在高低起伏的雪山赛道上，滑雪运动员飞驰而过，其位置、运动状态等数据信息的传输需要克服低温、复杂地形等挑战。北京理工大学科研团队利用“冬季项目场景三维感知及重建技术”，研发出适合低温环境运行的无人机载激光雷达扫描系统，实现了高精度重建雪场和训练数据的实时传输，为国家队备战冬奥提供技术支持。

张海洋及其科研团队

量身定做“仿真雪场”

“你看，运动员在雪道上侧身转弯、蜷身下蹲、跳跃起伏……每个细微的动作都能被清晰地呈现。”北理工光电学院副教授张海洋正在电子屏上展示用三维激光雷达扫描系统搭建的崇礼滑雪场场景，两架搭载激光雷达系统的无人机就摆放在他身边。

搭载激光雷达系统的无人机

科研团队通过测量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪等项目的三维场景的数据，利用虚拟现实技术把场景信息显示出来，结合运动员的实时跟踪数据，还原雪道的真实场景。

由于每个项目都有自身的技术特点，团队还需要根据运动员和教练员的需求为其量身定做“仿真雪场”。张海洋举了个例子：“高山滑雪队尤其关注运动员出入旗门的速度和位置变化，所以我们要特别测量出每个旗门的位置并计算出运动员通过旗门的速度变化，将数据清晰地呈现在教练面前。”

光是测量，就费了不少力。雪山上温度过低时，无人机失效。科研人员只好扛着激光雷达一段一段测量。“雪山上风大，气温低，吹得人骨头缝儿疼，腿脚冻得失去知觉都是家常便饭。”他说，团队男生负责搬设备，女生在旁记录，扫描完一个点，再到下一个点。

寻找“消失”的信号

“再难也得坚持完成。”张海洋解释，此前，滑雪运动员一旦进入冰天雪地的赛道，教练就很难掌握其位置，“就算在雪山上架设了信号基站，在运动员身上安装发射器，信号也像和我们玩‘捉迷藏’一样，在树木和山峰中若隐若现。”

然而，掌握运动员的运动细节，如高山滑雪运动员通过旗门时雪板和旗门的距离、雪车雪橇进入弯道时的角度、运动员腾空时与地面的相对位置等，对运动员和教练全面掌握赛道状况，开展有效、科学的训练和指导都具有重要意义。“我们要做的工作，就是把‘消失’的信号还原出来。”张海洋说。

寻找信号其实就是对运动员进行精准定位。“滑雪运动速度快，运动员时速可达140公里，很难实现定位。”他说，科研团队经过反复试验，借助高速相机、高帧频发射机，运用北斗定位系统配合固定基站，将定位精度提高到了5厘米左右。

助力备战冬奥

目前，运动员的位置信息可以通过带有5G模块的传感器实时传到云服务器上，并在移动端直接获取。“通信效率大大提高，雪道的坡度、长度、运动员的速度、加速度、滑行距离、转弯半径等数据，都可以迅速计算出来，并及时呈现给教练。”

如今，“冬季项目场景三维感知及重建技术”相关成果已应用于国家队日常训练，并为国家队备战冬奥提供技术支持。“三维构建雪场配合运动员的高精度运动信息，能够帮助教练纠正训练动作，提高运动员的训练效率，同时还能用于室内仿真训练。”

张海洋透露，相关技术正在持续更新中，未来将实现多人同步测量并精准定位、运动员训练路线和动作的回放对照等多种用途。