助力精彩賽事 解碼北京2022年冬奧會上的“黑科技”

王路飛

2022年的春節假期格外有盼頭，除了與家人團聚，共慶農歷新年之外，將于大年初四開幕的北京2022年冬奧會更是萬眾期待的盛事。在為運動健兒吶喊助威的同時，冬奧會臺前幕后無處不在的科技元素同樣值得我們關注。從構建更利于運動員發揮的競賽場館，到為觀眾營造舒適的觀賽環境，從保障賽事公平公正進行的各種設備，到實時立體、富于沖擊力的超高清轉播信號·……以上種種都離不開各種新技術的應用。在這場冰雪盛事即將開幕之時，讓我們搶先一步進入奧運時刻，一同解碼冬奧會上的眾多“黑科技”。

奧運會的發展也是一部生動的科技進化史

一直以來，奧運會既是運動員拼搏的賽場，同樣也是各種“黑科技”盡展風采的舞臺。1928年阿姆斯特丹奧運會開啟了高速攝像機在奧運會上“服役”的生涯，一臺應用了當時頂尖圖像處理技術的高速攝像機，協助裁判員以慢速重播的圖像更精準地判定運動員的動作，以便做出更公正的裁決;1936年柏林奧運會首次通過電視廣播對賽事進行報道，許多當地居民與未到比賽現場的運動員一起在奧運村的大屏幕前觀看比賽;1972年慕尼黑奧運會首次展現了計算機系統的強大性能，安置在計算機中心的五臺電腦同步處理多項比賽的數據，僅需幾秒鐘即可統計出各項比賽的結果;1992年巴塞羅那奧運會是史上首次使用高清數字電視轉播的奧運會;還記得激烈的游泳比賽中那條緊跟參賽選手移動的“世界紀錄線”是何時出現的嗎？2000年悉尼奧運會首次啟用了神奇的虛擬圖像技術;2016年里約奧運會引入了VR（虛擬現實）轉播技術，世界各地的觀眾由此在家也能身臨其境地體驗賽場上緊張激烈的氣氛……可以說奧運會的發展史，也是一部生動的科技進化史。

大家還記得2008年北京奧運會的開幕式吧？那是一場直到今天還一直為人所津津樂道的盛典。在當時，科技元素就已經和那屆奧運會緊密聯系。“科技奧運”是2008年北京奧運會的口號之一，而這樣的精神也貫穿了這個過程。除了開幕式上展現的多種高科技手段之外，在各項比賽、裁判、觀眾的組織等方面，我們也看到了眾多科技手段在保障運動員比賽、服務公眾中所起到的重要作用。十幾年后的今天，當“建設世界科技強國”已成為華夏大地上萬眾一心的目標之時，北京2022年冬奧會自然也將再次成為展現我國科技成果的絕佳舞臺。從賽場建設、賽事組織，到實況轉播、后勤保障，北京冬奧會上的“黑科技”無處不在。

新科技賦能競賽場館

位于北京市朝陽區近奧林匹克公園林萃路2號的國家速滑館，又被稱為“冰絲帶”，是本屆賽事唯一新建的冰上競賽場館，也是北京2022年冬奧會北京主賽區標志性場館。除了擁有亞洲最大的全冰面設計之外，“冰絲帶”中無處不在的“黑科技”更是從外到內使得它創下了眾多世界體育場館之最。

首先“冰絲帶”特別的外觀就不簡單，它采用世界跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網屋面，就像一個呈馬鞍狀的巨大羽毛球拍“繃”在場館的上方。由于采用了這種結構，“冰絲帶”屋面的鋼材使用量只相當于傳統屋面設計的四分之一。建設者通過49對承重索和30對穩定索編織成長跨198米，短跨124米的索網狀屋面，再鋪設

1080塊4x4米單元屋面板組裝而成。由于索網屋面的空間形態非常復雜，張拉以后每一個“方格”空間形態都不一樣，因此填充的每一塊單元體尺寸也不同，需要通過實測得到數據后再進行加工定制。

同時為營造出輕盈飄逸的絲帶效果，“冰絲帶”的外立面由3360塊曲面玻璃單元拼裝而成，通過機械配合工人操作，嚴絲合縫地嵌入160根S形鋼龍骨打造的框架中。曲面幕墻所使用的玻璃，每塊尺寸曲面弧度都不相同，全部通過BIM技術在工廠定制、現場安裝。這種創新型“冰絲帶”狀曲面玻璃幕墻，設計靈感來自冰雪運動與速度的結合，盤旋的“冰絲帶”象征著速滑運動員髙速滑行時冰刀留下的軌跡，同時22條“冰絲帶”又象征著在2022年舉辦的北京冬奧會。

