雪白冬奧“黑科技”
發(fā)布日期： 2021-02-21 供稿：人民日報(bào)海外版
編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：原文標(biāo)題：雪白冬奧“黑科技”
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2022北京冬奧會將至,，中國答卷備受世界矚目,。辦好冬奧絕非易事：比賽場地用雪需求大,，保障雪質(zhì)和造雪量尤為關(guān)鍵；在嚴(yán)寒地區(qū)開展工作和訓(xùn)練,，保暖是個大問題,；運(yùn)動員進(jìn)行滑雪訓(xùn)練時，從雪場山腳重登山頂費(fèi)時費(fèi)力……
種種難題如何破解,？精彩絕倫的體育盛事離不開每個“細(xì)胞”的辛勤付出,。眾多企業(yè)與高校積極創(chuàng)新，多項(xiàng)自主研發(fā)成果及時出爐,，場地建設(shè),、訓(xùn)練備戰(zhàn)有條不紊，3億人參與冰雪運(yùn)動的理想也正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí),。
電線桿帶來創(chuàng)新靈感
滑雪是冬奧會上的重頭戲,。北京冬奧會15個分項(xiàng)中，滑雪項(xiàng)目有6個,。雪,，自然成為場地建設(shè)的重中之重。
雪從何來,？
自然不能靠降雪,。天氣本身是個不穩(wěn)定因素，此外,，天然雪密度小,，重量較輕，滑雪體驗(yàn)不如質(zhì)地更結(jié)實(shí)的人工雪,。因此,，在大型滑雪場和奧運(yùn)場地，自動化的造雪機(jī)必不可少,。
然而,，傳統(tǒng)造雪機(jī)往往射程范圍小、造雪質(zhì)量不高，如想變換造雪范圍,，還需人工輔助,。近些年，中國冰雪產(chǎn)業(yè)遍地開花,，各地滑雪場的造雪工作量只增不減,，由此引發(fā)的機(jī)械成本和人工成本攀升，困擾諸多滑雪場經(jīng)營者,。
“僅崇禮的萬龍滑雪場就有30多條雪道,，如何提高造雪量是個大問題?！睆堥L生是河北省張家口市宣化宏達(dá)冶金機(jī)械有限公司（下稱宏達(dá)公司）的創(chuàng)始人,，公司成立初期主要生產(chǎn)面向旅游景區(qū)的脫掛式索道相關(guān)產(chǎn)品。冰雪運(yùn)動升溫,，讓他看到了背后的巨大商機(jī),。
怎樣以較低的技術(shù)和人工成本實(shí)現(xiàn)更大造雪量？靈感,，就來自于馬路邊的電線桿,。2015年的一天，張長生到崇禮萬龍滑雪場商談業(yè)務(wù),，驅(qū)車返程路上,，窗外一根根向后退去的電線桿引起他的思考：造雪機(jī)的原理是用機(jī)器將原本3—4℃的水噴射到至少-2℃的環(huán)境中，水經(jīng)過冷卻變成小冰粒,。如果噴射距離過短,、范圍固定，會導(dǎo)致該區(qū)域溫度升高,，甚至達(dá)到零度以上,，從而影響人工雪質(zhì)量。如果用電線桿似的支架把造雪機(jī)架起來,，讓它“站”得更高,，噴射距離遠(yuǎn)，造雪覆蓋面大,，水在空中停留更長時間,，造出的雪質(zhì)不也就更扎實(shí)了嗎？
說干就干,。畫草圖,，做設(shè)計(jì)，生產(chǎn)研發(fā)……2015年4月,，國內(nèi)首臺塔式造雪機(jī)旋轉(zhuǎn)支架樣品在宏達(dá)公司誕生,。巧合的是,，同年7月北京成功申辦2022年冬奧會。消息一出,，多家國外造雪機(jī)廠商紛紛尋求合作,，欲將自己的造雪機(jī)和宏達(dá)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)支架“捆綁”，一同參與2022年冬奧會相關(guān)設(shè)備采購招標(biāo),。最終,，意大利一家公司與宏達(dá)一并中標(biāo)，成為延慶賽區(qū)“高山速降”比賽場地的造雪設(shè)備供應(yīng)商,。
