北京高校為冬殘奧會(huì)拿出不得了的高科技產(chǎn)品

研發(fā)一雙“火眼金睛”，對(duì)高速滑行軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)追蹤，開發(fā)智能升降臺(tái)，為冬殘奧場館“拆”門檻兒，高科技也有溫度……在即將開幕的北京冬殘奧會(huì)上，一批來自北京高校的“高科技”助力殘疾人運(yùn)動(dòng)員沖破自我、挑戰(zhàn)極限。

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“火眼金睛”采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

位于順義區(qū)的國家殘疾人冰上運(yùn)動(dòng)比賽訓(xùn)練館內(nèi)，12位殘奧冰球運(yùn)動(dòng)員正在進(jìn)行訓(xùn)練，他們自如地控制冰橇，靈活地左右移動(dòng)冰球桿，激烈碰撞、快速傳球、精準(zhǔn)射門……在這場激烈的冰球比賽背后，一雙“火眼金睛”正在為殘奧冰球運(yùn)動(dòng)員備戰(zhàn)北京2022年冬殘奧會(huì)提供幫助。

由北京交通大學(xué)國家軌道交通安全評(píng)估研究中心副研究員劉思平牽頭負(fù)責(zé)、北京冰鋒科技有限責(zé)任公司實(shí)施研發(fā)的科技冬奧重點(diǎn)項(xiàng)目——“智能運(yùn)動(dòng)感知技術(shù)與輔助訓(xùn)練系統(tǒng)”，利用復(fù)雜環(huán)境下高速滑行精準(zhǔn)軌跡追蹤，為殘奧冰球、高山滑雪、速度滑冰等項(xiàng)目的日常訓(xùn)練“出謀劃策”。

“我們研發(fā)出了一套高速滑行精準(zhǔn)定位算法，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行復(fù)盤。”劉思平介紹，該項(xiàng)目針對(duì)冰球運(yùn)動(dòng)高速滑行等特點(diǎn)，對(duì)每位運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行每秒100次的定位監(jiān)測，精度可達(dá)5至10厘米。“這意味著每名運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)軌跡等數(shù)據(jù)能被高效、迅速地獲取，以輔助教練員優(yōu)化競訓(xùn)方案，更好地進(jìn)行‘排兵布陣’。”

在比賽中，殘疾人冰球運(yùn)動(dòng)員用冰橇代替冰鞋，坐在冰橇上的特制座椅上進(jìn)行擊打冰球等動(dòng)作。團(tuán)隊(duì)還針對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性對(duì)智能系統(tǒng)進(jìn)行了專屬設(shè)計(jì)。“日常訓(xùn)練中，每位運(yùn)動(dòng)員都會(huì)佩戴一枚‘智能標(biāo)簽’，通過超寬帶技術(shù)與場館內(nèi)安裝的定位基站實(shí)時(shí)通信，以追蹤和采集運(yùn)動(dòng)員的軌跡。”劉思平說。

標(biāo)簽的固定位置大有講究——雪車雪橇項(xiàng)目的標(biāo)簽固定在車上，速度滑冰系在運(yùn)動(dòng)員腳踝上，冰球項(xiàng)目使用的是頭盔定位標(biāo)簽。團(tuán)隊(duì)根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了腕帶定位、頭盔定位、雪車專用定位等多種形態(tài)的標(biāo)簽，滿足冬季項(xiàng)目應(yīng)用的不同場景。

由于殘奧冰球項(xiàng)目以坐姿進(jìn)行比賽，運(yùn)動(dòng)員全身距離冰面較近，定位信號(hào)容易受到冰面和冰橇的影響，所以，團(tuán)隊(duì)選擇在頭盔上固定標(biāo)簽。北京冰鋒科技項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李漩解釋道：“這意味著冰球賽場上的12名運(yùn)動(dòng)員即便處于互相遮擋、一片混戰(zhàn)的情況下，定位信號(hào)也可以不受阻礙地發(fā)送出去。”

除了精準(zhǔn)定位功能，這套智能運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)還能針對(duì)不同項(xiàng)目所關(guān)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。“在高山滑雪項(xiàng)目中，殘疾運(yùn)動(dòng)員通過旗門時(shí)的數(shù)據(jù)是影響比賽結(jié)果的關(guān)鍵。”李漩說，系統(tǒng)會(huì)采集高山滑雪運(yùn)動(dòng)員的速度、距離、角度等數(shù)據(jù)，并綜合繪制成運(yùn)動(dòng)曲線。“教練員可以通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員在某次訓(xùn)練結(jié)果不佳的原因，比如他在通過某個(gè)旗門時(shí)角度和距離過大，導(dǎo)致了過多的速度損失。這就幫助運(yùn)動(dòng)員精準(zhǔn)地找到了問題，并提出改進(jìn)方案。”

