海洋透露，相關技術正在持續更新中，未來将實作多人同步測量并精準定位、運動員訓練路線和動作的回放對照等多種用途。