“理”很硬

文/徐夢姍 郭宇忻

1.高亭宇在使用人體高速彈射裝置訓練

2.冬季項目智能訓練管理系統中，大跳臺起跳階段人體運動學及動力學分析畫面

3. 室內多自由度模擬滑雪訓練系統裝置

4.運動員在使用室內多自由度模擬滑雪訓練系統進行訓練

北京理工大學牽頭承擔國家重點研發計劃“科技冬奧”專項項目3項、課題13項，以硬核科技服務北京冬奧會、冬殘奧會。

賽事訓練支持技術

彎道滑行技術是在速度滑冰比拼中制勝的關鍵環節之一，而對其進行專項技術訓練，需要運動員自己加速至60公里每小時以上的高速，存在體力消耗大、多次訓練入彎速度一致性差的難題，這使得助力運動員加速、提高彎道技術訓練效率成為迫切需求。

針對這一問題，北理工宇航學院郝繼光教授團隊牽頭研制了“人體高速彈射裝置”，主要用于輔助速度滑冰運動員開展彎道滑行技術訓練，可實現對運動員加速過程的精準控制，填補了該技術領域的國內空白。

2022年2月12日，高亭宇斬獲北京冬奧會男子速滑500米金牌，并打破奧運會紀錄，以34秒32，一戰驚世。拉住牽引繩、彈射加速、松開繩子、調整姿態入彎——利用“人體高速彈射裝置”開展彎道訓練，早已成為包括高亭宇在內的國家速度滑冰隊隊員的日常訓練科目之一，該裝置幫助他們突破了訓練難題，實現了精準訓練。

宇航學院霍波教授帶領運動生物力學團隊開發的該系統，包含運動員姿態測量及識別系統、空氣動力學實驗測量及數值模擬系統、生理參數柔性傳感器實時監測系統和綜合考慮姿態、外力、生理功能的運動生物力學分析系統，可以實時科學分析，幫助教練和運動員更加精準地找到不足，通過有針對性的訓練提高成績。

比如，在高山滑雪項目中，可以通過分析該系統記錄的運動員在滑行過程中的一些運動學參數（包括速度、加速度、繞旗門時的離心加速度等），幫助運動員進行更有針對性的訓練，從而使其在過旗門時盡量不減速，以此縮短用時。

在跳臺滑雪項目中，該系統可以監測運動員起跳時的速度、加速度、起跳角度、蹬地用力等，從而幫助運動員調整飛行姿態和落地距離。

該系統由北理工自動化學院劉向東教授團隊研制，該系統可以為高山滑雪、越野滑雪等項目的運動員提供室內模擬滑雪訓練設備，以提升其回轉、滑行等專項技術動作的訓練效率，并在非雪季為運動員提供模擬訓練。相關設備已用于國家高山滑雪隊運動員的日常訓練。

該項目由北理工光電學院趙長明教授團隊負責，通過研發出適合低溫環境運行的無人機載激光雷達掃描系統，實現了高精度重建雪場和訓練數據實時傳輸，為國家隊在高山滑雪、自由式滑雪等項目的冬奧備戰提供了技術支持，蘇翊鳴在訓練中也曾使用這一技術。團隊還對國家隊運動員采集訓練數據進行分析，研發了“運動員運動信息多源實時采集與顯示系統”，幫助教練員糾正訓練動作、提高訓練效率。

5.“智能化創編排演一體化”系統中展示的《立春》節目效果

6.零碳建筑展示平臺

7.基于人工智能技術對遙感圖像分辨率的增強

開幕式支持技術

計算機學院數字表演與仿真技術團隊采用北理工原創的“智能化創編排演一體化”系統打造了全仿真的“虛擬鳥巢”，為開幕式的策劃、設計和排練提供了有力的科技支撐；與央視合作研發的渲染集群管理軟件，將16K地屏的渲染速度提高了30倍以上；通過冬奧會開幕式仿真系統，對34個不同轉播機位的拍攝效果進行仿真。

團隊通過三維仿真技術，模擬出冬奧會開幕式全流程，對演員、觀眾、燈光、音樂、煙花、奧運火炬，甚至轉播機位等全要素進行全方位“排兵布陣”，幫助導演等直觀了解節目整體效果。

透過仿真系統大屏幕，不僅能夠從多個視角觀看表演效果，還可窺見演出設計里的“毛細血管”——精確到秒級的時長把控、細致到厘米級的點位排布，確?！霸趯Φ臅r間，出現對的元素”。

通過智能化創編排演一體化服務平臺這一“大算盤”，開幕式各個團隊的創意細節甚至想象被整合在一起，變成系統里的一個個實際效果，從而找到理想狀態下開幕式各環節“最優解”。

綠色冬奧支持技術

北理工魏一鳴教授團隊牽頭，聯合國家速滑館、清華大學等8家單位，研發了低碳冬奧監測與碳中和調控關鍵技術，提出冬奧會碳中和實現路徑與方案，并對北京冬奧會各項低碳技術的減排量以及賽事總體碳排放量進行精準測算，打造了“零碳小屋”。

零碳小屋在冬奧期間作為“冰絲帶”服務和應急咨詢的站點使用。它利用屋頂的風機和太陽能光伏板供應清潔能源，滿足室內空調、辦公設備、外墻大屏等用電需求，并裝有熱回收系統、電能儲存系統，實現能源自給自足與智能調控，達到零碳排放。建筑本身也使用了環?？苫厥盏匿摬牧?，小屋可以拆裝移動循環利用。

北理工孫逢春院士團隊牽頭研制面向冬奧的新能源客車電池、電機新技術，裝備此電池、電機的212輛新能源客車在各賽區為北京冬奧會、冬殘奧會提供了服務。

低溫自加熱電池系統：此系統可以在-35℃的環境下，基于自加熱的方式在短時間內使車載動力電池溫度上升到0℃以上，從而激活動力電池的正常應用。

雙電機無動力中斷一體化自動變速電驅動系統：此系統既可保證電動車持續爬坡而“不知疲倦”，也可以規避電動車在換擋過程中出現動力損失等情況。智能網聯整車控制器，可將車輛運行狀態信息上傳到云平臺，實現對車輛運行的安全監控。

低溫補氣增焓空調：北理工團隊開展了低溫補氣增焓技術的應用研究，與傳統的車內空調制熱相比，具有寬溫區、高能效、安全性好等特點，解決溫度受限及能效低的難題，可以滿足冬奧電動汽車低溫環境制熱的要求。

冬奧新能源汽車安全防控平臺：此平臺可實現冬奧新能源車輛“人—車—路”信息融合與協同管控，為冬奧期間車輛安全監管與疫情防控協同增效提供有力支撐。

冬奧天氣預報支持技術

北京理工大學集成電路與電子學院呂昕教授、胡偉東教授團隊，利用微波太赫茲遙感技術提高衛星探測的空間分辨率，從而精確獲取雪深、雪水當量等重要的積雪參數。

相比于傳統光學遙感，微波太赫茲遙感不僅可以提供全天時、全天候探測，而且穿透力強，可對云層遮擋下的環境進行探測。其獨特的頻譜特性還能有針對性地得到溫度、濕度、海風、水汽、雪深和污染指數等信息，從而為冬奧賽場的天氣預報提供數據支持。

北理工的太赫茲技術還被應用到冬奧賽事的安檢服務中。團隊和相關公司合作推出的太赫茲人體安檢儀，被應用于國家速滑館“冰絲帶”。該產品幀率大于10幀/秒，具有“非接觸、無輻射、快速成像”的特點。