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科技助奥赛道上的“北体加速度”

编者按

十九大以来,北京体育大学对标总书记重要指示要求和体育强国战略目标,围绕北京冬奥会和东京奥运会,面向奥运备战参赛和世界体育科技前沿,全面发力,为体育事业高质量发展和奥运赛场增添活力,注入动力。

学校广大师生,胸怀“国之大者”,带头拼、加油干。在赛场上奋勇拼搏,为国争光,“升国旗”、“奏国歌”,以冠军班为代表的师生在东京奥运会和北京冬奥会上共获得21金11银7铜的好成绩;在科技助奥领域深耕不辍,在选材、运动减阻、运动装备、体能、伤病预防与医治、营养康复、动作捕捉与分析、心理调适、高新视频等多领域集智攻关,共获科研项目188项,发表核心论文132篇,出版专著22部,形成专利69件;在基地建设与运维保障攻坚克难,默默奉献,共新建国家队训练基地70000平米,运维保障100000平米。北体师生用生动实践诠释了“使命在肩、奋斗有我”的新时代精神,在体育强国征程上书写了与时代同频共振的报国华章。

为营造喜迎党的二十大胜利召开的浓厚氛围,现系列呈现我校师生围绕奥运所做出的努力,以继往开来、砥砺前行,凝聚奋进新征程的磅礴力量。今天为大家带来第七篇《科技助奥赛道上的“北体加速度”》。

科技——当今体育竞技中的又一比拼元素,伴随着运动员训练备战参赛全过程,成为推动运动员创造佳绩的强大后盾。2022年1月4日,习近平总书记在北京考察2022年冬奥会、冬残奥会筹办备赛工作时强调,当今世界,科技在竞技体育中的作用越来越突出。建设体育强国,必须实现高水平的体育科技自立自强。要综合多学科、跨学科的力量,统筹推进技术研发和技术转化,为我国竞技体育实现更大突破提供有力支撑。这为中国体育科技发展指明了方向、增强了信心。

奔跑在科技助奥的赛道上,北体师生以时不我待的紧迫感和责无旁贷的使命感,潜心研究、扎实推进,不断提高攻关能力,在心理调节、营养科学、人工智能等多方面为运动健儿提高竞技能力和表现添加助力。

巅峰对决  心理能量强者胜

“在大赛当中,我们拼的不仅是技术,其实更重要的是在拼心理。我们的工作就是帮助他们,在金字塔的塔尖上再上一步。

——心理学院张力为教授

世界级大赛是高手过招的竞技场。作为顶尖级运动员,狭路相逢,心理因素的重要性尤为突出。在双方身体能力和技术、技战术水平相差不大的情况下,往往心理能量强大者获胜的机会更大。

作为我校心理学科的特色,体育运动心理学深入探讨影响运动表现的心理因素,持续产出科研成果并应用于奥运备战心理服务,为运动员保驾护航。心理学院6名学术骨干长期承担奥运科技攻关课题,为射箭、自由式滑雪空中技巧奥运金牌零的突破,艺术体操奥运奖牌零的突破和北京、伦敦、里约奥运会蹦床、射击6块金牌的获得作出了实质性贡献,多次受到国家体育总局的表彰和嘉奖。

既有覆盖广泛的心理讲座、心理训练、放松练习,也有针对个体特征的一对一咨询,双奥备战期间,心理学院20多名师生通过多种形式,为6支夏季项目和20支冬季项目的国家队提供服务保障。

东京奥运会延期叠加新冠肺炎疫情,长期封闭式训练、疫情防控,让运动员普遍面临较大的心理考验。为做好心理调节与疏导,使运动员取得更好的训练备战成果,张力为教授、王英春教授、葛杨、李慧云、韩梦霏等教师积极投身中国艺术体操、帆船帆板、射击、蹦床等项目国家队的心理保障服务,为运动员提供心理辅导和训练。2020年2月,张力为教授作为主要负责人,与全国40名运动心理学专家、学者、研究生共同组建团队,在公众号上开设了《备战奥运会运动员应对新冠肺炎的心理调节》专栏,制作了90期内容,从疫情应对、比赛心理、训练心理等方面,为奥运备战运动员、教练员提供应对新冠肺炎的心理保障服务,帮助运动员在疫情防控特殊时期及时调整心态,全力以赴积极备战。同时,心理学院开通“备战奥运会运动员应对新冠肺炎的心理援助热线”,邀请全国17名运动心理学专家担任接线员,11名学生志愿者作为后备支持人员,每天12小时轮流值守,提供心理咨询。


