科技如何助力北京冬奥会？揭开中国冰雪背后隐形的翅膀

2021-10-20 10:12:46

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2021年1月，张家口崇礼区的国家跳台滑雪中心“雪如意”，室外气温将近零下40℃，几个背着大大器材包的人影在雪白的山上，顶着大风移动。每到达一处捕捉点，刘宇就会仔细地检查设备，演示如何正确架设捕捉运动影像的摄像机。他们的工作，就是运用架设在这里的人工智能辅助系统，实时采集运动员起跳角度、空中姿态、速度、距离等数据，帮助运动员提高训练水平，助力中国跳台滑雪备战北京冬奥会。

刘宇，上海体育学院教授，首批全国高校黄大年式教师团队运动健康科学教师团队主要成员，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项首席科学家。

从校园实验室到雪山训练场，刘宇教授领衔的“科技冬奥”团队在科技创新之路上克服一道道难关，一路奋勇前行。这支师生科研团队开展的“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目，对接我国各支冬季项目国家队和训练基地，克服严寒、室外测试等恶劣条件，全面开展相关科技攻关研究与科技支撑服务，在跳台滑雪、高山滑雪、速滑、花滑等项目的运动训练测试、运动损伤预防、护具装备研发等方面取得了阶段性成果。他们的背后，是上海体育学院“双一流”学科优势，在“科技助力北京冬奥会”的命题前，积极服务国家冰雪运动走科技创新之路，为“中国冰雪”插上了一双隐形的翅膀。

“不能让极寒天气和任何困难，

挡住我们的步伐”

“我是河北张家口人，从小在山上磨爬滚打，自己也热爱冰雪运动，这也是一种缘分。”在上海体育学院的运动技能研究中心，日前记者见到了正在指导学生采集运动数据的刘宇教授，“非常有幸能够参与到科技冬奥工作当中，运用我们运动科学的知识，帮助国家运动员提高运动成绩、运动能力。”

刘宇介绍说，早期的运动数据采集，采用手工方式，短则几天，长则半个月，才能把结果反馈给教练员、运动员。后来采用Marker点的方式，就是在受试者身上贴标记物，数据比较精确，也可以快速得到，但是对运动员受试者有一定干扰，只能作为测试，在训练和比赛中基本不能采用。“所以我们现在开发和合作开发的这种基于人工智能的无Marker点、无干扰的三维动作捕捉技术，是国际领先的一种技术。”刘宇说，这就是目前他们在“雪如意”架设的生物力学测试系统，“在现场有多台高速摄像机，可以快速地获得运动员的三维运动信息，包括身体姿态、起跳的速度、起跳的角度，以及产生空中飞行升力的攻角等信息……”同时，他们还在运动员的身上穿戴很小型的传感器，采集从助滑、起跳、腾空飞行到落地的全过程的速度和位移信息。

“这些技术在国际上处于先进水平。”刘宇说，他们在展示给北欧两项主教练看了之后，教练竖起了大拇指表示，这个技术他在欧洲也没有看到过，非常好！“我们的冰雪运动要走科技创新之路，要自主创新，也要吸收国际的先进训练技术和经验。”他告诉记者，上海体育学院被国家体育总局授予中国冰雪科技联合攻关单位，是体育类院校里唯一一所，与国家体育总局冬季运动管理中心签署协议，共建中国冰雪——上海体育学院跳台滑雪生物力学重点实验室，在北欧两项等训练中，进行生物力学数据的技术采集，“最近我们建成的移动实验室，也受到了国家体育总局的高度肯定。”

刘宇记得，他和团队在国家跳台滑雪中心“雪如意”见证“第一跳”，展示科研成果之时，正赶上了百年未遇的寒流，当时张家口崇礼的温度达到零下40℃，野外作业，拆装设备，起早贪黑，相当艰苦，团队有些学生都给冻哭了。最后几天，他们想了办法，仪器当天不拆装，在当地买了一些皮帽、皮衣，给摄像机罩上，然后用大棉被把反馈训练信息的现场大电视机给盖上。“不能让极寒天气和任何困难，挡住我们的步伐！”

“让科研的服务和教练的训练，

完美地结合在一起”

“二十几个运动员，一个人跳10来跳，像下饺子一样，一个上午就200多跳，数据量非常大。”国家重点研发计划项目“科技冬奥”专项主要科研人员、上海体育学院副教授伍勰，一直与刘宇教授奔忙于训练场，“我们拍摄范围非常广，一帧帧画面叠加，可以看到整个动作，起跳的地方，有4台摄像机捕捉数据，之后每隔20米，一直到落地，都有摄像机去捕捉全程数据。然后在科研服务车上，我们做一些数据处理，将数据实时展示在大屏幕上。”

