戴爾邊緣智能為中國(guó)賽艇隊(duì)裝上數(shù)字引擎

石菲

2021年7月29日，中國(guó)航天科技集團(tuán)發(fā)微博祝賀中國(guó)選手張雨霏在東京奧運(yùn)會(huì)女子200米蝶泳獲得金牌，透露了航天科技輔助游泳運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練的情況。風(fēng)洞技術(shù)助力冰雪項(xiàng)目訓(xùn)練，“3D+AI”技術(shù)為中國(guó)國(guó)家跳水隊(duì)量身定制跳水訓(xùn)練系統(tǒng)。科技手段正在為運(yùn)動(dòng)員“更高更快更強(qiáng)”的目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

2021年7月28日，東京奧運(yùn)會(huì)賽艇項(xiàng)目決出6枚金牌，中國(guó)隊(duì)四人雙槳項(xiàng)目以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)奪得冠軍！這是中國(guó)賽艇隊(duì)奧運(yùn)會(huì)史上時(shí)隔13年的第2枚金牌！除此之外，中國(guó)隊(duì)共斬獲兩金兩銀兩銅，觸底反彈迎來好成績(jī)的背后，同樣也離不開科技的助力。

“如果運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練中的動(dòng)作不標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)高亮提示，運(yùn)動(dòng)員看到后可以糾正自己的訓(xùn)練動(dòng)作。” 戴爾科技集團(tuán)中國(guó)研究院高級(jí)主管科學(xué)家、美國(guó)麻省大學(xué)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)博士李三平指著屏幕說道。屏幕上是戴爾科技集團(tuán)為中國(guó)賽艇隊(duì)開發(fā)的綜合智能訓(xùn)練輔助系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)視覺捕捉運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練的每一幀畫面，并與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)計(jì)算出的角度進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練時(shí)的動(dòng)作質(zhì)量一目了然。

姿態(tài)檢測(cè)提高競(jìng)技水平

人工智能應(yīng)用最困難的部分就是將需求轉(zhuǎn)化為模型，戴爾科技集團(tuán)和中國(guó)賽艇隊(duì)的合作同樣也經(jīng)歷了不斷迭代的過程。

2019年11月，戴爾科技集團(tuán)與中國(guó)皮劃艇協(xié)會(huì)和中國(guó)賽艇協(xié)會(huì)簽署水上實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)戰(zhàn)略合作，用科技賦能中國(guó)國(guó)家賽艇隊(duì)及皮劃艇隊(duì)。2020年1月14日，邊緣智能應(yīng)用項(xiàng)目組成立。2020年3月，戴爾團(tuán)隊(duì)與國(guó)家賽艇隊(duì)初步探討深度學(xué)習(xí)姿態(tài)檢測(cè)與賽艇生物力學(xué)分析的技術(shù)合作。

賽艇運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的質(zhì)量和效率特別關(guān)鍵，只有保證技術(shù)動(dòng)作質(zhì)量以及整個(gè)動(dòng)作的穩(wěn)定性，才能夠在不同階段都保持效率最高。而賽艇運(yùn)動(dòng)除了水上的訓(xùn)練任務(wù)之外，每天會(huì)有大量時(shí)間在室內(nèi)進(jìn)行訓(xùn)練。其中最主要的是劃船機(jī)的訓(xùn)練，戴爾的研究團(tuán)隊(duì)萌生了利用計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作和姿態(tài)的念頭。

“一個(gè)完整的動(dòng)作是腿部先發(fā)力，膝蓋角度達(dá)90度左右軀干向后倒，軀干和大腿達(dá)到90度時(shí)，手臂開始用力，大臂盡量向后把槳幅拉到最大。” 李三平介紹說。

戴爾團(tuán)隊(duì)嘗試用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)視頻中的每一幀畫面進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)，建立深度模型。之后利用計(jì)算機(jī)視覺和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)計(jì)算角度，與運(yùn)動(dòng)員實(shí)際訓(xùn)練中的身體各種角度、相對(duì)距離等維度對(duì)比，進(jìn)行綜合評(píng)估，幫助賽艇運(yùn)動(dòng)員提高訓(xùn)練競(jìng)技水平。

這樣可以對(duì)每個(gè)周期的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，比如大腿是否伸直，手臂是否拉到最大，實(shí)時(shí)給予運(yùn)動(dòng)員反饋。當(dāng)動(dòng)作變形如后仰過度或不足時(shí)，畫面上會(huì)實(shí)時(shí)出現(xiàn)高亮提醒。

而教練視圖則相對(duì)復(fù)雜，不僅可以利用數(shù)據(jù)全面觀察運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練周期，還可以針對(duì)不同教練員定制不同的提醒模式。

