三維視覺+人工智能 氣象黑科技為冬奧保駕護航

2022-02-04 17:48:40 來源: 科技日報 作者: 陳佳佳 顧平月 付毅飛

陳佳佳 顧平月 科技日報記者 付毅飛

在冬奧會賽場,工作人員每天手持雪溫雪狀觀測儀觀測雪面狀態(tài),正式比賽時,這個頻次會增加到賽前、賽時多次進行。

冬奧會所有比賽項目中,雪上項目約占60%。跳臺滑雪、高山滑雪等都極具速度和技巧,雪面溫度及狀態(tài)對運動員的影響很大。冬奧賽區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,早晚溫差大、風(fēng)大。受溫度、風(fēng)速等氣象條件影響,雪質(zhì)會出現(xiàn)不同的表面形態(tài),每種雪面狀態(tài)都會使滑雪者產(chǎn)生不同的感受,直接影響競速競技成績。觀測雪表面狀態(tài)和雪面溫度,有助于氣象部門掌握信息,為賽事安排提供服務(wù)。

針對冬奧會場地的氣象監(jiān)測需要,中國航天科工二院23所航天新氣象公司通過技術(shù)攻關(guān),設(shè)計了一款手持式雪溫雪狀觀測儀,“舉手之勞”就能獲得雪的信息。

這款手持設(shè)備搭載紅外測溫、面陣激光測距、智能圖像、環(huán)境光感測等多種先進的高精度傳感器,能自動識別粉狀雪、殼狀雪、冰狀雪、漿狀雪四種雪狀,并探測雪地實時溫度,實現(xiàn)非接觸式雪面溫度實時觀測并進行高精度訂正。它支持藍(lán)牙和5G通信,實時定位,在線地圖回看坐標(biāo)數(shù)據(jù),可隨時隨地進行探測,一鍵生成數(shù)據(jù)報文、抓取圖像,滿足賽場精細(xì)化觀測需求。

智能圖像傳感器中結(jié)構(gòu)光三維視覺,是雪溫雪狀觀測儀能夠?qū)崿F(xiàn)自主識別雪狀的黑科技。其核心是利用編碼結(jié)構(gòu)的光學(xué)圖案在目標(biāo)物上投影,通過特殊相機觀察圖案畸變情況,結(jié)合測距信息就能計算探測區(qū)的平面及深度信息,從而構(gòu)造出被測物的三維形狀;通過人工智能技術(shù)對量化的形態(tài)數(shù)據(jù)進行特征分析和建模,識別出各種物體性狀。該技術(shù)也是首次用于雪質(zhì)觀測。

雪溫雪狀觀測儀投入賽場試用時,根據(jù)不同賽場實際反饋進行了優(yōu)化迭代。升級后的產(chǎn)品拓展了雪面溫度、電子地圖標(biāo)簽等要素,手感更輕便、反應(yīng)更快速。優(yōu)化雪狀的自動識別算法,一方面提升計算效率,將自動計算時間從5分鐘提高至2分鐘以內(nèi);另一方面,降低了雪狀自動識別對拍攝質(zhì)量的要求,從而無須外掛高清攝像模組,使用儀器自帶的流媒體模組即可實現(xiàn)識別功能。按北京賽區(qū)試用建議,儀器的探桿部分還增做了防水保護,增強設(shè)備現(xiàn)場使用的靈活性和便捷性。

除了雪溫雪狀觀測儀,航天新氣象公司還有測風(fēng)雷達(dá)、測云雷達(dá)和幾十個自動氣象站,分布在三個賽區(qū)多個賽點,為冬奧會氣象提供網(wǎng)格化的精細(xì)數(shù)據(jù)服務(wù)。

工作人員觀測雪溫雪狀。中國航天科工二院23所供圖

責(zé)任編輯: 冷媚