2022冬奧臨近
科技助力奧運我理怎能缺席?!
冬季運動受天氣限制存在“訓練難”的困境
為了打破困境
幫助運動員“加速衝刺”
北理工的科技專家們
又帶來了哪些“神助攻”?
為了備戰2022年北京冬奧會，並大幅度提升我國冬季運動項目的訓練水平和比賽成績，迫切需要科技力量從訓練裝備、運動技術、體能康復等諸多方面，解決關鍵問題突破關鍵技術，為我國冬季項目的國家科學化訓練基地提供有力的技術支持。
北京理工大學匯聚優勢科研力量，聯合北京體育大學、東北師範大學等14家單位，牽頭申請，並獲批科技部國家重點研發計劃——“國家科學化訓練基地建設關鍵技術研究與示範”項目。
該項目針對國家2022年北京冬奧會備戰重大需求，重點聚焦我國冬季項目有效訓練時間短等問題，開展專項、體能、康復訓練關鍵技術的集成研究，研發符合冬季相關專項訓練要求的模擬訓練系統，建立綜合考慮姿態、外力、生理功能的生物力學模型。
在該項目中
北理工主要承擔了4大重要任務
01、冬季項目場景三維感知及重建技術
02、室內多自由度模擬滑雪訓練系統
03、人體高速彈射技術
04、冬季項目訓練智能管理系統
冬季項目場景三維感知及重建技術
由光電學院牽頭研製的“冬季項目場景三維感知及重建技術”旨在搭建運動員模擬訓練平臺視覺模擬系統，為高山滑雪、越野滑雪等冬季項目模擬訓練平臺搭建提供有力支撐。
項目組採用車載激光雷達對北理工校園場景進行了閉環掃描實驗，測試車載激光雷達掃描系統的穩定性與適用性
機載激光雷達以無人機為平臺，集成了激光測距技術、全球定位技術(GPS)和慣性測量技術(IMU)，能夠直接、快速、主動、精確地獲取目標的三維空間信息，而且獲取的數據密度高、分辨率高。無人機載激光雷達可克服地形障礙，針對奧運雪場較難開展地面掃描的區域，進行高精度的掃描工作。無人機上集成有高性能相機，通過採集圖像獲取掃描區域的顏色信息，實現對奧運雪場環境的真實還原。
機載激光雷達系統調試
項目組成員進行外場掃描實驗
為適應雪場三維掃描，項目組多次開展野外實地掃描測試，改進車載系統組裝方式以適應雪場環境，在多個滑雪場進行現場勘測，開展機載激光雷達系統掃描實驗。
VR場景生成方面，項目組經過冰面渲染提升研究、雪面渲染提升研究、凹凸貼圖渲染測試，成功通過提升材質平鋪數量，對雪質與冰面的渲染效果實現了顯著的提升。目前，項目組已實現使用VR設備較為真實地還原三維雪場場景。
室內多自由度模擬滑雪訓練系統
由自動化學院牽頭研製的“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”實現了滑雪訓練和競賽過程中運動員(人)、訓練設備(機)、運動場地(環境)三者之間的耦合系統建模與仿真，為越野滑雪、高山滑雪等項目的運動員提供室內模擬滑雪訓練設備，顯著提升迴轉、滑行等專項技術動作的訓練效率。同時，在滑雪訓練平臺上安裝運動形態識別與位姿測量系統，對運動員人體運動數據進行採集和分析，為科學化訓練提供指導依據。
課題組於2018年10月進駐國家高山滑雪隊，併為國家隊提供一套室內模擬滑雪訓練設備用於日常訓練。2019年6月，又將研製的滑臺、平衡臺及多自由度臺送至秦皇島國家冬奧訓練基地，使用至今。
科研設備用於哈爾濱基地國家隊訓練現場
裝備北理工設備的國家體育總局秦皇島訓練基地
項目提供的多自由度運動平臺可以模擬滑雪過程中的各種環境地形變化，通過人工遙控運動平臺的姿態變化、或者設置自動週期性的平臺姿態變化，輔助運動員進行平衡訓練、滑雪動作訓練等，部分滿足夏季運動員的滑雪訓練需求。
