细数2022冬奥会背后九大黑科技

传感器技术 2022-02-09 07:00



本次冬奥会的理念也是节俭办奥运,与2008年的夏季奥运会不同,2022年北京冬奥会在基础设施的投入成本上节俭了很多。当然这也是跟自己比较,其它国家估计要达到“节俭”的标杆是非常困难的。


今天的奥运舞台,不单是赛场上运动员之间的较量,更是赛场背后科学水平、技术装备的大比拼。“更快、更高、更强”的奥林匹克精神,公平公正的竞技环境,也体现在了技术进步上。


简单盘点一下本次冬奥会的“黑科技”,主要有以下几点:



无人化转播


受疫情影响,我国采用无人化实时跟拍和转播。在现场转播方面,传统的转播方式需要大量的工作人员以及庞大的制作团队,以及高昂的设备,由于新冠疫情的影响,尽量的减少人群流动,因此在本次北京冬奥会中用到了像是“高自由视角观赛特效”一样的360度VR技术。不仅可以对整个场馆中高速度的目标进行精准锁定并跟踪。


比如某些国家在比赛中通过犯规、小动作来赢得胜利,以前我们拿他们没办法。但是这次快速移动的全景摄像头可以360°无死角纤毫毕现的还原犯规全过程,科技让体育赛场更加干净。


体育元宇宙


本次冬奥会对于元宇宙相关技术运用主要体现在两方面。一个是数字孪生,也就是VSS(数字孪生场馆模拟仿真系统),相关的技术人员通过建模将现实的赛场和物联网相结合,这可以让观众“沉浸式”的观看比赛。其中使用到了我国自主研发的“自由视角”技术,转播采用超高清4K格式,有一部分的重要赛事还会用到8K格式。


另一个是“虚拟人”,央视新闻联合百度智能云打造的总台首个AI手语主播正式亮相,这位身着白色西服裙装、形象亲切自然、气质优雅的短发女性经过长时间的智能学习,能为观众提供专业、准确的手语解说,其掌握的手语词汇规范都来自《国家通用手语词典》。从北京冬奥会起,她将全年无休,为听力障碍群体做好报道。


冰立方


本次冬奥会的主场馆“冰立方”本身就是黑科技。从水立方变身冰立方,其背后需要通过可转换场地、可拆装制冰系统、可转换环境和智慧场馆等技术的创新应用,实现了夏季和冬季场景自由转换的“水立方”和“冰立方”,“冰立方”也因此成为历史上第一个水上项目和冰上项目均可运行的“双奥”场馆。


除了冰立方外,我们的“冰丝带”不仅拥有世界上最大跨度的正交双向马鞍形索网屋顶,它还具有接近1.2万平方米的冰上面积,是亚洲目前最大的室内冰场。维持这么大面积的冰面,需要的能源可不是一个小数目。最终国家速滑馆的制冰系统选择了二氧化碳法。使用相同数量的传统制冷剂会比使用二氧化碳增加3985倍的碳排放量。除了第一次使用当今世界最环保的二氧化碳制冰技术外,我们的制冰速度也堪称目前“最快的冰”。此外采用二氧化碳制冰技术,可以对冰层进行精准控制,温差小于0.5℃,制出的冰面又平整又光滑。


清洁能源


除了冬奥场馆技术、制冰技术等实现了许多“第一次”的突破,本次冬奥会也首次全部使用绿色清洁电力。目前,北京冬奥会11个场馆全部取得了绿色建筑认证。首都体育馆旧貌换新颜,内部由“一代氟+乙二醇”的间接制冷方式,转变为二氧化碳跨临界直接制冷,在制冷过程中减少了一次热交换,节能效率可达50%。


此外,2022年冬奥会建设项目的玻璃大量采用化镉发电玻璃,这种发电玻璃不但能发电,还是一种新型绿色环保建筑材料,既符合绿色奥运的理念,同时还兼具了美观与艺术性。打造出了“冰丝带”、“水晶鞋”等一系列美轮美奂的冬奥场馆。其中赤城奥运走廊使用的碲化镉发电玻璃总体容量为12MW,成功成为目前亚洲第一大碲化镉发电玻璃电站。


