科技冬奥丨人工智能裁判与教练系统助力空中技巧队冬奥夺金

2月14日和16日，中国运动员徐梦涛和齐广普分别获得北京冬奥会自由滑雪空中技能项目女子组和男子组冠军。此外，徐梦涛、贾宗阳和齐广普共同获得了自由滑雪空中技能混合亚军，中国队在该项目中获得了2金1银的历史最佳成绩。
成绩的取得离不开日常科学有效的训练，这其中与人工智能等前沿技术的应用，是不可分割的。
为了提高空中技能项目的训练效率和效果，小兵开发了一套人工智能裁判和教练系统。该系统于2019年开始应用于项目的日常训练，提供多维指标分析，如运动轨迹和身体姿势，并能实时指出失分动作，为教练提供专业的判断和指导。
2月18日，小冰首席执行官李迪在接受澎湃新闻采访时表示，人工智能裁判和教练系统有幸参与冬奥会雪项目的撰写，这是体育产业进入人工智能时代的新一步。经过冬奥会的考验，智能将在体育领域得到更广泛的应用，并有望进入普通人的家。
一、人工智能通过学习构建冰雪运动分析模型
自由滑雪空中技能是一项危险的运动，运动员的日常训练有限。为了提高训练效率，有必要加强运动员对高分运动的记忆。
与进球、射击等客观得分不同，自由滑雪空中技能等项目的得分规则更为复杂。如何在日常训练中实时与国际裁判的得分标准保持一致？
对此，李迪表示，人工智能裁判和教练系统通过学习国际比赛裁判评分标准，建立了冰雪运动分析模型，并对运动员训练中的每一次跳跃做出了专业判断。
系统评分与国际裁判评分标准高度一致，严格判断扣分动作、量化跳跃、空中着陆、支持运动轨迹、身体姿势、引入角度、高度等多维指标分析。
让人工智能系统为运动员的训练打分听起来像是一项单一的任务，但在实践中却面临着许多困难。
以动作识别为例，男运动员滑出滑坡速度超过70公里，高差15米。整个动作停滞时间仅为2-3秒。最困难的空气翻转和旋转动作可达8圈。夜间运动员的图片往往与背景融为一体，观测距离为25米。此外，零下20度或30度的寒冷也会使高帧视频采集设备难以长时间工作。
李迪表示，为了建立实时评分、定量动作、可追溯性和预测性的人工智能裁判和教练系统，小冰解决了姿态识别问题，并建立了冰雪运动分析模型，培训数据非常罕见。

二、模拟国际比赛评分，为训练提供评判和统计
2020年，人工智能裁判和教练系统正式应用于训练、起跳、空中、落地三个阶段的全过程评分。
李迪说，在日常训练中，人工智能裁判和教练系统可以自动分析动作的完成情况，包括最低点速度、引入速度和角度、最高点高度、着陆点等。还可以及时完成日常训练动作分析，从教练的角度提供多维数据指标，如运动轨迹、旋转角度、空气高度等，发现失分动作，筛选当天最佳动作，为球员跟踪每一次跳跃创造客观条件，有效提高训练效果。
此外，系统还可以追溯运动员的每一次跳跃，长期积累数据，构建运动档案，科学观察，预测运动员的表现，并根据历史数据对各项指标进行综合统计。
系统是本地化的，运动员和教练可以在训练现场进行实时检查和调整。李迪说，在训练场上，教练和运动员可以使用人工智能裁判和教练系统通过平板电脑等设备分析训练动作，并立即分析新完成的动作，帮助运动员调整和练习。
此外，该系统还协助冬奥会中心从各省挑选了6名冬奥会试滑员。根据气垫模拟场景，人工智能裁判和教练系统通过雪场着陆模型模拟分析气垫着陆结果，计算着陆过程中的姿势变化，并提供准确的判断结果。
据了解，在过去的三年里，系统完成了近1万分和5万多个动作分析，帮助运动员提高日常训练效果，成为教练日常教练的重要助手。

三、未来将为大众体育服务
2021年2月，在北京2020/2021赛季全国自由滑雪空中技能邀请赛上，人工智能裁判和教练系统于2月17日独立执行。2月19日和2月20日，共有8轮比赛，包括个人预决赛、超级决赛和团体预决赛。
比赛期间，人工智能裁判和教练系统成功克服了大场景拍摄目标小、现场干扰多、夜间照明不足等困难。人工智能系统首次实现无人工干预，完全完成了人工智能系统的自动评价。
李迪说，在寒冷的环境中，人工智能裁判和教练系统稳定地实现了每次跳跃的实时计算分数，成为人类历史上第一个在空中技能竞赛中执行裁判的人工智能系统。其执行水平也得到了国际雪联和国家体育总局冬季体育中心的一致认可。
至于系统未来的应用，李迪表示，目前展示的技术往往是分阶段开始的。他相信，未来人工智能在体育训练中的应用将很快普及到普通人的家中。
在体育领域，小兵计划涵盖从专业人工智能教练到体育信息锚、虚拟员工、校园体育助理、公共健身教练和体育品牌人工智能设计师的完整场景。
我们经受住了竞技体育的考验，也可以将这些技术应用到公众的日常体育需求中。李迪说，竞技体育对技术要求有严格的高标准，可以满足竞技体育技术，更容易向公众普及。