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5G、新材料、机器人:被科技“武装”的冬奥会2022-02-14


5G、新材料、机器人:被科技“武装”的冬奥会


从北京冬奥会开幕式开始,我们就看到人工智能(AI)、5G、AR、裸眼3D和云等多种科技成果带给观众震撼体验。

  

现在,随着冬奥的进行,各种技术应用盲盒也充分打开,体现在场馆基础设施建设、绿色环保等方面实现技术的改进,各种创新的技术和材料也在在绿色环保、智慧服务、后勤保障、场馆建设、节能出行、通信等方面实现了飞跃的进步。  

“冰丝带”背后的制冰秘密 

国家速滑馆又称“冰丝带”,是本届赛事唯一新建冰上竞赛场馆,也是冬奥历史上第一个使用二氧化碳作为制冷剂的速滑场馆。冰面是场馆运行的关键设施,国家速滑馆拥有亚洲最大的全冰面设计,面积达到了近1.2万平方米。利用二氧化碳跨临界直冷制冰技术在这样大的冰面上制冰,在此前的冬奥速度滑冰场馆中并没有先例。

 

 

本次“冰丝带”启用的二氧化碳跨临界直冷制冰技术,制成的冰面冰温非常均匀,最大温差能够控制在0.5摄氏度以内,冰面硬度始终一致,有助于运动员创造运动成绩。

 


 

二氧化碳制冷相比传统制冷方式,制冰能效可提升30%,经过研究人员测算,国家速滑馆的二氧化碳制冰系统每年可以节省约180万度电量。制冷系统通过制冷剂或载冷剂带走冰层下面的热量来实现冰场的迅速降温,这些被带走的热量一般都是直接排到室外环境中,但在这里,工程师们凭借着科技手段,实现了回收利用,可以提供70℃热水以用于生活热水和除湿再生等用途。

 “绿电”助力冬奥碳中和

 

北京冬奥会将全面实现碳中和。在交通上,氢燃料电池车的使用本届冬奥会的亮点,成为一场“氢能秀”,冬奥会将示范运行超1000辆氢能源汽车,配备30多个加氢站,是全球最大的一次燃料电池汽车示范。

 

 北京冬奥会期间,212辆“100%国产”氢燃料电池客车通过5座“100%绿氢”加氢站提供加氢服务,预计可实现每辆车每千米0.28升的节油效益,总节油量约9.6吨,实现每辆车每千米0.75千克的减碳效益,总碳减排量约30吨。节能和清洁能源的车辆在小客车中占比几乎达到了百分之百,在所有车辆中的占比达到了八成以上。

 

 为实现北京冬奥会碳中和目标,冬奥实施了张北柔性直流电网工程,将张北地区的风能、太阳能等生产的绿电输入北京。赛事期间,北京冬奥会三大赛区26个场馆将实现100%绿电供应。当然一些电力供应的安全巡检,也引入了智能协作机器人,对重点保障点位进行不间断巡视,全力保证可靠供电。

 

从餐饮到安防,机器人在冬奥无处不在

  

机器人在冬奥会大放异彩,包括餐饮机器人、配送机器人、消毒机器人等。  

智慧餐厅面积达到5400平方米,能同时容纳1700余人用餐。机器人元素无处不在,有机器人负责炒菜,有机器人负责做煲仔饭,想吃中餐或者西餐都可以,等机器人做好饭之后,送餐机器人会利用空中的云轨传送系统将饭菜送到点餐人所在的位置。 

双臂协作机器人“大白”,则化身咖啡“大师”,大白由两条六轴协作式机械臂组成,左右机械臂可以同时开工,能精准执行各种不同的动作,只需4分钟就可完成取豆、称重、取水、上水、冲泡等一系列咖啡制作工艺。

 配送机器人,进行一定的模块化改造和测试后,可在冬奥场馆内提供室内巡逻安防服务,对场馆内情况进行实时监测和管理,也可以为人提供物品配送服务。  

搭载准分子消毒灯的智能消毒机器人。

 有一些专职消毒的机器人是在场馆中默默地工作,与普通的消毒机器人不同,在面对复杂物体表面时,冬奥会中的消毒机器人不仅能自适应地识别物体的形状,还能自主规划消毒轨迹,实现高效、精准的消杀,更适合在无人操作的环境下工作。

中国科学院自动化研究所为消毒机器人配备准分子消毒灯,发出222纳米波长的紫外线,对被照射的空气实现消毒,并且不会对人体产生伤害。  

高速摄像机、北斗导航辅助运动员训练

 在冬奥会项目比赛中,AI、高速摄像机、北斗导航技术得到大范围使用,用于运动员训练。 

比如跳台滑雪生物力学快速反馈系统,以往教练员主要是借助普通摄像机和影像拍摄设备,把运动员的运动轨迹拍摄下来,事后观看分析,提出改进训练方案。通过架设多台高速高清摄像机采集三维运动数据,AI可以自动识别运动员各关节点位置,并计算起跳蹬伸距离、起跳关节角度、起跳垂直速度等重要指标,实现跳台滑雪三维动作捕捉及分析。

