北京冬奧的“科技”底色

作者 | 安晔

編輯｜餘快

2月4日，大年初四，恰逢立春，2022年北京冬奧會開幕式進入最後的倒計時。

2015年7月31日，國際奧委會主席巴赫先生向世界宣布中國獲得2022年冬奧會舉辦權。

與多年前2008年北京奧運會申奧成功一樣，整個中國再次沸騰。

截至2021年10月，全國居民參與過冰雪運動的人數為3.46億人，冰雪運動參與率24.56%，實作了帶動三億人參與冰雪運動的目标，極大加快了冰雪産業的進步。

冰雪運動熱下，在新春的喜氣中，全球矚目的北京冬奧如約而至。

從申辦到籌辦，“科技”成為了北京冬奧會的一大底色，這讓拉滿北京冬奧會期待值的，不僅是比賽本身，更來自比賽背後的科技力量支撐。

1、智慧場館，超級大腦

北京冬奧會唯一建立的冰上項目競賽場館國家速滑館（也稱為 "冰絲帶"），就是綠色、環保、節能、低碳、可持續性的綜合體。在這裡，它将見證14塊金牌誕生。

它擁有世界上最大跨度的正交雙向馬鞍形索網屋頂、3360塊曲面玻璃單元打造高工藝曲面幕牆系統（“冰絲帶”名字的由來），還是能直接蒸發制冷的“綠色”冰上運動場館。

它更是一個擁有超級大腦的智慧場館。接入了36個系統、近10萬點實時資料，整合了速滑館的視覺系統、聽覺系統、嗅覺系統、呼吸系統、循環系統、動力系統、運動系統。

這個數字基座是如何讓場館有感覺，會呼吸，有記憶，會思考？

整個場館各類傳感器，實時捕捉室内外溫度、濕度、空氣品質、光照度等場館運作資料。

根據氣象參數，進行空氣品質控制和光線控制等；通過資料挖掘和分析，給出場館運作參數。

根據不同比賽場景和需求，自動控制座椅送風系統、制冰溫度、場地除濕系統、屋頂電動窗系統、防疫消殺系統等等。

據悉，這顆“超級大腦”還能實作毫秒級管控，5萬點資料查詢時間為0.82秒。

基于“超級大腦”，場館可視化運維系統和全域數字孿生系統，讓場館公共安防、裝置監控、能源優化、健康環境運作情況直覺可見。周邊城市資訊也被內建顯示在大屏中，幫助研判場館外圍交通情況等城市層面運作情況。

2、“冰壺運動軌迹捕捉”技術

冰壺有“冰上象棋”之稱。

這項起源于16世紀的蘇格蘭的運動，于1998年在第18屆冬奧會成為正式冬季奧會比賽項目。

作為一種“政策遊戲”，雖然沒有激烈的身體對抗，但也是智力、體力的雙重較量，兼具技巧與謀略。

冰壺運動軌迹，對運動員至關重要。他們要時刻關注冰壺的位置與速度，據此調整政策。

為了實作比賽場館真實場景的數字化呈現，此次冬奧會，采用了“冰壺運動軌迹捕捉”技術。

在冰立方場館内部署多路高清攝像頭基礎上，結合視覺AI感覺、深度學習、三維模組化和空間定位等技術，基于超3500個AI模型，讓這項技術可以在1000平方米的大空間範圍内對初速度約6m/s的冰壺實作檢測跟蹤和軌迹捕捉。

冰立方場館内有一個長24米、寬7米，面積達170平方米的大屏。冰壺軌迹，通過實時渲染、虛實同步技術被精準還原，投射到大屏上，比如運動員擲出冰壺的同時，大屏會實時繪出一條曲線。