机器人


由于疫情影响,本次奥运会从奥运村到比赛场地,大量采用无人化设备。与虚拟人相对的、拥有实体的机器人在北京冬奥会中吹响“集结号”。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“黑科技”都在冬奥会中“一展拳脚”。


令外国运动员感到感叹的就是“智慧餐厅”拥有大概120个机器人的机器人餐厅,在这里没有厨师也没有服务员,全透明的厨房中“机器人大厨”在24小时中为数千人有序的提供餐食。在冬奥会举办期间,所有机器均处于开机状态,无论何时进入餐厅,都能吃到现做的食物,只需要手机扫码就可轻松点餐,并且实现“24小时供应”。


比赛时,AI机器人将会协助各个场馆工作人员进行健康监测,全面消杀活动等。消毒机器人、无接触配送机器人等智能设备在各场馆都会亮相。消毒机器人在整个场馆内漫步消杀,无接触配送机器人奔波在搬运的路途中,无论是食物还是物料,都能迅速送达。


可穿戴设备


运动员的贴身装备可以说是集中了可穿戴设备的前沿技术于一身。在高强度的体育训练中,运动员需要了解自身的心电、血压、血氧、体温等实时动态,有没有过度训练,压力、情绪如何变化?而这些都需要通过大量的传感器来实现。


本次冬奥会上,除了有打破吉尼斯世界纪录的运动员羽绒服,还有自带记忆的冰壶刷,这种冰壶刷可以记录下来运动员的各项指标,可以为教练选拔运动员提供参考数据,也可以作为运动员可以不断提高成绩的参考。除此之外,还有“腋下创可贴”,这并不是真的创可贴,而是智能体温计,这个与众不同的体温计像是创可贴一样小小的,只需要贴在皮肤上就可以实时掌握运动员以及工作人员的体温状况,不仅体积小,精度也很高。


5G


无论是前面提到的无人化转播,还是各种无人化机器人,包括各种物联网设备,背后都离不开5G技术提供的基础支撑。


本次冬奥会有三个赛区,我国为冬奥会“量身定制”了无人驾驶高铁列车。通过5G链接,在隧道中也能有良好信号。我国的科研团队用了一年的时间在海拔5000米以上的环境中进行了一年的实验,所研发的5G技术可以适应各种极端的环境。列车上还具备全球唯一的高清移动演播室,主持人在高速移动中也可以对赛事进行播报。


基于5G技术,北京冬奥会采用超高清8K技术对冬奥赛事进行转播。通过在奥运场馆、城市冬奥文化广场、剧院、社区等布设8K显示大屏。让观众体验到流畅的信号和超高清图像,甚至运动员脸上表情的细微之处都看得一清二楚。


此前2018年5G毫米波已经在韩国平昌冬奥会上运用过,本次冬奥会基于毫米波的5G多视角赛场直播方案,可将北京张家口国际越野滑雪中心外场的运动员飒爽英姿,通过无人机、头戴摄像机等多角度视频信号,以5G毫米波技术实时传输,充分展现了5G毫米波满足高性能、大带宽、低时延应用需求的强大技术实力。除了高速率、大带宽外,毫米波还能提供高可靠、低时延通讯连接,非常适合用户密集、网络连接状况复杂的运动现场。


京东方LED屏



开幕式表演是本次冬奥会的重点,也是最直观的展现中国科技实力的一个环节。其中给人印象最深刻的是全程表演基于地面和垂直的两块巨型LED屏。节目表演的时候是一群人在屏幕上滑冰,出现了非常漂亮的丝带,这么强烈的踩踏和机械运动,居然没有出现摩尔纹。这需要在防滑、防眩光、低温等多方位提供技术支持。