2020年5月，國家速滑館斬獲2019年度中國鋼結構行業的最髙工程大獎一“中國鋼結構金獎年度杰出工程大獎”。可以說，無論從建造技術，還是科技含量，“冰絲帶”均體現了中國當前建筑行業的最髙水平。

讓我們從“冰絲帶”清新脫俗的外觀設計中轉到它的內部，那里同樣有著“黑科技”的身影。它采用了全冰面設計，冰面面積約1.2萬平方米，是全球首個采用二氧化碳跨臨界直冷制冰的冬奧速度滑冰場館，也是目前中國最大的二氧化碳跨臨界直冷制冰系統。二氧化碳跨臨界直冷制冰技術是當前冬季運動場館建設中能充分體現環保、高效的先進制冰技術之一。與傳統制冰技術相比，利用二氧化碳制冰不僅不會破壞臭氧層，還能擁有更高的制冰效率，提升幅度可達20%以上。同時該系統還能夠將整個冰面的溫差控制在0.5℃以內，制冰也更加均勻，不會出現各個部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。在以0.001秒計時的冬奧會高水平競技中，這些因素都能成為決勝的關鍵。值得一提的是，“冰絲帶”還會將制冰產生的余熱用于運動員生活熱水、融冰池融冰、冰面維護澆冰等方面，一年可節省約200萬度電，充分體現出綠色環保的設計理念。

冰絲帶的全冰面設計也是有講究的。考慮到冬奧會后場館也能得到充分利用，全冰面設計能適應多種冰上項目，滿足群眾健身所需。為了達到這樣的效果，“冰絲帶”的冰面采用分模塊控制單元，類似一個溫度不同的“九宮格”可以將冰面劃分為若干區域，根據不同項目分區域、分標準進行制冰，可同時開展冰球、速度滑冰、花樣滑冰、冰壺等眾多群眾性冰上運動，著眼于服務賽后可持續利用，努力打造值

得傳承、造福人民群眾的體育資產。

5G+8K+VR

不用親臨賽場也能有震撼體驗

在冬奧會的賽場上，現場觀眾自然能在第一線感受運動員場上激烈比拼的震撼，那么如何才能讓全國乃至全世界的觀眾也能獲得實時、立體的觀賽體驗，讓他們也如臨其境？5G、云端技術等先進科技的應用將起到重要作用。

近幾年發展如火如荼的5G技術當然不會缺席冬奧會的各種科技保障項目，在賽事報道、轉播，現場導覽等方面我們都能看到5G的身影。目前，5G信號已覆蓋冬奧會所有場館和連接場館的道路，為超高清視頻、智能服務等應用場景提供了必要的網絡連接。同時，5G還在高鐵上實現了創新應用。1月6日，北京冬奧列車暨高鐵5G超高清演播室在北京清河站正式發車，它將連通北京、延慶、崇禮三大賽場，這是全球首次在350公里時速的高鐵列車上依托5G技術打造超高清直播演播室，實現超高清信號的長時間穩定傳輸。

位于列車8號車廂的“世界首個高鐵

5G超高清演播室”是這趟冬奧列車最大亮;點之一。此車廂經過改造，融合局鐵5G+4K技術，搭建了世界首個高鐵5G超高清演播室，可以實現列車運行中的節目現場錄制和直播，同時也可實現賽事直播。高鐵5G超高清演播室采用全IP技術構建，在冬奧期間，各國記者可在列車上實現嘉賓訪談、全車廂移動直播報道，為大屏小屏提供虛擬制作、多方連線等服務。

在有限的車廂空間內搭建演播室，并實現長時間、高速移動下節目的穩定傳輸，要克服許多技術難點，包括信號傳輸、車內與地面通信等。列車所有車廂都安裝了華為5G基站，可以為車內設備提供便捷穩定的移動互聯網連接，鐵路沿線的5G基站也專門進行了強化，不僅可以正常和高速行駛中的列車內的設備穩定連接，也能提供足夠的寬帶進行5G超高清直播，這是一項相當了不起的技術成就，要知道因為列車的行駛速度太快，4G等傳統的移動通信技術很難與外部基站保持穩定的連接，而我國的5G技術專門針對高鐵進行了優化，即使高鐵以最高時速運行也能提供穩定的互聯網連接。