模擬真實雪場的運動平臺控制與顯示系統
室內多自由度模擬滑雪訓練系統構成
項目提供的運動感知與位姿測量及運動分析系統可以實時檢測運動員訓練過程中各關節的位姿變化、足底壓力變化，從而輔助運動員分析訓練動作和訓練效果。
人體高速彈射技術
在速度滑冰運動中，彎道處的滑行技術是制勝的關鍵，而訓練中滑行加速至高速，卻非常耗費體力，因此運動員通常僅在臨近比賽前才開始大量開展彎道技術訓練。
由宇航學院牽頭研製的“人體高速彈射裝置”主要用於輔助速度滑冰運動員的彎道滑行技術訓練，可幫助運動員減少體力消耗、提高訓練效率、提升運動水平。首臺裝置已於2019年4月研製成功，可實現加速過程的精準控制，填補了這一領域的國內空白，獲得了體育總局顧問專家組的高度認可。最近，人體高速彈射裝置已在國家隊訓練中心安裝調試完畢，教練組進行了模擬訓練，獲得了速滑國家隊技術總監的高度評價。裝置同時具有應用於需要助力加速的其他運動項目的潛力，如為跳臺滑雪訓練提供加速。
人體高速彈射技術原理示意圖
速度滑冰國家隊教練組應用人體高速彈射裝置開展模擬訓練
高速彈射裝備及主要研發人員郝繼光博士
由光電學院牽頭研製的“高精度跟蹤定位及賽場運動分析系統”，通過綜合運用複眼陣列圖像採集、智能圖像目標檢測、雙目機器視覺定位、精密運動伺服跟蹤技術等，實現對標準400m場地運動員軌跡、速度、加速度、關鍵動作位置的精確採集，檢測定位精度小於1cm，進行全景圖像採集和分析。
高精度跟蹤定位及賽場運動分析系統
目前，該項目原理樣機能夠初步實現近距離三維空間定位，下一步將針對大場景冰場及雪場運動員檢測的任務，對系統進行進一步優化。
高精度跟蹤定位及賽場運動分析系統主要研發人員劉明博士接受媒體採訪
冬季項目訓練智能管理系統
由宇航學院牽頭研製的“運動員訓練/比賽姿態測量分析系統”可在室外低溫條件下通過單目攝像測量技術獲得運動員訓練及比賽過程中的三維姿態，無需在運動員身體上佈置任何傳感器或合作標誌，具有獨立供電和GPS授時功能，同時利用系統自帶的人體動力學分析軟件，還可以對運動員動作的合理性進行分析，為教練員優化隊員技術動作、提高訓練效率和比賽成績提供協助，獲得教練員和運動員的一致好評。
運動員訓練/比賽姿態測量與分析系統及主要研發人員馬沁巍博士(右一)在向觀眾介紹
運動員訓練比賽姿態測量與分析系統
運動員科學訓練流程
應用1
跳臺滑雪運動員姿態識別與分析
跳臺滑雪運動員姿態識別與分析：該系統已配合國家跳臺滑雪男子集訓隊赴日本長野訓練、配合國家跳臺滑雪女子集訓隊赴長春北大壺訓練，通過對所有國家隊員起跳姿態與飛行軌跡進行觀測分析，為國家隊教練員指導訓練提供有力的數據支持。
跳臺滑雪運動員姿態測量服務現場
跳臺滑雪運動員的動作姿態
應用2
速度滑冰運動員姿態識別與分析
速度滑冰運動員姿態識別與分析：該系統已配合長春師範大學短道速滑隊開展訓練，通過對運動員起滑姿態進行觀測分析，為教練員指導運動員提升速度滑冰出發能力提供支持。
速度滑冰運動員姿態測量服務現場
對速度滑冰運動員進行動作姿態分析
應用3
標槍運動員器械出手運動參數測量
標槍運動員器械出手運動參數測量：該系統已配合北京體育大學標槍運動員開展訓練，對運動員標槍投擲出手角度與速度進行測量分析，為教練員瞭解運動員投擲能力，對比分析與國外運動員技術動作差異提供支持。
標槍運動員器械出手運動參數測量服務現場
標槍運動員的器械出手姿態
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