伍勰说，一名运动员的报告就有十几页，在反馈信息量非常大的情况下，他们会先给教练员最关键指标的简报表，再根据需求提供更细致的数据报告。而这个最关键指标，主要通过前期对训练队的跟踪，来确定相对薄弱的环节、需要提高的指标。“国家跳台滑雪队主教练米卡·柯乔恩科斯基，以前也是运动员，他研究生时的研究方向就是运动生物力学，他对我们下队服务很欢迎，他觉得这个指标能够帮助到训练，也很信任我们的数据。比如，他特别想看运动员在离台瞬间的身体的垂直速度……”

“最重要的是，出来的结果和指标，能得到教练组、主教练的肯定，我们提供的准确数据，能作为很好的依据，帮助他们有针对性地修改训练计划，针对某个运动员做一些辅助练习等。”伍勰说，“让科研的服务和教练的训练，能够比较完美地结合在一起。我们所有的这些助力，能真正地被教练和训练团队所接受，这也是对我们成绩的最大肯定。”

“把冬奥运动员武装到牙齿，

期待他们的最好表现”

在开展运动员技能优化专项研究的同时，另一项针对运动员穿着装备的“科技助力”也在积极推进中。上海体育学院教授、国家重点研发计划项目“科技冬奥”专项课题负责人傅维杰，把这项工作称之为“武装到牙齿”的系统工程。

“从运动员穿着这个角度去助力，让他们能够获得更好的成绩，我们正和其他单位一起共同打造中国冬奥队伍的服装及装备。”傅维杰介绍说，比如高山滑雪，相当于是冬季项目里面的短跑型，速度非常快，可以达到150-180公里/小时，而且高度非常高，在国家高山滑雪中心的落差可以达到近1公里。在这种高速高落差的情况下，除了运动成绩之外，还要考虑防护问题。比如运动员过弯的时候，会有被旗杆抽打的现象，就要专门设计防护护具，在易被抽打的部位上面进行保护，减少疼痛感，让运动员能发挥出过弯时的技术动作。“我们也考虑通过一些特殊的材料、特殊的结构，来针对冲撞进行缓冲和防护，避免运动员由于心理负担而不敢去做技术动作。”

傅维杰认为，冰上项目里的速度项目短道速滑和速滑，0.01秒都有可能决定冠军的归属。这个时候，装备非常重要，特别是对于高精尖的运动员来说，其自身的能力已经开发到极限，除了技术手段、训练水平之外，运动装备能够为他保驾护航，“换句话讲，0.01秒可能就差在装备上，是不是比人家更加先进。”从这个角度出发，他们针对紧身装备、紧身服进行科研开发，根据人体机能情况，为速滑、短道速滑运动员提供服装的支撑。“从技术动作的优化，到服装、装备的优化，还有运动鞋以及各种辅具，要把我们国内顶尖的冬奥运动员武装到牙齿，希望他们能够在冬奥赛场上有最好的表现！”

被称为“勇敢者的游戏”的跳台滑雪，是冬奥会上最具观赏性的项目之一。不过这项运动在中国申办2022北京冬奥会前，全国只有71名注册运动员。为备战冬奥，中国采取了从武术、田径等其他项目跨界跨项选材。运动员们训练时的拼搏精神，深深感染着上海体育学院的这支“科技冬奥”团队。现场的科研人员说：“他们的拼搏精神，让全世界都认识了中国运动员，也让科技助力更有了动力。现在运动员们的成绩都在上升期，对于科研人员来说，也感到十分欣慰。”

最近，团队已进入日益忙碌的备战状态，他们全力以赴，向着新的目标冲刺。“虽然夏天也有跳台滑草，可以进行训练，但是冬天的奥运比赛才是关键。”刘宇告诉记者，近期他们正在做技术系统的集成和完善，让这些设施可以作为常规的训练科技辅助手段，架设在训练场地，在没有科研人员在场的情况下，教练、队里的科研教练，以及助理人员也可以使用操作，马上获取数据信息。

“对此，教练员、运动员们也充满期待。”刘宇希望，“在进入冬季训练的时候，这些科技手段能够助力运动员取得好成绩，在北京冬奥会的赛场上有所突破！”