這個與整個冰場等寬的智慧大屏，可以同時展現4個大學營的實時畫面，也能還原運動員捕捉制勝瞬間。

參賽隊伍可以判斷大學營的冰壺分布情況，了解比賽局勢，以及幫助教練員和運動員研究戰術、指導訓練。而觀衆，可以借此了解冰壺運動的規律和精髓，欣賞之餘關注競技雙方的政策戰術，獲得更多參與感。

3、智能跟蹤拍攝系統，追上時速170公裡的選手

高速運動目标跟蹤拍攝系統，是登陸冬奧賽場的又一項硬科技。

高山滑雪項目以刺激性和挑戰性著稱，運動速度快，回轉運動多。

滑雪過程中，高山滑雪速降選手滑行速度在每小時110公裡至130公裡，甚至能達到170公裡/小時的速度。

此外，運動場地地形複雜、天氣環境多變，環境溫度通常會達到零下20度以下，拍攝環境惡劣，對人工操作技術要求頗高。

傳統人工操作，不僅需要在陡峭的雪道上架設數十台專業攝影平台，滑雪賽道也需要人工拍攝駐守。

在前端采集上，冬奧會采用了“高速運動目标跟蹤拍攝系統”，攝像頭通過智能控制中台，自動對焦，快速鎖定高速運動目标，自動實時跟蹤拍攝，能在500米距離外，進行時速170公裡運動目标跟蹤拍攝。

這項技術由北京理工大學開發，這是冬奧場景中首次實作高速運動目标的無人化全局搜尋、自動捕捉與智能跟蹤拍攝。

4、“百米級、分鐘級”的冬奧氣象預測系統

與夏季奧運會不同，冬奧會更加依賴氣象，賽場環境更複雜，對精細度要求更高，氣候要素預報難度更大。

影響因素多。比如雪上項目，陽光多十分鐘，飄來的一朵雲，都會讓風發生比變化。

特例多。不同比賽項目對風、氣溫、能見度、雨雪相态等要素的氣象條件要求不同。

可能産生的大風、低溫、低能見度、降雪等複雜的天氣條件，影響賽程安排、比賽成績甚至比賽安全。

比如比賽的山區地形複雜，環境變化大。不僅“一天變四季”、“十裡不同天”，同一時空的不同位置氣候也不同，高山滑雪，垂直落差約900米、坡面長度約3000米的賽道，海拔落差每一百米，氣象環境就有天壤之别。

充分的氣象預報服務必不可少，但縱觀曆屆冬奧會氣象服務保障，國際上并沒有成熟的、完全适用于北京冬奧會的方案。

中國的高精度天氣預報“睿圖”模式體系（RMAPS），為冬奧定制研發了“睿圖-睿思”、“睿圖-大渦”等百米級預報技術。

不同項目和場地對氣象條件的關注重點不同，冬奧會氣象團隊精細到“一場一策”甚至“一項一策”。

在往屆冬奧會期間，客觀氣象預報基本以千米網格為主，時間更新頻率是半小時至1小時。而北京冬奧會，空間網格分辨率最高可達67米，時間更新頻次最高達到10分鐘。

在空間上，每隔100米甚至更短，就有一個預報資料；在時間上，每隔10分鐘，就能更新一組預報。

“百米級、分鐘級”，是往屆冬奧會從未實作過的氣象服務目标。

人工智能預報技術也在國際上首次被應用于冬奧會氣象服務。

基于人工智能深加工技術的0-10天冬奧關鍵點位‘定時定點定量’預報，通過對海量的數值天氣預報模型預報資料和大量的氣象觀測資料進行“再解讀”，進而實作客觀氣象預報的“再訂正”，提升冬奧氣象預報的精準度。

5、各類智能機器人上陣

防疫機器人、引導機器人、遞送機器人、物流機器人、炒菜機器人、送餐機器人等各類機器人一一亮相場館。

防疫監督智能機器人，具備多功能，如測量體溫、人臉識别、識别綠碼、迎賓接待、講解介紹、物品速遞等。它們還具備自動充電和維護、自動避障功能，可适應大流量人群，适應長時長連續工作。

