2月4日,大年初四,恰逢立春,2022年北京冬奥会开幕式进入最后的倒计时。

2015年7月31日,国际奥委会主席巴赫先生向世界宣布中国获得2022年冬奥会举办权。

与多年前2008年北京奥运会申奥成功一样,整个中国再次沸腾。

截至2021年10月,全国居民参与过冰雪运动的人数为3.46亿人,冰雪运动参与率24.56%,实现了带动三亿人参与冰雪运动的目标,极大加快了冰雪产业的进步。

冰雪运动热下,在新春的喜气中,全球瞩目的北京冬奥如约而至。

从申办到筹办,“科技”成为了北京冬奥会的一大底色,这让拉满北京冬奥会期待值的,不仅是比赛本身,更来自比赛背后的科技力量支撑。

 

1、智慧场馆,超级大脑

北京冬奥会唯一新建的冰上项目竞赛场馆国家速滑馆(也称为 "冰丝带"),就是绿色、环保、节能、低碳、可持续性的综合体。在这里,它将见证14块金牌诞生。

它拥有世界上最大跨度的正交双向马鞍形索网屋顶、3360块曲面玻璃单元打造高工艺曲面幕墙系统(“冰丝带”名字的由来),还是能直接蒸发制冷的“绿色”冰上运动场馆。

它更是一个拥有超级大脑的智慧场馆。接入了36个系统、近10万点实时数据,整合了速滑馆的视觉系统、听觉系统、嗅觉系统、呼吸系统、循环系统、动力系统、运动系统。

这个数字基座是如何让场馆有感觉,会呼吸,有记忆,会思考?

整个场馆各类传感器,实时捕捉室内外温度、湿度、空气质量、光照度等场馆运行数据。

根据气象参数,进行空气质量控制和光线控制等;通过数据挖掘和分析,给出场馆运行参数。

根据不同比赛场景和需求,自动控制座椅送风系统、制冰温度、场地除湿系统、屋顶电动窗系统、防疫消杀系统等等。

据悉,这颗“超级大脑”还能实现毫秒级管控,5万点数据查询时间为0.82秒。

基于“超级大脑”,场馆可视化运维系统和全域数字孪生系统,让场馆公共安防、设备监控、能源优化、健康环境运行情况直观可见。周边城市信息也被集成显示在大屏中,帮助研判场馆外围交通情况等城市层面运行情况。

 

2、“冰壶运动轨迹捕捉”技术

冰壶有“冰上象棋”之称。

这项起源于16世纪的苏格兰的运动,于1998年在第18届冬奥会成为正式冬季奥会比赛项目。

作为一种“策略游戏”,虽然没有激烈的身体对抗,但也是智力、体力的双重较量,兼具技巧与谋略。

冰壶运动轨迹,对运动员至关重要。他们要时刻关注冰壶的位置与速度,据此调整策略。

为了实现比赛场馆真实场景的数字化呈现,此次冬奥会,采用了“冰壶运动轨迹捕捉”技术。

在冰立方场馆内部署多路高清摄像头基础上,结合视觉AI感知、深度学习、三维建模和空间定位等技术,基于超3500个AI模型,让这项技术可以在1000平方米的大空间范围内对初速度约6m/s的冰壶实现检测跟踪和轨迹捕捉。

冰立方场馆内有一个长24米、宽7米,面积达170平方米的大屏。冰壶轨迹,通过实时渲染、虚实同步技术被精准还原,投射到大屏上,比如运动员掷出冰壶的同时,大屏会实时绘出一条曲线。

这个与整个冰场等宽的智慧大屏,可以同时展现4个大本营的实时画面,也能还原运动员捕捉制胜瞬间。

参赛队伍可以判断大本营的冰壶分布情况,了解比赛局势,以及帮助教练员和运动员研究战术、指导训练。而观众,可以借此了解冰壶运动的规律和精髓,欣赏之余关注竞技双方的策略战术,获得更多参与感。

 

3、智能跟踪拍摄系统,追上时速170公里的选手

高速运动目标跟踪拍摄系统,是登陆冬奥赛场的又一项硬科技。

高山滑雪项目以刺激性和挑战性著称,运动速度快,回转运动多。

滑雪过程中,高山滑雪速降选手滑行速度在每小时110公里至130公里,甚至能达到170公里/小时的速度。

此外,运动场地地形复杂、天气环境多变,环境温度通常会达到零下20度以下,拍摄环境恶劣,对人工操作技术要求颇高。

传统人工操作,不仅需要在陡峭的雪道上架设数十台专业摄影平台,滑雪赛道也需要人工拍摄驻守。

在前端采集上,冬奥会采用了“高速运动目标跟踪拍摄系统”,摄像头通过智能控制中台,自动对焦,快速锁定高速运动目标,自动实时跟踪拍摄,能在500米距离外,进行时速170公里运动目标跟踪拍摄。

这项技术由北京理工大学开发,这是冬奥场景中首次实现高速运动目标的无人化全局搜索、自动捕捉与智能跟踪拍摄。

 

4、“百米级、分钟级”的冬奥气象预测系统

与夏季奥运会不同,冬奥会更加依赖气象,赛场环境更复杂,对精细度要求更高,气候要素预报难度更大。

影响因素多。比如雪上项目,阳光多十分钟,飘来的一朵云,都会让风发生比变化。

特例多。不同比赛项目对风、气温、能见度、雨雪相态等要素的气象条件要求不同。

可能产生的大风、低温、低能见度、降雪等复杂的天气条件,影响赛程安排、比赛成绩甚至比赛安全。

比如比赛的山区地形复杂,环境变化大。不仅“一天变四季”、“十里不同天”,同一时空的不同位置气候也不同,高山滑雪,垂直落差约900米、坡面长度约3000米的赛道,海拔落差每一百米,气象环境就有天壤之别。