這還不是全部，北京冬奧列車還擁有全自動駕駛能力，在全球范圍內來看，我國率先實現了高鐵列車的全自動無人駕駛。列車搭載的主控電腦可以自動分析包括前方路況在內的大量數據，做出最佳判斷并控制列車時速，鐵路的智能調度系統也可以和列車的電腦進行通信，全自動調度列車的運行，不僅可以最大限度確保列車準點運行，還能提升列車運行的經濟性，降低大量的電能消耗。現在，你是不是已經有些期待在接下來的冬奧會期間，也能收看到北京冬奧列車上傳來的現場報道了。

除了5G應用廣泛鋪開，北京2022年冬奧會的轉播模式也有了新的改變，那就是“云轉播技術”。本屆冬奧會將首次實現冬奧會歷史上的云轉播，依托5G+超高清媒體處理+AI+云大物+區塊鏈技術，打造“全云、全IP、全移動、全網接入即服務”的“四全”云轉播平臺。云轉播，是將前端現場采集的音頻信號，通過網絡技術直接傳到云端存儲。導播可以直接在云端，編輯音頻和視頻素材，并制作成音頻視頻節目，直接發送到電視機、電腦和手機等觀眾終端，可以減少大量的工作人員和設備需求，大大提升工作效率。5G可直接將前端設備采集的視頻信號，實時傳上云平臺。在混合采訪區，利用遠程遙控攝像系統，實現媒體記者跨空間采訪。

觀眾對于奧運轉播最核心的訴求依然是超高清畫質。高清、流暢的畫質永遠是體育迷的剛需。在北京2022年冬奧會上，觀眾有望體驗到8K超高清直播技術帶來的前所未有的清晰比賽畫面。8K超高清直播技術主要借助5G信號高速傳輸、8K攝像機現場采集和轉播實時編輯、中星6C通信衛星信號傳輸，實現對冬奧會賽事的高清直播，為觀眾帶來更加真實、震撼，更具現場沉浸感的視聽體驗。2021年12月31日，北京廣播電視臺冬奧紀實8K超高清試驗頻道正式開播。該頻道作為科技冬奧5G+8K應用的示范集成平臺，除了有超過50小時的8K精品節目儲備之外，在冬奧會和冬殘奧會期間，還將轉播超高清信號的比賽實況。據悉，8K超高清試驗頻道的節目信號正通過歌華有線和IPTV等渠道接入普通家庭。而作為本屆冬奧會舉辦地，北京也將在全市若干點位新建或改造16?18個支持8K的超高清大屏幕，觀眾可以在戶外欣賞

到該頻道轉播的8K畫質的比賽實況。

對于在手機上觀看賽事的用戶來說，同樣不會缺席這場8K超高清“盛宴”。將于2022年1月底上線的5G+8K高清視頻移動應用“京8”，集成了獨家制作的8K超高清資源和全球第一款支持8K互動體驗的視頻播放器。App上線后，將支持用戶收看北京廣播電視臺8K超高清試驗頻道的現場直播和8K精品節目。觀看8K超高清視頻時，用戶不僅可以實現最高200%。的畫面縮放，體驗裸眼3D等視覺特效，還可以通過視頻投屏，與全家一起感受8K超高清技術帶來的現場震撼。

值得一提的是，“交互式多維度觀賽體驗技術與系統”將首次出現在電視轉播中。該系統采用“自由視角”視頻技術來展現冰球等冬奧會項目的比賽。過去觀眾觀看的體育賽事直播畫面，是由導播在轉播車上對多路攝像機拍攝的畫面合成為一路信號，導播切到哪個畫面，大家就只能看那個畫面。而在5G和高速寬帶環境下，用戶可以自己充當“導播”，隨時改變賽場的視角和位置，全方位地欣賞賽場上運動員的一舉一動，獲得交互式的觀賽體驗。同時，“自由視角”技術還能協助裁判更快速、精準地做出判罰，使運動員和教練員多角度直觀地回顧場上細節。

