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科技服务奥运 奥运带动科技

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  8月24日,第29届奥运会在北京胜利闭幕,中国实现了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的庄严承诺。

  举办奥运会,是中华民族的百年期盼;办好奥运会,是中华儿女的共同责任。中国科学院十分重视与科技部、北京市奥组委、国家体育总局及其他奥科委成员的合作。从2001年开始,中科院瞄准承办奥运会所面临的大量科技需求,与奥科委成员单位紧密结合,在环保、安保、交通、场馆建设、数字奥运、运动科研等方面从上百个项目建议中筛选部署了一批奥运科技项目,获得了科技部和中科院专项配套经费的支持。此外,中科院还通过部署重要方向项目和领域前沿项目的方式部署了一批科技奥运项目。中科院每个科技奥运项目基本都是院属单位及与院外有关单位通力合作的结晶,是多学科交叉合作的硕果,这种合作精神推动中科院在短期内取得科技支撑奥运的显著成效,并将推动中科院今后的创新工作。

  中科院根据奥运会不同阶段提出的需求积极部署科技奥运项目,有效推动科技为奥运服务,一批项目已发挥重要作用。

  奥运会筹备伊始,中科院就发挥在大气环境立体监测、环境卫星遥感、空气质量模型预警预报等方面的综合科技优势,以奥运主场馆、北京周边地区空气污染监测为主要内容,建立了以北京市为中心覆盖周边关键区域的大气环境综合立体监测系统,通过与北京市环保局的紧密合作,进行了奥运空气质量日报和模型分析预报,用科学数据证明我国对奥运会空气质量的承诺。

  奥运中心区的夜晚,可以看到29个造型别致、亮度适宜的景观灯柱。这是中科院电工所承担的太阳能光伏发电项目的先进成果。景观灯柱太阳能发电系统中,光伏组件替代了通常用于遮阳棚设计的建筑材料,做到了光伏建筑一体化。白天,在并网发电、向灯柱附属设备供电的同时,也为游人小憩遮阳,在造型和功能上充分体现了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。在国家体育馆的屋顶上也分布着许多光伏组件,它们发出的电能用来供给体育馆地下车库的照明。该光伏示范电站项目于2007年12月并网运行,安装面积约为1000平方米。值得一提的是,由于配有逆功率保护装置,有效保证了多余电力不返送电网。此外,自动数据采集功能和多媒体展示系统,可以更好地向公众宣传光伏发电绿色环保的优越性。

  8月8日,数万名观众从“鸟巢”的100多个人脸识别系统快速身份验证关口有序入场参加开幕式。这是具有我国完全自主知识产权的人脸识别系统,该系统由中科院自动化所研究人员潜心研制。人脸识别是极具潜力的一种生物特征身份识别方式,经过不懈努力,中科院科研人员为北京奥运会“量身定制”了人脸识别快速身份验证系统,成为开闭幕式的第一道安保防线。该系统事先对入场券持有者提交的人脸身份照片进行扫描,提取人脸特征,并录入信息数据库。在进入现场时,利用视频摄像头对入场券持有者进行人脸图像采集,并与数据库中的数据进行对比,从而实现人脸身份识别,对真实票证持有者放行,将冒用者拒之门外。人脸识别系统在北京奥运会开幕式上的成功应用,开创了人脸识别技术应用于奥运会的先河。中科院有关研究人员介绍,奥运之后,该系统可以广泛应用于各种需要人员身份验证的场合,如大型体育赛事、口岸、机场、景区、大型会议、教育考试、政府机构和企业的出入口控制等。

  另一个在备战奥运中发挥重要作用的成果,是由合肥智能所开发的赛艇测试与反馈训练系统。该系统全面应用于国家赛艇队、皮划艇队和帆船帆板队的训练,对教练员控制训练强度、监督每堂训练课的效果起到了很好的作用。长期以来,由于水上项目运动生物力学研究相对滞后,缺少检测设备和反馈渠道,难以精确把握制胜规律。赛艇测试系统参与训练后,运动员只要打开电源,即可进行反馈训练,一系列问题迎刃而解。比如,过去运动员无法准确知道自己每一桨效果的好坏,训练积极性难以被激发,而该系统以直观、简捷的方式将每一桨的效果展现出来,运动员据此调整动作,大大提高了效率。又如,多人艇需要桨手之间的高度协调,传统的思路是尽量追求外在动作的一致性和同步性,但效果如何只能依靠船速来判断,而该系统能够对8个桨位的力信号、角度信号进行同步采集,结合船速、船体加速度、船体姿态信息,全面分析每个桨位的发力特征和效果,显著提高配艇的实效性。赛艇冠军唐宾、金紫薇、奚爱华、张杨杨在赛后表示,“我们一直默契地合作,测试系统在国家队训练中得到了很好的运用,帮助队员们提高成绩。可以说,这块金牌也凝聚着科研人员的功劳。”

  蹦床、跳水、游泳等运动项目对运动细节有很高的要求。传统的体育训练主要依靠经验,教练改进运动员动作时,主要是口述指导或示范,运动员只能凭感觉领会教练意图,想要找出动作的细微偏差,真正使动作达到精准和完美,难度非常大。而在备战北京奥运会过程中,中国健儿可以凭借中科院计算所研发的数字化三维人体运动仿真和视频分析训练系统,解决这一难题。国家蹦床队科研人员李东健说,“中国蹦床能在短短10年内从一无所有到拿到奥运会冠军,说明了我国蹦床科研的手段是适合中国特色的。”在蹦床训练中,科研人员事先在电脑中模拟出一些规范的比赛动作,并分析动作的连贯性和可行性,为运动员制造出忠实可靠的“陪练”。当用鼠标选定屏幕上的一个动作时,虚拟运动员就立即表演出一套完美的动作。系统还可以将动作进行分解和重组演示,进行一整套新动作的编排。运动员将自己的动作与虚拟运动员进行对比,很容易找出不足,进行深层次的理解。此前,计算所还向国家体育总局多个运动项目管理中心无偿提供了40套视频分析软件系统,为蹦床、体操、跳水等竞技运动的科学训练提供了新的手段。现在,运动员训练的空中和网上动作,都做到了现场反馈,并在训练课后进行技术分析,对提高运动员的技术能力有很大帮助。