2021年3月，戴爾團(tuán)隊(duì)進(jìn)駐千島湖國(guó)家水上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地，進(jìn)行系統(tǒng)功能與力學(xué)分析準(zhǔn)確性的研究。2021年4月，進(jìn)駐北京順義國(guó)家水上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地，進(jìn)行迭代開發(fā)、系統(tǒng)部署。

邊緣智能玩轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流

值得一提的是，綜合智能訓(xùn)練輔助系統(tǒng)無意中形成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的邊緣智能應(yīng)用場(chǎng)景。賽艇隊(duì)的訓(xùn)練場(chǎng)地隨季節(jié)和比賽日程經(jīng)常變化，訓(xùn)練場(chǎng)所的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境很難保證，再加上拍攝的數(shù)據(jù)每小時(shí)能達(dá)到20G，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和實(shí)時(shí)反饋的要求都來不及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)中心。

戴爾團(tuán)隊(duì)將數(shù)據(jù)采集、模型推理以及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的分析都放在了邊緣端，以定制的邊緣計(jì)算終端和戴爾移動(dòng)工作站進(jìn)行算力支持，并利用SDP流數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

作為一個(gè)可彈性擴(kuò)展的平臺(tái)，SDP流數(shù)據(jù)平臺(tái)用于實(shí)時(shí)獲取、存儲(chǔ)和分析連續(xù)的流數(shù)據(jù)，可在同一個(gè)應(yīng)用程序中同時(shí)處理實(shí)時(shí)和收集的歷史數(shù)據(jù)。

該平臺(tái)可以從各種來源捕獲和存儲(chǔ)流數(shù)據(jù)，這些來源包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)日志、工業(yè)自動(dòng)化、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻、社交媒體源、應(yīng)用程序和事件流。SDP能夠處理來自多個(gè)來源的數(shù)百萬個(gè)數(shù)據(jù)流，并確保低延遲和高可用性。

隨著邊緣計(jì)算需求的增多，在綜合智能訓(xùn)練輔助系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)測(cè)性維護(hù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境異常檢測(cè)、建筑業(yè)施工準(zhǔn)確性與資源跟蹤、智能家居、自動(dòng)駕駛、股票交易等各類應(yīng)用場(chǎng)景中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流無處不在，戴爾科技集團(tuán)的流數(shù)據(jù)處理平臺(tái)也將“飛入”各行各業(yè)，助力加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

智能訓(xùn)練輔助減少傷病

戴爾科技集團(tuán)與中國(guó)賽艇隊(duì)的合作還將繼續(xù)，李三平透露，未來會(huì)用SDP流數(shù)據(jù)平臺(tái)把邊緣和數(shù)據(jù)中心端連接起來，進(jìn)行長(zhǎng)期歷史性的數(shù)據(jù)分析。不僅可以基于對(duì)視頻內(nèi)容的理解，進(jìn)行去重工作，大幅度壓縮視頻量。還可以加入多攝像頭協(xié)同計(jì)算分析同一個(gè)人或者同一組多個(gè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)性能。

未來還會(huì)將更多運(yùn)動(dòng)員生理數(shù)據(jù)以及賽艇上傳感器中的數(shù)據(jù)打通，與血氧消耗等生理指標(biāo)結(jié)合，進(jìn)行綜合分析。

戴爾科技與中國(guó)賽艇隊(duì)將主要在四個(gè)方面和業(yè)務(wù)領(lǐng)域做出新的探索：一是訓(xùn)練計(jì)劃負(fù)荷，通過把運(yùn)動(dòng)員的輸入和輸出打通，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練黑箱整體的把控；二是康復(fù)角度挖掘，將運(yùn)動(dòng)員的傷病情況和專家的診斷意見積累下來，形成系統(tǒng)的體系；三是可穿戴設(shè)備訓(xùn)練反饋，圍繞水上和陸上實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)員的速度+速度心率等指標(biāo)；四是青少年體質(zhì)提升計(jì)劃，圍繞天窗理論去針對(duì)運(yùn)動(dòng)員不同年齡階段制定針對(duì)性的訓(xùn)練提升板塊。

具體而言，比如運(yùn)動(dòng)過程中力量不均衡是比重最大的傷病潛在因素之一。個(gè)人運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與健康發(fā)展中心是面向所有國(guó)家隊(duì)的體能訓(xùn)練中心，人體運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和健康發(fā)展中心希望與戴爾科技集團(tuán)合作，利用計(jì)算機(jī)視覺的姿態(tài)檢測(cè)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)過程中的力量不均衡，對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行提醒，減少傷病。