充分的气象预报服务必不可少,但纵观历届冬奥会气象服务保障,国际上并没有成熟的、完全适用于北京冬奥会的方案。

中国的高精度天气预报“睿图”模式体系(RMAPS),为冬奥定制研发了“睿图-睿思”、“睿图-大涡”等百米级预报技术。

不同项目和场地对气象条件的关注重点不同,冬奥会气象团队精细到“一场一策”甚至“一项一策”。

在往届冬奥会期间,客观气象预报基本以千米网格为主,时间更新频率是半小时至1小时。而北京冬奥会,空间网格分辨率最高可达67米,时间更新频次最高达到10分钟。

在空间上,每隔100米甚至更短,就有一个预报数据;在时间上,每隔10分钟,就能更新一组预报。

“百米级、分钟级”,是往届冬奥会从未实现过的气象服务目标。

人工智能预报技术也在国际上首次被应用于冬奥会气象服务。

基于人工智能深加工技术的0-10天冬奥关键点位‘定时定点定量’预报,通过对海量的数值天气预报模型预报数据和大量的气象观测数据进行“再解读”,从而实现客观气象预报的“再订正”,提升冬奥气象预报的精准度。

 

 

5、各类智能机器人上阵

防疫机器人、引导机器人、递送机器人、物流机器人、炒菜机器人、送餐机器人等各类机器人一一亮相场馆。

防疫监督智能机器人,具备多功能,如测量体温、人脸识别、识别绿码、迎宾接待、讲解介绍、物品速递等。它们还具备自动充电和维护、自动避障功能,可适应大流量人群,适应长时长连续工作。

5G送餐机器人和物流机器人,采用5G室内多功能云端技术,融合3D语义地图,结合激光雷达、超声、摄像头、红外传感器等多模态自主导航及避障的智能行走能力,可以进行自主规划路径、自主避障的智能送餐服务。

翻译机器人,不仅进行各国语言翻译,还能将进行手语、言语翻译,为听障人士与外界交流提供了便利。

消毒机器人,通过头顶上的四向喷头将液化出来的气雾喷洒至空气中,一分钟消毒面积可达36平方米,单台机器人消毒面积最多可覆盖1000平方米以上,续航时间4-5小时。

电力巡检机器狗,还有“不怕撞墙”的无人机,确保赛时电力保障,实现电力巡检无人化。

 

6、超级现场:三维仿真、VR、自由视角

冬奥场馆除了5G信号全覆盖、8K比赛画面实时传输,还实现了从现场阵列采集、云端三维重建、编码传输到终端解码渲染端到端实时处理。

比如竞赛场地,设置了数十台相机组成的相机阵列,可以进行多方位拍摄,再通过VR技术再现空间,让场外观众可以在家观看比赛。

在终端呈现方面,冬奥场馆配有面向移动终端用户的“超级现场”手机应用服务,通过嵌入多视角、三维声、VR等技术,提供沉浸式观赛体验。

为了更好地呈现冰雪赛事,运动员头戴的360度摄像头,在高速滑行的雪撬上进行拍摄,把拍摄的画面保存下来,观众可以以第一视角体验在雪撬上的高速、刺激和沉浸感。

现场的观众,可以利用“AI+AR”智能室内定位导航系统提供立体实景导航,以最快速度定位到目的地,VR虚拟导览系统,也可以让观众自由观赛视角无死角观赛。

冬奥会场馆还应用了虚拟场馆仿真系统(VSS),通过可视化“数字孪生”模型,对赛事场馆进行了1:1还原,实现三维场景仿真,工作人员可以在线上进行业务领域流线、区域的规划和设计,媒体摄像机位的模拟部署等。

据悉,这是奥运赛历史上首次使用虚拟场馆仿真方式进行运行设计和转播规划的系统平台。

 

7、视觉仿真系统

虚拟场馆仿真系统其实基于北京8分钟的视觉仿真系统。

在全世界面前,以科技形式呈现中国缤纷多彩的文化,那场惊艳世界的北京8分钟,离不开技术团队的支持。

隐藏在一面面“冰屏”之下的机器人,不仅需要冰屏的运动旋转,更需要与演员、地面投影进行联动表演,需要精准的机器人导航系统,理解复杂的动作。

参演要素多、创意过程复杂、排练关联复杂度高,现场灯光干扰多。

团队采用了激光导航加上惯性导航组合的技术进行精准定位,同时用独立的无线电技术配合精度和准度,

其中用到了两套视觉系统:“OpenGL表演辅助训练系统”和“北京8分钟文艺表演预演系统”,两者分别充当“眼睛”和“指挥棒”。

前者采用了影视虚拟和数字表演与仿真技术,后者则是团队专门研发的广场表演预演系统和训练彩排与数字验证系统。

两套系统可以根据导演的创意方案将文艺表演过程全部仿真,以可视化的界面和图纸、视频等多种形式展现演员的运动轨迹、位置信息、队形变化、运动速度等,帮助导演把控、决策及完善表演方案。

文艺表演预演系统利用定位系统,加入演员真实排练数据,并融入灯光、音乐、道具、视频、场景等,对演出全要素进行同比例建模,从而用可视化的界面将各种方案的真实效果进行逼真的线上“彩排”,帮助导演把控、决策和完善表演方案。