這套系統的核心是由吊裝在賽場中U形架上的幾十臺相機，和座席中間數個球形攝像頭組成。相機采用5G+8K的技術，球形攝像頭的分辨率更是高達11K，對賽場中的比賽進行全面拍攝。用戶通過相應的App或VR設備接入系統，就可以體驗180°自由視角觀賽和沉浸式直播，實時觀看比賽的精彩瞬間。雖然系統只有幾十臺相機，但是觀眾可以看到的視角并不限于這幾十個。這是因為這些相機所拍攝的畫面通過三維重建和渲染技術，實現了用戶交互式、連續自由視點視頻生成與傳輸，可以呈現任意時長和幀率的精彩特效片段，相當于上千臺相機同時拍攝出來的效果。據悉，“自由視角”技術實現了多終端的觀看，觀眾除了通過電視機觀看以外，也可以通過手機和VR設備進行觀看，其中通過VR設備的視角，觀眾能更容易獲得身臨其境的觀賽體驗。

智慧、綠色元素貫穿始終

在北京2022年冬奧會上，到處都充滿著“智慧”的影子，各種智能機器人的廣泛應用就是最直觀的例子。在冬奧會的各個場館中，我們有望看到一臺臺“行走”的機器人的身影。據悉在北京冬奧會期間，智能機器人將在各大賽區承擔大量工作，“它們”分工明確、智慧快捷，是冬奧會重要的“志愿者”。

在防疫背景下，機器人可以測量館內人員的體溫情況，還可以進行消毒液的噴灑工作，理所當然也被應用在冬奧會場館之中。其中的霧化消毒機器人采用化學消毒的方式，一次能裝16升消毒液，通過頭頂上的四向噴頭將液化出來的氣物噴灑到空氣中，一分鐘消毒面積可達36平方米，單臺機器人消毒面積最多可覆蓋1000平方米以上，續航時間4?5小時，將被用于進行冬奧會場館大場景的消殺工作。而且工作人員只需要將消毒液提前添加在機器人上，通過手機App就能預設工作時間，等到了設定的時間后機器人就能自動啟動執行消毒任務，便捷省心。

還有一種UV紫外線消毒機器人，通過254納米紫外線波長的光波對賽區進行消毒，消殺效果非常徹底，將被應用于冬奧場館核心區域的小場景消殺工作。同曰寸，科技智慧運營平臺將在冬奧會期間發揮科技力量，實現科技防疫。通過內場感知網絡和隨身感知終端，全面呈現人員的動態流線、聚集接觸的情況和區域停留的時間等具體信息，助力冬奧場館防疫防控。值得一提的是隨身感知終端中的一種可穿戴“體溫貼”。“體溫貼”是一款內置了芯片的“無線電子體溫計”，是專門針對連續體溫檢測的醫療電子設備。“體溫貼”可以和手機上的App綁定，將檢測到的體溫數據遠程、實時上報給數據后臺，通過前端智能體溫計搭配體溫檢測管理系統，可以起到實時檢測工作人員體溫的效果。遠程的監控系統，每3秒采集一次體溫數據，一旦超過37.3°C，系統就會自動報警，以短信的方式通知防疫管理人員。這個可穿戴“體溫貼”還是全球最小、測溫最精準的可穿戴式連續智能測溫設備之一，測溫芯片只有米粒大小，檢測體溫的誤差在0.1C-0.2C之間，最小可達0.05C，充滿電后可以連續使用10天。

除了防疫，5G送餐機器人、室外物流機器人也將在冬奧會中發揮重要作用。它們既減少了人員接觸，也能承擔大量的運送工作。在冬奧會的智慧餐廳中，自動餐飲設備能夠24小時運作，保證點餐、制餐、出餐全流程自動化完成。每一臺智能烹飪設備均配置了信用卡及手機支付系統，方便各國人員點餐。有意思的是，智能咖啡設備也將應用在本屆冬奧會上。一臺雙臂協作機器人可以左右開工，精準執行各種動作，完成取豆、稱重、取水、上水、沖泡等一系列咖啡制作工藝。同時，機器人能夠復刻大師級手沖咖啡的流程，像咖啡大師一樣進行拉花操作，全程只需4分鐘，就可制作一杯醇香的咖啡。此外，無人車售賣、無人車清掃和無人超市等服務也將為運動員、教練員提供自動跟隨、行李運送、音樂互動表演等多種服務。

“綠色辦奧”是北京2022年冬奧會一直以來秉承的理念，競賽場館將全部采用綠色和可再生能源供電。作為本屆冬奧會的重點配套工程，張北可再生能源柔性直流電網試驗示范工程可以將張家口的風電、光伏等清潔能源轉化成穩定的電能送入北京，助力北京冬奧場館實現奧運史上首次100%清潔能源供電。據悉，張北柔