  除此以外,中科院还有多项成果服务奥运。在运动科技方面:第一,数字跑道、数字跑鞋。数字跑鞋系统目前已经全面配备国家竞走队和国家马拉松队,为我国夺得女子马拉松铜牌立下汗马功劳。数字跑道系统已用于国家跳远队及三级跳远队训练。第二,数字铅球、数字铁饼运动员辅助训练系统。该系统实现了铅球运动、铁饼运动动力学测试手段的创新与突破。第三,运动应激肠屏障损伤机理与调节剂。由中科院遗传所农业资源研究中心为主的攻关组,将现代医学和传统中医学理论有机结合,研制成功胡萝卜素微生态营养液和止泻消痛片,能有效预防、治疗体能类项目的运动性腹泻和腹痛,快速恢复运动员体能。

  在信息科技领域:第一,激光显示技术奥运应用演示验证。光电研究院与北京中视中科光电技术有限公司合作,成功研制出高亮度、高分辨率的超大屏幕激光投影机,成功应用于奥运大厦主运行中心,为奥运会赛事提供了强有力的保障。第二,奥运主场馆区工程环境高分辨率遥感监测与虚拟仿真研究。遥感所完成的航空遥感影像图为第29届奥组委工程规划部和北京市规划委所采用,用于奥林匹克公园区的规划设计和奥林匹克公园周边地区的交通规划设计。第三,自然环境下语音识别关键技术研究与集成。声学所与首都信息发展股份有限公司联合研制的语音识别引擎已成功运用于奥运多语言信息服务系统中。第四,面向奥运的网络资源动态集成与知识服务。计算所研发的奥运综合信息服务系统服务于奥组委足球比赛。

  在绿色科技方面:第一,优质饮用水净化及安全保障技术与设备。生态环境研究中心研制出固定式和移动式饮用水净化与供给的集成设备,在奥运村及部分奥运场馆应用。第二,常温下催化净化甲醛的技术及装置。该装置由生态环境研究中心研制,实现奥运会附属设施室内甲醛浓度低于0.1mg/m3的国家标准。第三,微生物降解生态厕所。

  以微生物所为主研制的生物降解生态厕所已在鸟巢、奥林匹克水上公园、森林公园、青岛奥帆赛场等场馆使用。第四,奥运会主场馆鸟巢和水立方中心区重点输变电工程慧祥110千伏变电站的声学设计。该工程的设计彰显了绿色环保理念,得到了“2008”奥运工程指挥办公室的好评。第五,城市垃圾污染控制及资源化利用处理技术工程热物理所开发的相关成果在北京延庆、通州垃圾填埋场建立了示范装置,沼气焚烧火炬已成功应用于奥运重点工程——北京南宫餐饮垃圾处理厂。第六,可再生能源技术在建筑节能中的应用。广州能源所等单位的可再生能源成果为奥运工程新能源利用系统建设提供了范例。

  在安全技术领域:第一,大空间图像探测与自动定位灭火技术。该项目由中国科技大学火灾科学国家重点实验室承担,已应用于奥运比赛馆和奥运会国家会议中心等100个大型公共建筑。第二,水下安保系统。该系统由声学所、西安光学精密机械所等单位研制,已圆满完成青岛奥帆赛水下安保任务,并将承担残奥会帆船比赛的水下安保任务。第三,奥运体育场馆风险评估与性能化设计技术。该项目由中国科技大学火灾科学国家重点实验室承担,成果已在鸟巢、国家体育馆、五棵松篮球馆等10余座奥运体育场馆以及国家大剧院等近100项国家和地方重要建筑与重大工程中应用。

  科技为奥运提供支持,奥运也带动了科技的发展。中科院借助举办奥运会的契机,以奥运科技需求推进中科院知识创新工程。中科院针对奥运建设工程中提出的科技需求,在知识创新工程项目中进行前瞻部署,提升相关研发力量,借奥运契机推动有关高技术产业的发展。在组织部署奥运科技项目时,强调奥运需求导向,突出高科技特色;注重院内外力量联合,加强技术集成,注重项目的工程化应用;加强奥运科技项目与知识创新工程相结合,充分利用市场化机制,采取经费多元化方式支持,令科技成果得以更广泛地应用。

  科技奥运过程充分体现了战略需求驱动是当代科技创新的一种重要力量,是突破核心技术、完成系统集成,服务国家重大需求、服务社会、造福人民的一条重要途径。国家重大战略需求隐含着大量对科学前沿和高水平系统集成的要求,中科院积极主动地抓住这个机遇,组织科技力量参与北京奥运会和即将召开的残奥会,有利于提升中科院的创新能力,加快实现创新跨越、攀登科技高峰。

  中科院广大科技人员表示,科技奥运充分体现了国家战略需求创新是推动科技创新的重要力量,也是推动科技界服务国家重大需求、突破核心技术、完成重大系统集成、服务社会的重要力量。奥运会倡导“更高、更快、更强”,前沿探索永无止境,国家和社会的需求也会对科技创新不断提出新的要求,这需要广大科技人员不断认知新规律、不断作出更高水平的研究,为国家经济社会发展作出新的更大的贡献。




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