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    5G、新材料、機器人:被科技“武裝”的冬奧會

    2022-02-13 15:05:04    來源:界面新聞

    從北京冬奧會開幕式開始,我們就看到人工智能(AI)、5G、AR、裸眼3D和云等多種科技成果帶給觀眾震撼體驗。

    現在,隨著冬奧的進行,各種技術應用盲盒也充分打開,體現在場館基礎設施建設、綠色環保等方面實現技術的改進,各種創新的技術和材料也在在綠色環保、智慧服務、后勤保障、場館建設、節能出行、通信等方面實現了飛躍的進步。

    “冰絲帶”背后的制冰秘密

    國家速滑館又稱“冰絲帶”,是本屆賽事唯一新建冰上競賽場館,也是冬奧歷史上第一個使用二氧化碳作為制冷劑的速滑場館。冰面是場館運行的關鍵設施,國家速滑館擁有亞洲最大的全冰面設計,面積達到了近1.2萬平方米。利用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術在這樣大的冰面上制冰,在此前的冬奧速度滑冰場館中并沒有先例。

    本次“冰絲帶”啟用的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術,制成的冰面冰溫非常均勻,最大溫差能夠控制在0.5攝氏度以內,冰面硬度始終一致,有助于運動員創造運動成績。

    二氧化碳制冷相比傳統制冷方式,制冰能效可提升30%,經過研究人員測算,國家速滑館的二氧化碳制冰系統每年可以節省約180萬度電量。制冷系統通過制冷劑或載冷劑帶走冰層下面的熱量來實現冰場的迅速降溫,這些被帶走的熱量一般都是直接排到室外環境中,但在這里,工程師們憑借著科技手段,實現了回收利用,可以提供70℃熱水以用于生活熱水和除濕再生等用途。

    “綠電”助力冬奧碳中和

    北京冬奧會將全面實現碳中和。在交通上,氫燃料電池車的使用本屆冬奧會的亮點,成為一場“氫能秀”,冬奧會將示范運行超1000輛氫能源汽車,配備30多個加氫站,是全球最大的一次燃料電池汽車示范。

    北京冬奧會期間,212輛“100%國產”氫燃料電池客車通過5座“100%綠氫”加氫站提供加氫服務,預計可實現每輛車每千米0.28升的節油效益,總節油量約9.6噸,實現每輛車每千米0.75千克的減碳效益,總碳減排量約30噸。節能和清潔能源的車輛在小客車中占比幾乎達到了百分之百,在所有車輛中的占比達到了八成以上。

    為實現北京冬奧會碳中和目標,冬奧實施了張北柔性直流電網工程,將張北地區的風能、太陽能等生產的綠電輸入北京。賽事期間,北京冬奧會三大賽區26個場館將實現100%綠電供應。當然一些電力供應的安全巡檢,也引入了智能協作機器人,對重點保障點位進行不間斷巡視,全力保證可靠供電。

    從餐飲到安防,機器人在冬奧無處不在

    機器人在冬奧會大放異彩,包括餐飲機器人、配送機器人、消毒機器人等。

    由碧桂園千璽機器人集團研制的智慧餐廳面積達到5400平方米,能同時容納1700余人用餐。機器人元素無處不在,有機器人負責炒菜,有機器人負責做煲仔飯,想吃中餐或者西餐都可以,等機器人做好飯之后,送餐機器人會利用空中的云軌傳送系統將飯菜送到點餐人所在的位置。

    北京獵戶星空科技有限公司的雙臂協作機器人“大白”,則化身咖啡“大師”,大白由兩條六軸協作式機械臂組成,左右機械臂可以同時開工,能精準執行各種不同的動作,只需4分鐘就可完成取豆、稱重、取水、上水、沖泡等一系列咖啡制作工藝。

    由九號公司提供的配送機器人,進行一定的模塊化改造和測試后,可在冬奧場館內提供室內巡邏安防服務,對場館內情況進行實時監測和管理,也可以為人提供物品配送服務。

    搭載準分子消毒燈的智能消毒機器人。

    有一些專職消毒的機器人是在場館中默默地工作,與普通的消毒機器人不同,在面對復雜物體表面時,冬奧會中的消毒機器人不僅能自適應地識別物體的形狀,還能自主規劃消毒軌跡,實現高效、精準的消殺,更適合在無人操作的環境下工作。中國科學院自動化研究所為消毒機器人配備準分子消毒燈,發出222納米波長的紫外線,對被照射的空氣實現消毒,并且不會對人體產生傷害。

    高速攝像機、北斗導航輔助運動員訓練

    在冬奧會項目比賽中,AI、高速攝像機、北斗導航技術得到大范圍使用,用于運動員訓練。

    比如跳臺滑雪生物力學快速反饋系統,以往教練員主要是借助普通攝像機和影像拍攝設備,把運動員的運動軌跡拍攝下來,事后觀看分析,提出改進訓練方案。通過架設多臺高速高清攝像機采集三維運動數據,AI可以自動識別運動員各關節點位置,并計算起跳蹬伸距離、起跳關節角度、起跳垂直速度等重要指標,實現跳臺滑雪三維動作捕捉及分析。