直工程是世界上首個輸送大規模風電、光伏、抽水蓄能等多種能源的四端柔性直流電網工程，也是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程，核心技術和關鍵設備均為國際首創，創造了12項世界第一。工程投產后，能夠滿足700萬干瓦新能源裝機的外送和消納需求，每年可輸送140億干瓦時清潔電力，相當于北京市年用電量的1/10，可全面滿足26個冬奧會場館用電需求，每年節約標準煤490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸。

在本屆冬奧會上，氫能源汽車將成為賽事主要服務車輛。在延慶賽區和張家口賽區，總共將投入700余輛氫燃料大巴車，為賽事提供交通運輸服務保障。這種氫能客車續航里程達630公里，能實現零下30℃低溫啟動，滿足北方城市低溫運行要求。相較傳統化石能源車輛，氫能客車每行駛100公里，可減少約70公斤二氧化碳排放。氫能大巴的“心臟”是氫燃料電池，2021年12月初，我國首條全自主可控的國家電投30萬平方米質子交換膜生產線在武漢投產，推動了我國燃料電池核心材料產業向前大步邁進。值得一提的是，2022年1月6日，國內首座站內氫氣檢測實驗室——中國石化西灣子氫氣檢測實驗室在河北崇禮正式投運。該實驗室能完成燃料電池氫氣的13項典型指標檢測，為保障冬奧會氫能質量安全可靠提供技術支撐。

“黑科技”護航靜待冬奧精彩

不難看出，北京2022年冬奧會將成為一屆科技含量很高的奧運盛會。有了這些“黑科技”的加入，不僅能為參賽人員、現場觀眾提供更好的賽時服務，還能給在家過年的你我帶來更好的觀賽體驗。更重要的是，科技助力冬奧會，是實現冰雪運動可持續發展，以及綠色奧運、全民參與的關鍵一步。運動員們在冬奧會賽場上追求更快、更高、更強，中國的科技力量也將同步閃耀。北京冬奧會，注定將因為科技而更加精彩。讓我們一起期待北京2022年冬奧會的成功舉辦。

熟悉《微型計算機》的讀者應該都知道，編輯部的所在地是重慶。在我們搜集整理此次冬奧會上的"黑科技"時，也欣喜地看到重慶的科技工作者為冬奧會助力頗多。在這之中，重慶大學作為當地規模最大的高等學府，充分發揮了學科優勢，牽頭承擔了"科技冬奧"重點專項中的多項課題和任務，其中就包括了為運動員訓練提供數據支撐。

在冬奧會滑雪比賽中，"風"是一個影響運動員滑行的重要因素，怎樣讓風對運動員的影響更小，是一個復雜的問題。重慶大學參與的"科技冬奧"專項課題針對雪場的風環境進行研究，為我國運動員和教練員提供決策依據和支持。

在雪道速降過程中，影響運動員滑行的因素包括運動員體型、技戰術、賽道條件、雪況、風速以及滑雪裝備的特性等，運動員在滑行過程中受到重力、空氣升力和阻力、地面支撐力和摩阻力以及骨骼肌肉力等作用，其中空氣阻力與運動員的姿勢有很大關系。重慶大學"科技冬奧"團隊通過實地勘測和3D建模，建立了實用、高效、精確的高山滑雪運動員速降模型，并利用風洞實驗裝置來驗證，以確保計算的準確性。怎樣調整正確的姿勢？怎樣正確地選擇裝備？將研究數據提供給冬奧會運動員、教練后，可以實現運動員戰術、技術、裝備與體能綜合的個性化訓練方案，從而發揮主場優勢，提高比賽成績。

北京冬奧會除速滑館、冰立方等少量永久性場館外，絕大部分的觀賽、生活、醫療等賽事保障基礎設施均以臨時設施為主，包括觀眾看臺、轉播塔、橋架、led大屏、廁所、臨時用房等。為了保障嚴寒、山地、強風條件下大規模臨時設施的安全，重慶大學"科技冬奧"團隊研發了嚴寒山區復雜地形下大面積高容量臨時設施安全運維監測系統。通過在臨時設施上安裝溫度、濕度等環境傳感器，以及振動、傾角、應變等結構響應傳感器，實時監測臨時看臺的狀態，隨時對其進行"健康體檢"。據悉在崇禮賽區和延慶賽區，團隊一共安裝了30套設備對臨時設施進行安全監測，設備要等冬奧會和冬殘奧會結束后才會拆除，期間所有的監測數據都會實時發給現場的運維人員，對臨時設施架體進行及時維護。