 

 

对于花样滑冰这样的运动而言,评判标准更多,AI系统通过三维骨架节点检测与姿态估计,帮助运动员改善姿势的规范度与美观度。而运动目标3D模型可视化,则为运动员技术分析提供了清晰的运动模型。

 北斗导航数字化雪场反馈系统利用北斗导航系统实现的场地信息数字化和运动员滑行轨迹数字化,可以反馈腾空高度、射出速度、起跳角度、位移信息和数据对比等信息。 

超高清转播背后的5G云转播“大考” 

5G、云转播技术在本次冬奥会大规模采用,成为未来体育转播技术的练兵场。目前,5G信号已覆盖北京冬奥会的竞赛场馆、配套设施及京张高铁、京礼高速公路等交通干线。 

5G云转播优势在于,转播商不用把笨重昂贵的转播设备运到冬奥会现场,把导播、制作、剪辑、字幕等工作从传统的转播车上转移到云上去,在云端完成制播流程,真正实现奥运赛事高画质、低成本转播。

 

 

本届冬奥会将首次以4K超高清格式转播,部分重要赛事更是以8K格式转播。在赛事时长上,整体时长月1000小时,转播内容含量将达6000小时,是历届冬奥会规模最大的一次。云上转播平台是与奥林匹克转播服务公司联手打造的转播技术,在东京奥运会上实现首次使用,为全球转播机构提供云上转播支持,这也是奥运历史上首次采用云计算支撑全球转播。 

在冬奥期间启用的高铁5G超高清演播室,是全球首次在350公里时速的高铁列车上,依托5G技术打造超高清直播演播室,实现超高清信号的长时间稳定传输。中国联通对京张高铁全程全网部署了3.5G 200M网络,同时将5G信号引入到车体内,这在全球尚属首例。

 

 

全球首台8K+5G超高清视频全业务转播车。   

北京冬奥会期间,观众在观看短道速滑和花样滑冰赛事时,用户将会享受到更清晰的画面和更丰富多彩的观赛角度。完成的全球首套5G+8K超高清视频全业务转播车,将承担这两项赛事的转播服务,转播车及技术支持服务团队将与中央广播电视总台合作对2022北京冬奥短道速滑和花样滑冰赛事进行全程8K公共信号制作。预计实际赛事转播将从2月4日一直持续到20日,总计连续转播17天,总转播时长约为46小时,总素材录制时长超过230小时。  

针对冬奥会冰雪运动的特点,采用自主研发的冬奥赛事8K+VR直播系统和自由视点(6DoF VR)技术,对冰雪运动项目进行示范播出,用户可以通过手机、VR头盔和电视大屏,实现VR直播观看。

 

 总台央视新闻于11月份正式推出AI手语主播,基于北京智源人工智能研究院“悟道2.0”超大智能模型进行研发,自主搭建的系统。AI手语主播不仅可以报道新闻,还可以进行赛事手语直播,通过肢体动作、表情、手指等动作进行手语播报,AI主播具备手语表达及手语呈现效果的能力,可提供专业精确的手语解说,便于残障人士收看赛事报道。 

服装背后的技术创新 

由于冬季运动特殊气候条件的需求,制服既要抵御严寒、防风保暖,又要透气透湿、轻便舒适,但防风和透气、保暖和轻便在客观上互相矛盾。 

为此,冬奥制服装备研发设计团队在材料使用上通过科学的材料选择和穿搭组合来达到一种平衡,最大程度满足所有场景下的需求。冬奥制服填充絮料是一种多层结构保暖絮片,在灯光1分钟照射下,光谱蓄热纤维比普通蓄热纤维温度高8℃,满足寒冷环境的保暖需求。  

冬奥会竞速类项目中,0.01秒就有可能决定一块奖牌的归属。为了最大限度地减少风阻,提高运功员的速度,紧身服装已普遍应用于速度滑冰、高山滑雪、雪车、雪橇等竞速类项目中。 

 

由开发的竞速类紧身比赛服,服装表面为凹坑结构,能有效减小风阻搜集和测试150多种面料的基础性能,根据中国运动员体型特点设计,主要涉及短道速滑、速度滑冰、高山滑雪等竞速类项目,研发的多款比赛服减阻率均超过10%。  

在颜色和搭配上,比赛服挑选更加靓丽的色彩,体现设计感。此外,通过色彩学分析、纹样等视觉因素心理评价研究,结合3D模拟方式,研究服装视觉因素对竞技评价产生的影响。



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