    對于花樣滑冰這樣的運動而言,評判標準更多,AI系統通過三維骨架節點檢測與姿態估計,幫助運動員改善姿勢的規范度與美觀度。而運動目標3D模型可視化,則為運動員技術分析提供了清晰的運動模型。

    北斗導航數字化雪場反饋系統利用北斗導航系統實現的場地信息數字化和運動員滑行軌跡數字化,可以反饋騰空高度、射出速度、起跳角度、位移信息和數據對比等信息。

    超高清轉播背后的5G云轉播“大考”

    5G、云轉播技術在本次冬奧會大規模采用,成為未來體育轉播技術的練兵場。目前,5G信號已覆蓋北京冬奧會的競賽場館、配套設施及京張高鐵、京禮高速公路等交通干線。

    5G云轉播優勢在于,轉播商不用把笨重昂貴的轉播設備運到冬奧會現場,把導播、制作、剪輯、字幕等工作從傳統的轉播車上轉移到云上去,在云端完成制播流程,真正實現奧運賽事高畫質、低成本轉播。

    本屆冬奧會將首次以4K超高清格式轉播,部分重要賽事更是以8K格式轉播。在賽事時長上,整體時長月1000小時,轉播內容含量將達6000小時,是歷屆冬奧會規模最大的一次。云上轉播平臺OBSCloud是阿里巴巴與奧林匹克轉播服務公司聯手打造的轉播技術,在東京奧運會上實現首次使用,為全球轉播機構提供云上轉播支持,這也是奧運歷史上首次采用云計算支撐全球轉播。

    在冬奧期間啟用的高鐵5G超高清演播室,是全球首次在350公里時速的高鐵列車上,依托5G技術打造超高清直播演播室,實現超高清信號的長時間穩定傳輸。中國聯通對京張高鐵全程全網部署了3.5G 200M網絡,同時將5G信號引入到車體內,這在全球尚屬首例。

    全球首臺8K+5G超高清視頻全業務轉播車。 圖片來源:中聯超清/協同中心

    北京冬奧會期間,觀眾在觀看短道速滑和花樣滑冰賽事時,用戶將會享受到更清晰的畫面和更豐富多彩的觀賽角度。由中聯超清/協同中心完成的全球首套5G+8K超高清視頻全業務轉播車,將承擔這兩項賽事的轉播服務,轉播車及技術支持服務團隊將與中央廣播電視總臺合作對2022北京冬奧短道速滑和花樣滑冰賽事進行全程8K公共信號制作。預計實際賽事轉播將從2月4日一直持續到20日,總計連續轉播17天,總轉播時長約為46小時,總素材錄制時長超過230小時。

    針對冬奧會冰雪運動的特點,采用自主研發的冬奧賽事8K+VR直播系統和自由視點(6DoF VR)技術,對冰雪運動項目進行示范播出,用戶可以通過手機、VR頭盔和電視大屏,實現VR直播觀看。

    總臺央視新聞于11月份正式推出AI手語主播,基于北京智源人工智能研究院“悟道2.0”超大智能模型進行研發,自主搭建的系統。AI手語主播不僅可以報道新聞,還可以進行賽事手語直播,通過肢體動作、表情、手指等動作進行手語播報,AI主播具備手語表達及手語呈現效果的能力,可提供專業精確的手語解說,便于殘障人士收看賽事報道。

    服裝背后的技術創新

    由于冬季運動特殊氣候條件的需求,制服既要抵御嚴寒、防風保暖,又要透氣透濕、輕便舒適,但防風和透氣、保暖和輕便在客觀上互相矛盾。

    為此,冬奧制服裝備研發設計團隊在材料使用上通過科學的材料選擇和穿搭組合來達到一種平衡,最大程度滿足所有場景下的需求。冬奧制服填充絮料是一種多層結構保暖絮片,在燈光1分鐘照射下,光譜蓄熱纖維比普通蓄熱纖維溫度高8℃,滿足寒冷環境的保暖需求。

    冬奧會競速類項目中,0.01秒就有可能決定一塊獎牌的歸屬。為了最大限度地減少風阻,提高運功員的速度,緊身服裝已普遍應用于速度滑冰、高山滑雪、雪車、雪橇等競速類項目中。

    由北京服裝學院牽頭開發的競速類緊身比賽服,服裝表面為凹坑結構,能有效減小風阻搜集和測試150多種面料的基礎性能,根據中國運動員體型特點設計,主要涉及短道速滑、速度滑冰、高山滑雪等競速類項目,研發的多款比賽服減阻率均超過10%。

    在顏色和搭配上,比賽服挑選更加靚麗的色彩,體現設計感。此外,通過色彩學分析、紋樣等視覺因素心理評價研究,結合3D模擬方式,研究服裝視覺因素對競技評價產生的影響。

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