“目前我們已為延慶賽區(qū)提供了76個造雪機(jī)旋轉(zhuǎn)支架,，另一個比賽場地崇禮云頂滑雪場也在使用我們的支架?！睆堥L生介紹,，他們生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)支架高8米，臂長9米,，有了它作支撐,，原本射程四五十米的造雪機(jī)現(xiàn)在能達(dá)80米左右。借助遠(yuǎn)程遙控,，造雪機(jī)支架還可以360度旋轉(zhuǎn)，幫助造雪機(jī)實(shí)現(xiàn)“揚(yáng)頭”“低頭”等操作,。
如今,，宏達(dá)公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)支架不僅大幅提升了冬奧會賽場人工造雪的質(zhì)量和效率，還作為國內(nèi)首創(chuàng)獲得了國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利,。來自全國各地及海外滑雪場的訂單如雪片般飛來,，即便受疫情沖擊，宏達(dá)公司去年的銷售總額仍超1億元,。
自加熱裝備解燃眉之急
嚴(yán)寒,，是冬奧項(xiàng)目運(yùn)動員必須面對的挑戰(zhàn)。
今年1月初,，冬奧會訓(xùn)練場地——張家口市崇禮區(qū)太子城氣溫驟降至-40℃,，在極寒的戶外場景開展訓(xùn)練，部分運(yùn)動員出現(xiàn)了不同程度凍傷,。
情況緊急,，“冬季運(yùn)動耐低溫保障服裝關(guān)鍵技術(shù)研究與制備應(yīng)用”項(xiàng)目組及時支援。
“我們聯(lián)合企業(yè)集中力量準(zhǔn)備了450套電加熱面罩和187副電加熱手套,，還研發(fā)了智能加熱服裝,。”參與項(xiàng)目的天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院教授劉皓介紹,。
該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的加熱控溫模塊,，包括常規(guī)的三檔調(diào)溫模式和APP程序設(shè)定智能控溫模式,，長按手套背面一枚硬幣大小的電源開關(guān)，約莫二三秒鐘,，開關(guān)亮起紅光,，再短按兩下，開關(guān)鍵又分別轉(zhuǎn)為藍(lán)色,、綠色光源,。劉皓向記者展示，電加熱手套分高中低3個檔位,，長按開關(guān)鍵為啟動,，短按一次則可調(diào)節(jié)檔位，其中電源開關(guān)呈紅色為最高溫65℃,，藍(lán)色,、綠色依次對應(yīng)中檔55℃、低檔45℃,。
智能加熱裝備依靠的是電加熱元件,、智能控溫模塊及控溫算法、溫度傳感器以及柔性器件與服裝的集成技術(shù),。劉皓告訴記者,，在“環(huán)境—服裝—人體”體系中，服裝和人體之間的微環(huán)境會受到環(huán)境溫度,、風(fēng)速和穿戴者自身運(yùn)動狀態(tài)等因素影響而處于波動狀態(tài),，而融入智能算法的加熱服裝可以自適應(yīng)外界環(huán)境溫度，這有望成為加熱服裝發(fā)展新趨勢,。
“在極寒環(huán)境中,，要讓微環(huán)境的溫度和濕度始終處于人體的舒適狀態(tài)，加熱元件是進(jìn)行調(diào)節(jié)的重要手段,?！眲┙榻B，他們研發(fā)的一套加熱裝備相當(dāng)于“保暖面料+加熱元件+鋰電池”的組合,，根據(jù)裝備功能差異來內(nèi)置不同數(shù)量的加熱元件,。比如，一只手套的五根手指各配有1個加熱元件,，而電加熱面罩的加熱元件則位于人體容易受涼的脖頸部位,，通常環(huán)繞裝置2—4個，以保障裝備均勻供熱,。如果將溫度調(diào)至最高檔位,，這套裝置能在戶外持續(xù)發(fā)熱4—6小時。
帶著電加熱面罩和手套,，劉皓和同事驅(qū)車近400公里,，將裝備及時送到冬奧會訓(xùn)練基地,。
目前，劉皓團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步研發(fā)更輕薄,、安全,、穩(wěn)定的裝備，并努力實(shí)現(xiàn)智能控溫模塊的研發(fā)升級,。