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“健康管家”科學(xué)安排膳食

高山、冰面、雪場……冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的訓(xùn)練和比賽場地多處于低氣溫或高海拔的條件下，運(yùn)動(dòng)員除了需要具備過硬的運(yùn)動(dòng)實(shí)力外，足夠的體能和營養(yǎng)補(bǔ)充也是制勝的法寶。首都體育學(xué)院副教授黃興及其團(tuán)隊(duì)成為“健康管家”，從訓(xùn)練和膳食兩路攻關(guān)，為冬殘奧越野滑雪、輪椅冰壺等項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制定“健康計(jì)劃”和“營養(yǎng)菜譜”。

“均衡膳食會(huì)為運(yùn)動(dòng)員插上一雙隱形的翅膀。”黃興說，特別是對(duì)于殘疾人運(yùn)動(dòng)員來說，健康良好的飲食和生活習(xí)慣對(duì)競技成績的提升和心態(tài)的調(diào)整至關(guān)重要。由該?？蒲袌F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的“冬殘奧越野滑雪、冬季兩項(xiàng)與輪椅冰壺項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能特征、專項(xiàng)體能及心理訓(xùn)練的關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，已連續(xù)三年為輪椅冰壺國家隊(duì)開展科技攻關(guān)服務(wù)工作。

通過長期跟蹤監(jiān)測，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由于輪椅冰壺項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員常年坐輪椅，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)便秘的情況，影響訓(xùn)練的同時(shí)還不利于身體健康。“長時(shí)間保持坐姿，會(huì)導(dǎo)致胃腸蠕動(dòng)減緩，代謝減慢，超重的問題也很常見。”通過營養(yǎng)配比，黃興對(duì)運(yùn)動(dòng)員餐食的膳食纖維和食物來源進(jìn)行調(diào)整，幫助他們解決煩惱。

“我們會(huì)教運(yùn)動(dòng)員一些相對(duì)有趣且易懂的小訣竅，幫助他們改變固有的飲食習(xí)慣。”黃興舉例，為了讓輪椅冰壺運(yùn)動(dòng)員增加對(duì)新鮮蔬菜和蔬果的攝入，她會(huì)建議每餐食物的顏色不少于5種。

補(bǔ)鈣也是輪椅冰壺運(yùn)動(dòng)員的首要任務(wù)。“由于他們長期在沒有陽光的室內(nèi)訓(xùn)練，冰上環(huán)境相對(duì)陰冷，運(yùn)動(dòng)員的四肢經(jīng)常因缺鈣而抽筋，影響訓(xùn)練。”黃興在營養(yǎng)講座上向運(yùn)動(dòng)員科普人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)知識(shí)，建議他們通過膳食增加鈣的攝入，常曬太陽……

牙齦出血了，就把炒菜換成清熱祛火的大拌菜；賽前感到焦慮，晚餐多吃些助眠食物，然后舒服地睡一覺；長時(shí)間高強(qiáng)度訓(xùn)練后，把含電解質(zhì)的運(yùn)動(dòng)飲料安排上……黃興團(tuán)隊(duì)根據(jù)每位運(yùn)動(dòng)員在各個(gè)階段的不同情況給出個(gè)性化的營養(yǎng)建議。令她欣慰的是，運(yùn)動(dòng)員在體能、心態(tài)、健康等方面都有了不同程度的改觀。

除了營養(yǎng)管家，黃興團(tuán)隊(duì)還有一個(gè)身份——疲勞檢測師。“冰壺項(xiàng)目又被稱為冰上象棋，是腦力和體力的雙重比拼。”黃興說，尤其是對(duì)殘疾人運(yùn)動(dòng)員來說，需要克服比健全人更多的困難。“競訓(xùn)后，有的運(yùn)動(dòng)員感到很累，有的會(huì)說‘我沒問題’。到底還要不要繼續(xù)訓(xùn)練？數(shù)據(jù)來說話。”團(tuán)隊(duì)成員孟思宇說。