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备战奥运会心理调节专栏和心理援助热线


张力为教授和葛杨老师还长期负责中国蹦床队的心理保障工作。2021年4月,葛杨老师进入保障团队跟随运动员完成了连续5站的奥运会选拔赛。期间,通过睡眠监控、心率变异性监控、赛前情绪状态监控、表象训练、自主呼吸训练、程序化参赛程序和比赛预案等手段为运动员提供了帮助。


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张力为教授为国家队运动员做讲座


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葛杨老师为国家蹦床队提供心理服务


为服务2022北京冬奥会,张力为教授团队依托“科技冬奥”重点专项《冬季项目的体能训练和训练监控关键技术》和课题《冬季运动项目心理调控关键技术的研究》,完成了《北京冬奥会中国运动员参赛心理调节指南》、《科学备战、规避风险和主场参赛运动员心理应对策略报告》和《科学备战、规避风险和主场参赛教练员心理应对策略报告》系列专题,由北体传媒制作成电子版和语音版以新媒体产品形式发到花样滑冰、自由式滑雪空中技巧、冰壶、冰球、跳台滑雪等二十余个国家集训队中,助力运动员在冬奥赛场发挥出最佳竞技水平。


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助力冬奥会心理调控系列专题


2021年3月至7月,受冬季运动管理中心委托,心理学院多名骨干教师组成保障团队,在北体大国家冰雪运动训练科研基地,通过专门研制的心理测评系统,对29支转训的国家集训队(组)共378名运动员进行了2281人次的心理测评,测试内容包括运动自信、心境状态和心理疲劳等,并提供了详细的反馈报告。


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集训队员心理测评现场


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集训队员心理辅导


教师葛杨、博士研究生周基营(指导教师张力为)进驻花样滑冰国家集训队工作,细心服务,有效调节运动员备战情绪,缓解压力,为运动员树立正确心理健康观念。2月23日花样滑冰国家集训队给学校发来了感谢信。


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花样滑冰集训队感谢信


营养也是战斗力  解析运动表现的营养密码


“我们要用教练的眼睛发现问题,用科研的手段解决问题。

——运动人体科学学院邱俊强教授

在国家队训练基地食堂有这样一个标语:吃饭就是训练,营养也是战斗力。对于专业运动员来说,营养管理、科学膳食等和体育训练几乎处于同等重要的位置。

北京体育大学“运动营养北京市高等学校工程研究中心”(以下简称研究中心),以运动营养与健康、运动营养与运动表现以及运动营养品功效及研发为切入点,积极回应“体育强国”和“健康中国”战略,重点开展能量平衡与体重管理、运动员机能监控与营养补充、提高运动表现的运动营养策略等多领域研究,最大程度发挥食物带给运动员的效能,给运动员提供最基础,也是最重要的能量保障。


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研究中心主任、运动人体科学学院运动生物化学教研室主任邱俊强教授和运动人体科学学院曹建民教授、严翊教授,运动医学与康复学院方子龙教授、陆一帆教授,体能训练学院魏宏文副教授等担任研究骨干,坚持创新驱动,开展前沿性营养健康科学研究,致力于将研究中心打造成融“运动,营养、健康、大数据”为一体的基础研究机构、国际领先的健康科学与技术机构、科技人才智库和健康产业促进中心。近五年来,研究中心承担国家级课题9项,省部级课题及横向课题10项;获得中国体育科学学会科学技术奖二等奖1次,三等奖2次;北京市教委教学成果二等奖1次,1名教师被评为青年教学名师。此外,团队五年来共发表SCI期刊论文30余篇,CSSCI/CSCD及核心150余篇,一级及以上会议论文100余篇,获专利10余项。

邱俊强教授团队围绕如何通过运动和营养改善运动表现和人体健康展开研究。“科研在一线”是他们始终秉承的工作原则。多年的一线研究,也让邱俊强教授团队取得了一系列成果:开展精英运动员运动表现提升的营养策略研究及运动营养品研发,主持承担多项奥运攻关和科技支撑课题,连续多年为国家田径队、国家速滑队、国家蹦床队等多支国家队提供科技助力。


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邱俊强教授(右二)作为国家竞走队科研教练随队参加世界杯比赛