滑雪不再受制于天氣
一位運(yùn)動員穿戴著傳感器設(shè)備,，在12米長的鋼制滑臺上急速擺動滑行。前方電子屏幕上的模擬滑雪賽道,，正隨著他的滑行動作迅速變換場景,。
這套“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)”，由北京理工大學(xué)自動化學(xué)院聯(lián)合運(yùn)達(dá)體育管理（北京）有限公司研發(fā),，為高山滑雪,、越野滑雪等項(xiàng)目提供室內(nèi)模擬訓(xùn)練設(shè)備，以提升運(yùn)動員回轉(zhuǎn),、滑行等專項(xiàng)動作訓(xùn)練效率,。
最初，國家高山滑雪隊(duì)用的可不是這套設(shè)備,，而是國外引進(jìn)的直線式模擬滑雪運(yùn)動設(shè)備,。項(xiàng)目組進(jìn)駐國家隊(duì)訓(xùn)練基地，細(xì)心觀察運(yùn)動員試用情況,，獲取了大量一手資料,，并根據(jù)中國運(yùn)動員的體型、身高等數(shù)據(jù)改進(jìn)設(shè)備,，研發(fā)出3套國產(chǎn)室內(nèi)多自由度模擬滑雪系統(tǒng)。
項(xiàng)目主要研發(fā)人員之一,、北京理工大學(xué)自動化學(xué)院副教授陳振介紹,，這套系統(tǒng)包括模擬滑雪訓(xùn)練平臺、六自由度平臺,、運(yùn)動形態(tài)識別與位姿測量系統(tǒng)和用于展示滑雪場景的電子大屏,。練習(xí)時，運(yùn)動員可選擇“奧運(yùn)賽道”模式,，設(shè)定“過旗門”“大回轉(zhuǎn)”“小回轉(zhuǎn)”等具體訓(xùn)練內(nèi)容,。滑臺下方的六自由度平臺能模擬高低,、傾斜,、偏轉(zhuǎn)等姿態(tài)，還原運(yùn)動員在真實(shí)滑行中可能遇到的各種賽道狀況,。運(yùn)動員可穿戴的運(yùn)動形態(tài)識別與位姿測量系統(tǒng),，則用于采集分析運(yùn)動員訓(xùn)練數(shù)據(jù),，為科學(xué)化訓(xùn)練提供指導(dǎo)依據(jù)。
“滑完一個賽道后,，教練員結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)評,，糾正運(yùn)動員存在的問題?！标愓裾f,，通過高速動態(tài)攝像捕捉，運(yùn)動員的一些關(guān)鍵動作將被記錄下來,?！跋到y(tǒng)會回放運(yùn)動員的滑行姿態(tài)，并設(shè)有‘優(yōu)秀運(yùn)動員模型’用于對比分析,。比如過旗門時如何保證不減速,、不撞門，通過對比來發(fā)現(xiàn)并解決訓(xùn)練中的問題,?！?/span>
陳振口中教練員點(diǎn)評用到的數(shù)據(jù)，源于運(yùn)動員所穿的“暗藏玄機(jī)”的運(yùn)動服——17個記錄人體運(yùn)動和姿態(tài)信息的傳感器被縫制在運(yùn)動服中,。只需穿上這套服裝開展練習(xí),，運(yùn)動員的滑行角度、角速度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)就能被記錄下來,，輔助教練員進(jìn)行數(shù)字化,、多維度的技術(shù)動作分析和訓(xùn)練指導(dǎo)。
“當(dāng)然,，安全是訓(xùn)練的首要要求,。”陳振介紹,，不僅滑臺前后的護(hù)欄能起到保護(hù)作用,，在訓(xùn)練過程中，滑臺上還會安裝安全繩,。如果運(yùn)動員在左右滑行時不慎摔倒,，滑臺上的光學(xué)傳感器能夠及時感知，并立即暫?；袆幼?，確保運(yùn)動員安全。
未來,，北京理工大學(xué)還將進(jìn)一步針對小學(xué)生,、中學(xué)生等群體改造設(shè)備?！斑@套系統(tǒng)讓滑雪運(yùn)動不再受制于天氣,，更多人能以更低成本參與冰雪運(yùn)動,。”陳振說,。
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