團(tuán)隊(duì)基于“中樞疲勞檢測系統(tǒng)”，敏銳精確地判斷運(yùn)動(dòng)員是否處于疲勞狀態(tài)，是否需要休息，“讀懂”運(yùn)動(dòng)員的大腦。“這不僅能夠幫助教練員科學(xué)地安排訓(xùn)練時(shí)間、制定訓(xùn)練計(jì)劃，還可以調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能，有利于身體健康。”黃興說。

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智能輪椅自如穿行各場館

在國家體育館東、西北門旁，有兩臺(tái)大塊頭升降臺(tái)，沿著樓梯軌道平穩(wěn)地搭載各位坐輪椅的殘疾朋友。在“智能升降臺(tái)”背后，一支來自北方工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)致力于給冬殘奧場館“拆”門檻兒——研發(fā)高穩(wěn)定性、安全性的軌道型輔助上下樓設(shè)備和智能系統(tǒng)以及智慧輪椅。

開發(fā)有溫度、有人情味的產(chǎn)品，是團(tuán)隊(duì)不變的初心。團(tuán)隊(duì)骨干李姝說，前期調(diào)研中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)場館中原有的設(shè)備存在開機(jī)等待時(shí)間長、抖動(dòng)幅度大、運(yùn)行狀態(tài)無法監(jiān)控等問題。“這會(huì)讓殘疾人感到?jīng)]有安全感。”對(duì)此，團(tuán)隊(duì)嘗試站在乘坐者的角度琢磨研發(fā)思路——“不要我們覺得好，而是要?dú)埣踩擞X得用起來方便才行”。

于是，團(tuán)隊(duì)成員坐上輪椅，感受殘疾人的使用體驗(yàn)，果然找到了改進(jìn)方向。“坐在輪椅上按墻壁上的電梯呼叫鈕，勢必要探著身子，努力伸長胳膊去夠，這個(gè)設(shè)計(jì)要改得方便些”“乘坐者在升降平臺(tái)上可能會(huì)誤碰操作按鈕，功能鍵要有類似‘童鎖’的功能”……

“智能升降臺(tái)安裝在戶外，北京冬季平均氣溫在零上2攝氏度到零下5攝氏度，對(duì)電氣元器件的安全和穩(wěn)定性要求更高，必須精挑細(xì)選。”李姝說：“研發(fā)階段正好趕上北京最寒冷的三九天，我們的腳都凍麻了。不過當(dāng)時(shí)大家都沒太感覺出來，一門心思解決因?yàn)闇囟忍碗娔X無法開機(jī)等問題。”

團(tuán)隊(duì)在一遍遍嘗試中發(fā)現(xiàn)問題、修改方案，最終研發(fā)出了這臺(tái)高效、穩(wěn)定、安全的“智能升降臺(tái)”。“目前，我們的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過按鈕及遙控器控制上行或下行。平臺(tái)還配備了安全保護(hù)系統(tǒng)，使用者操作失誤或者硬件出現(xiàn)故障時(shí)可以有效提示并緊急停車。”李姝自豪地拿出測試數(shù)據(jù)：平臺(tái)開機(jī)等待時(shí)間縮短了80秒，載重可達(dá)250公斤，升降移動(dòng)平均速度約為每秒0.1米，乘坐者也可隨時(shí)調(diào)整運(yùn)行速度。

硬核科技的溫暖不止于此。李姝回憶：“我曾聽一位殘聯(lián)的工作人員說，有些殘疾人認(rèn)為，輪椅也是自己身體的一部分，不希望有人隨意碰觸。”受到這句話的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出具備定位、導(dǎo)航、環(huán)境感知、避障等功能的智能輪椅，讓殘疾朋友無需他人幫助，便可自如穿行于場館的每個(gè)角落。

“輪椅充滿電，能走10公里左右，最快每小時(shí)能跑6公里，可以實(shí)現(xiàn)電磁剎車。最大越障高度達(dá)到50毫米，最大爬坡能力超過10度，滿足了絕大多數(shù)場館的使用需求。”李姝詳細(xì)地介紹，在輪椅的“大腦”中有一條“專用道”，通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)駕駛。“如果遇到障礙物，它會(huì)停下避讓、等待對(duì)方通過，或者主動(dòng)繞過固定障礙物。”在即將舉辦的北京冬殘奧會(huì)上，智能升降臺(tái)和智能輪椅將在國家體育館上崗，為殘疾運(yùn)動(dòng)員帶來有溫度、有人情味的無障礙服務(wù)。 

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