为冰雪运动测风、造雪、制冰,一系列自主研发技术打造一流冬奥赛道科技造雪筑梦,演绎绿色“冰雪奇缘”( 三 )


通过场馆的智能能源管理系统 , 场馆还能够把制冰过程产生的废热用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等 。全冰面模式下每年仅制冷部分就能节省200多万度电 , 相当于约120万棵树实现的碳减排量 , 整个制冷系统的碳排放趋近于零 。经理论分析 , 采用二氧化碳制冷 , 有把握实现冰表面温差不超过0.5 。“冰丝带”也因此成为一座真正的智慧场馆、绿色场馆 。
据介绍 , 制冰工艺管道设计压力高 , 均采用无缝不锈钢管 , 尤其是冰板内的制冷排管采用了单根40至50米长的无缝不锈长钢盘——这种人工冰场超长不锈钢冷排管的应用也是国际首次 。为了确保冰板制冰效果均匀 , 建设团队引入第三方检测团队进行管道三维激光扫描及混凝土平整度惯导检测 。最终 , 17厘米的完整混凝土地面水平高差控制在4毫米左右 。
风速秒级显示
从“感知风”到“看见风”
雪上项目是冬奥会的重头戏 , 占奖牌总数的70% 。由于赛场多在山地 , 气象条件多变 , 比赛中许多项目对风、温度等环境条件变化非常敏感 。以跳台滑雪为例 , 运动员出台速度约每小时90多千米 , 落地速度在每小时120千米左右 。整个过程中 , 风速、风向的变化不仅会影响运动员完成动作的表现 , 还会影响其安全落地 , 稍有不慎就可能因侧翻而受伤 。
过去 , 冰雪运动教练员很难精确、实时得到风场信息 , 只能依靠风向旗来判断风向、风速 , 用主观经验来决策、指挥比赛 , 具有很大的不确定性 。经过数年攻关 , 由中国科学院空天信息创新研究院研究员、中科卫星应用德清研究院院长邵芸领衔的国家重点研发计划“科技冬奥”项目“雪上项目场地环境要素影响评估与临场决策辅助支持系统” , 创新性地设计并实现了冰雪运动场地的精准、实时、可视化气象保障 。在北京冬奥会备战训练中 , 该系统服务了10支国家队 , 为训练和比赛提供全方位气象保障支撑和辅助决策支持协助 , 对抗赛场天气变化 。
针对雪上项目地形复杂、气象条件多变等实际情况 , 微波遥感专家邵芸带领团队通过500多天跟队观测、模型构建、实验模拟、人工智能大数据分析 , 自主研发出了我国首套雪上项目临场指挥支持系统 , 填补了我国外场雪上竞技体育精准气象科技保障的技术空白 。这套雪上项目临场指挥系统的研发是她长期以来对微波遥感海面风场深入研究和深刻认知的应用拓展 。
2019年8月 , 团队开始全力聚焦冬奥会备赛要求 。在前期与国家集训队的交流沟通中 , 邵芸项目组得知他们最大的难点和痛点 , 在于“如何在100多米的区域场地实时精准地获取风速、风向数据” 。经过两年多的跟队考察、改良优化 , 这套源于遥感技术实现从“感知风”到“看见风”的系统逐步成熟 , 越来越接近教练员和运动员的需求 。
这套将气象观测、信息技术、竞技体育等融合为一体的系统 , 如何在冬奥会赛场上发挥作用?邵芸介绍 , 该系统可实时获取场地时间分辨率为秒级、空间分辨率为10米级的高精度测风数据 , 并直接换算成风指数 , 通过窄带数据传输系统 , 实时将数据送到手机、平板等智能终端 , 为教练员临场指挥比赛、保障运动员的生命安全提供决策辅助 。
所谓“风指数” , 就是风的影响指数 。该系统通过运动员的体重、实时风向、风速等数据 , 以及风如何作用到运动员身上 , 计算出风指数 , 来协助教练员和运动员确定什么时候起跳等 , 从而提升竞技水平 。
赛前 , 该系统已应用于自由式滑雪空中技巧、跳台滑雪、冬季两项、北欧两项、大跳台等雪上竞技体育项目的备战训练和冬奥会场地测试赛中 , 得到广泛认可 。