这块巨大的发光舞台,来自京东方的8K超高清地面显示系统,它的面积达10939平方米,世界最大。据悉,为了完成这一浩大工程,京东方项目团队绘制了3000余份图纸,现场安装的1.8万个显示模块连续装了70车次,现场使用了10万余米的线缆、7.2万个接头、近8万米钢结构。


此外,冬奥会的火炬台,硬件软件皆来自京东方自主设计。火炬点燃那一刻,巨型雪花屏由中心向四周辐射开来。快速变换、完美同步的显示画面背后,是京东方AIoT技术体系及自主研发的同/异步兼容信发系统,异步集控能在极短时间内将大规模视频内容快速下发,同步集控确保102块双面屏幕实现毫秒级响应。此外,“主路+环路”备份的高冗余控制系统确保了火炬台播控系统的超高可靠性。超55万颗LED灯珠,每一颗灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制;4.8mm的镂空雪花的出光面宽度是目前业内出光面最窄的单像素可控LED显示产品。


英特尔3DAT技术



作为奥运会全球TOP合作伙伴,英特尔以基于英特尔®至强®可扩展处理器的3DAT技术,联合第三方专业团队定制开发了“基于人工智能技术的演出实时特效系统”,应用在《致敬人民》和《雪花》两个节目中。凭借先进的AI算法,仅通过4台摄像机就覆盖了全场,并让演员与现场铺设的大屏实现实时互动,达到了仅靠排练无法达成的流畅效果。漫天流动的风雪在滑冰运动员的脚下实时消散、五百多个孩子如晶莹的雪花在舞台上欢笑嬉戏,这些令人印象深刻的画面背后,是英特尔在国家体育场架设4台摄像机进行拍摄,随后将视频信号送到边缘计算系统中进行三维信号重建及渲染,随即将生成的艺术形象呈现在LED大屏上,并以强大算力确保演员与大屏中艺术形象互动的实时性与流畅性。


在覆盖范围上,英特尔依赖于先进的AI算法专门设计开发了多个人体检测AI模型,可以稳定精准识别场中上百名演员,最终利用多相机标定结果实时输出他们的真实位置信息,只采用了4台摄像机就做到了覆盖全场并完成信息采集。在实时性上,摄像机将采集到的数据信号通过光纤传输到英特尔在国家体育场内搭载了第三代英特尔®至强®可扩展处理器的边缘计算系统上,它的强大算力可满足实时、大量、精准度要求高的图形、影像处理和3D建模、数据分析需求。而在传输效率上,“基于人工智能技术的演出实时特效系统”通过英特尔®OpenVINO™视觉工具套件进行开发,通过Intel DL Boost技术使能,进而实现精准、流畅、实时的视频数据读取和处理,从图像采集、识别到检测和处理,只需要不到几十毫秒的时间。


点评:

没有科技感的科技才是最好的科技


一个国家的技术实力不够强大,那么它的体育表现也一定称不上优秀。


本次北京冬奥会从赛前筹备,到开幕式表演再到比赛,各个环节都展示出了中国的技术实力。


应该说奥运会到了今天,比拼的不仅是体育,也是在比拼科技的进步。运动员在赛场上不断挑战自我、突破极限,一方面来自于身体素质提升,另一方面也源于科学系统训练及科技保障。


冬奥会的举办也将对很多产业带来拉动效应,除了表面上的冰雪体育产业之外,还涉及到个人装备、生产制造、销售、设备建设、项目研发、文化、科技、食品等众多领域。冬奥会的举办对于科技产业是“展示场”也是“助推剂”,当然前提是你必须在各个产业环节已经发展到一定的阶段。


“没有科技感的科技才是最好的科技”,这是本次北京2022年冬奥会带给人的最直观感受。相信本次冬奥会展示的各种黑科技,不会仅仅停留在概念展示阶段,未来一定会融入普罗大众的日常生活,润物细无声的为大家提供便利,同时改变你我的生活方式。


来源:与非网



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