在东京奥运会备战中,邱俊强教授团队克服疫情带来的种种困难进驻国家蹦床队进行生理生化监控和营养调控服务工作,通过对运动员血液生化指标、尿十项指标、身体成分指标3方面的系统化测试,分析评估运动员的训练状况、疲劳恢复情况、营养状况、身体成分变化等,为训练的有效性提供了保障。国家队运动员朱雪莹在2021年前患有缺铁性贫血。在科研组的系统监控和及时的营养调控下,朱雪莹铁蛋白逐渐达到正常水平且处于长期稳定状态,运动机能得到提升,为东京奥运会夺取金牌奠定了坚实的基础。

在长期承担国家队营养监测及科学调控服务过程中,邱俊强教授关注到难美类项目运动员低能量可利用性问题,随后带领博士生进行了深入研究,研究成果已发表在JISSN上,成为我国关注难美类项目低能量可利用性发生率及相关原因的首次科研报道。


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运动人体科学学院曹建民教授和严翊教授作为国家科技支撑计划项目《提高运动员体能的关键技术研究》、《运动风险评估关键技术研究》和《制定有效运动负荷的方法与评价等级的关键技术研究》的骨干成员,长期服务于多个国家队备战训练。


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曹建民教授(左一)为国家越野滑雪队做科技服务


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严翊教授参加央视《健康之路》录制


生物力学遇上人工智能  “双奥”赛场大显身手

“竞技体育不断发展,运动员的各项素质都已接近人体极限,此时,用人工智能技术对运动员的动作技术进行分析,再提出改进建议,有望以科技手段助运动员一臂之力。

——中国运动与健康研究院执行院长刘卉教授

东京奥运会我国女子投掷项目成绩斐然,巩立姣和刘诗颖分获铅球和标枪金牌,王峥赢得一枚宝贵的链球银牌。赛后,中国田径协会发来感谢信,感谢北京体育大学用科技手段为中国投掷运动员在技术环节上找到了实现自我突破的“关键一招”。

由中国运动与健康研究院执行院长刘卉教授牵头,运动人体科学学院李翰君教授、中国田径学院许占鸣教授等组成的生物力学专家团队研发出基于深度学习原理的人工智能技术,建立神经网络模型,实现对动作视频中人体关节点的计算机自动识别,进而建立起适用于竞技体育和一般生物力学研究的计算机系统——无反光点人体运动自动捕捉人工智能系统。将该系统应用于备战训练中,用人工智能技术对运动员的动作技术进行分析,提出改进建议,以科技手段助力运动员成绩提升。

2019年起,该系统已经经过数个版本的迭代升级。突破传统动作捕捉方法局限,利用多项算法技术做到“跟得住”“识别准”“精度高”,是无反光点人体运动自动捕捉人工智能系统的特点;提供多种空间三维标定方案,可解决大范围、高空动作的数据采集问题是该系统的一大突破。


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运动生物力学博士曲毅(左)和李瀚君教授(右)在全国田径冠军赛现场采集数据


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为铅球运动员巩立娇采集和分析日常训练数据,准确找到影响成绩重要因素


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刘诗颖标枪投掷数据分析,确定最佳出手力学参数范围


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人工智能系统测算王铮链球旋转速度,找到成绩提升突破点


在北京冬奥会备战期间,“无反光点人体运动自动捕捉人工智能系统”也完成了从夏奥到冬奥的完美“转型”,成功为冰雪运动项目提供技术支撑。该系针对跳台滑雪空中技巧类的项目,为教练员很难用肉眼识别的技术细节找寻改进的空间;多次应用于短道速滑挑战赛上,主要对运动员起跑、入弯、弧顶、出弯等关键动作进行了视频采集和三维解析,解决了运动员如武大靖、范可新等的启动瞬间重心下降与重心滞后等问题,有效改善了运动员的起跑技术;解决了张雨婷的弯道绝对速度欠缺的问题;找出了弯道顶弧部分的关键力学参数指标,优化与改进运动员弯道技术动作。另外,系统还将采集到的运动员冰上训练相关运动学、动力学指标与陆地训练指标进行对比,监控运动员训练质量。


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无反光点人体运动自动捕捉人工智能系统现场数据采集


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速度滑冰运动员高亭宇出发动作分析


面向未来,北体科研人员仍将时刻牢记“使命在肩、奋斗有我”的时代精神,围绕体育强国、健康中国战略,通过“科技+体育”的方式持续深耕科研领域、倾心保障服务,以实际行动为我国体育事业发展提供更多有力支撑。