5G送餐機器人和物流機器人，采用5G室内多功能雲端技術，融合3D語義地圖，結合雷射雷達、超聲、攝像頭、紅外傳感器等多模态自主導航及避障的智能行走能力，可以進行自主規劃路徑、自主避障的智能送餐服務。

翻譯機器人，不僅進行各國語言翻譯，還能将進行手語、言語翻譯，為聽障人士與外界交流提供了便利。

消毒機器人，通過頭頂上的四向噴頭将液化出來的氣霧噴灑至空氣中，一分鐘消毒面積可達36平方米，單台機器人消毒面積最多可覆寫1000平方米以上，續航時間4-5小時。

電力巡檢機器狗，還有“不怕撞牆”的無人機，確定賽時電力保障，實作電力巡檢無人化。

6、超級現場：三維仿真、VR、自由視角

冬奧場館除了5G信号全覆寫、8K比賽畫面實時傳輸，還實作了從現場陣列采集、雲端三維重建、編碼傳輸到終端解碼渲染端到端實時處理。

比如競賽場地，設定了數十台相機組成的相機陣列，可以進行多方位拍攝，再通過VR技術再現空間，讓場外觀衆可以在家觀看比賽。

在終端呈現方面，冬奧場館配有面向移動終端使用者的“超級現場”手機應用服務，通過嵌入多視角、三維聲、VR等技術，提供沉浸式觀賽體驗。

為了更好地呈現冰雪賽事，運動員頭戴的360度攝像頭，在高速滑行的雪撬上進行拍攝，把拍攝的畫面儲存下來，觀衆可以以第一視角體驗在雪撬上的高速、刺激和沉浸感。

現場的觀衆，可以利用“AI+AR”智能室内定位導航系統提供立體實景導航，以最快速度定位到目的地，VR虛拟導覽系統，也可以讓觀衆自由觀賽視角無死角觀賽。

冬奧會場館還應用了虛拟場館仿真系統（VSS），通過可視化“數字孿生”模型，對賽事場館進行了1:1還原，實作三維場景仿真，從業人員可以線上上進行業務領域流線、區域的規劃和設計，媒體錄影機位的模拟部署等。

據悉，這是奧運賽曆史上首次使用虛拟場館仿真方式進行運作設計和轉播規劃的系統平台。

7、視覺仿真系統

虛拟場館仿真系統其實基于北京8分鐘的視覺仿真系統。

在全世界面前，以科技形式呈現中國缤紛多彩的文化，那場驚豔世界的北京8分鐘，離不開技術團隊的支援。

隐藏在一面面“冰屏”之下的機器人，不僅需要冰屏的運動旋轉，更需要與演員、地面投影進行關聯表演，需要精準的機器人導航系統，了解複雜的動作。

參演要素多、創意過程複雜、排練關聯複雜度高，現場燈光幹擾多。

團隊采用了雷射導航加上慣性導航組合的技術進行精準定位，同時用獨立的無線電技術配合精度和準度，

其中用到了兩套視覺系統：“OpenGL表演輔助訓練系統”和“北京8分鐘文藝表演預演系統”，兩者分别充當“眼睛”和“指揮棒”。

前者采用了影視虛拟和數字表演與仿真技術，後者則是團隊專門研發的廣場表演預演系統和訓練彩排與數字驗證系統。

兩套系統可以根據導演的創意方案将文藝表演過程全部仿真，以可視化的界面和圖紙、視訊等多種形式展現演員的運動軌迹、位置資訊、隊形變化、運動速度等，幫助導演把控、決策及完善表演方案。

文藝表演預演系統利用定位系統，加入演員真實排練資料，并融入燈光、音樂、道具、視訊、場景等，對演出全要素進行同比例模組化，進而用可視化的界面将各種方案的真實效果進行逼真的線上“彩排”，幫助導演把控、決策和完善表演方案。雷峰網雷峰網雷峰網