奥运计量：用精确瞄准精彩

量出的果实沉甸甸

　　7月25日，57辆全球最先进的电视转播车抵达北京。奥运期间，全球将有40亿观众通过电视收看比赛。负责电视转播的工作团队正在做最后的设备调试，确保场馆内复杂多变的灯光条件不影响电视画面的质量。

　　7月26日，北京市公安局奥运安保场地安检团队对国家游泳中心“水立方”完成封闭安全检查。奥运会期间预计将有1000万人到北京亲临奥运盛事。机场、地铁、奥运场馆都安装了先进的安检设施，对人员及其携带的行李进行严格安检，确保“平安奥运”。

　　7月27日，北京奥运村正式开村，各国代表团陆续入住奥运村。离比赛的日子越近，参加拳击、柔道、举重等奥运比赛项目的运动员就越要严格控制自己的体重，称量体重成了他们每天在奥运村做的“必修课”。

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　　离奥运会越近，各种奥运新闻越来越多。这些奥运新闻看似毫不相关，但如果说这些新闻都与计量密切相关，估计不少人会瞪大了眼睛。

　　其实，计量科技在这次北京奥运中的运用还远不止这些。

　　4吨的重量

　　“300.02”、“300.01”、“300.01”……场馆里安静极了，只听见时而传来的报数声和“呼呼”的喘气声。

　　北京计量科学检测研究院力学室大质量组的同志正在对8台用于拳击运动员称量体重的电子秤进行检测。300千克标准的电子秤需要检测人员用300千克的标准砝码反复进行校准检测，而沉重的砝码搬运工作只能依靠4名检测人员人工操作。

　　有人做过统计，每检测一台秤，工作人员需要上上下下搬运的砝码重量就接近4吨。检定8台秤，那就意味着他们这天搬运的总重量要达到30多吨。

　　正是那一双双拎起了4吨重量的计量人的手，在一年多的时间里，共为北京奥运检定了几百台秤。

　　不是所有的计量检定都能够拿着小巧精密的检测仪器进行，如此高强度的体力工作也是为奥运提供计量检定必不可少的。

　　5毫秒的差异

　　5毫秒，百分之零点五秒，转瞬即逝，而在奥运会的赛场上，5毫秒的时间却能决定出到底谁将摘得金牌，谁将改写纪录。但你是否知道，在奥运会游泳比赛中，仅仅是游泳池两池壁间的平行度不合格就会使运动员的成绩产生微小但起决定作用的5毫秒的差异；田径跑道弯道的坡度和100米起跑线的倾斜度也会让运动员的成绩产生5毫秒的差异……

　　其实，每个奥运比赛项目的距离和尺寸准确性都会直接影响运动员的成绩。计量就是为了精确测量而诞生的。中国计量科学研究院长度所大长度实验室承担的《奥运会场馆几何量参数测量与验收关键技术研究》就是运用现代尖端的计量科技完成场馆精准测量的好例子。

　　规范场馆几何量参数的测量方法，制定影响运动员成绩的场馆长度、高度、坡度、圆弧半径及斜度等几何量参数的测量标准，一年多的时间，他们为奥运场馆的建设和验收提供了重要的技术支持，为提升我国今后体育场馆的建设质量打好了基础，为“科技奥运”注入了新的内涵。

　　十分的投入

　　兴奋剂，被所有人视为魔鬼，但它又常常如幽灵般出现在重要国际赛事的新闻报道中。按照国际奥委会的条例，一旦查出服用了兴奋剂等违禁药物，运动员将受到严厉惩罚，我国更是做出了终身禁赛的严格规定。

　　如果运动员食用的食品中含有违禁成分，就有可能造成一批运动员误服。要确保运动员食品的万分安全，必须从食品源头进行控制，加强对食品中违禁药物的检测。检测的前提是建立较为完善的检测标准，中国计量科学研究院化学所在短短两个月时间里完成的《奥运食品中违禁药物检测急需标准物质的研制》，成功地为我国奥运食品兴奋剂检测提供了一把“标尺”。

　　研制出的34种标准物质中有26个品种在国际上首次公开发布。它们已陆续发放到全国32家供奥运生产加工食品检验机构，并被用于奥运食品违禁药物的检测工作中。中国也因此成为世界上少数几个拥有如此齐全的兴奋剂检测标准物质的国家之一。

　　中国化学计量研究人员的这次精彩表现，用另一种方式更好地诠释了“更高、更快、更强”的奥林匹克精神。

　　万分的小心

　　“嘟嘟、嘟嘟”……场馆的安检设备发出了警示。为了确保奥运安全，在北京的机场、地铁站、各比赛场馆等重要场所均安装了先进的安检仪器。特别是危害大、杀伤力强的爆炸物、化学武器等放射性物品，安检部门更是时刻保持着高度警惕。

　　核技术，这个平常很少被老百姓关注的神秘家伙却在奥运安检中发挥着“主角”的作用。利用核四极矩共振技术研究开发的违禁品检测安全系统可以满足航空、铁路、海运、公路和其他公共场所的行包安全检查需求，有效遏制爆炸物、化学武器和毒品等违禁品的非法流通；利用核辐射探查装备技术研发的放射性物品检查系统，可以对进入比赛场馆的人员、行李进行放射性检测。

　　不过，要让检测仪器足够灵敏、准确，首先要确保这些仪器本身的可靠性。中国计量科学研究院电离辐射与医学工程计量科学研究所完成的《奥运场馆辐射安全检测系统关键技术研究》，就是为奥运场馆辐射安全检查测试系统中的行包安全检测仪和放射性危险物品探测器提供量值溯源和现场检测，为北京奥运的场馆辐射安全检测提供强有力的技术支持。

　　把住奥运安全的大门，计量科技功不可没。

　　奥运会不仅是运动员的舞台，也是展示我国最高水平科技成果的好机会。计量科技在这次难得的“表演”中，精彩表现可圈可点。奥运会期间，北京气象局将为各国运动员、教练员和外国游客发布与国际接轨的紫外线强度预报，这离不开光学计量人员为气象行业专门研制的太阳紫外标准光谱辐射测量仪器；奥运场馆灯具的安装必须不影响运动员比赛，不影响观众观赛，不影响电视转播图像的颜色质量，这些也离不开光学计量提供的检测数据；国家体育场“鸟巢”的看台设计像碗状，可以容纳9.1万人，而且上下层交错布局，精确的角度计量确保了观众无论坐在哪个位置，视线距中心距离都是140米左右，能够无障碍地观看比赛；国际广播中心（IBC）的供电变配电室是否会对广播电视转播区产生电磁干扰，电磁计量的环境监测人员给出了科学的测试结果……

　　奥运的发展就是人类不断征服时间、空间和速度的过程，向人类的自身挑战永远是奥运健儿不懈的追求。伴随这一追求的，则是不断进步的突破时间、空间和速度的科学技术。奥运精神无处不在，科学技术与之同行。

小小“尺子”

　　黑色的墙壁，黑色的仪器设备，黑色的桌椅，连角落里的陶瓷洗手盆也是黑色的，完完全全一个黑色的世界。

　　这个大约3层楼高，100多平方米大的大房间是中国计量科学研究院光学所的总光通量国家基准实验室。房间中央安装了一个直径约5米，像圆盘一样可旋转的环架，环架前方是一个装有复杂设备、约2米长的灯架。这就是曾经获得国家科技进步一等奖的我国自主研制的总光通量国家基准装置。“这套设备叫大型复合式分布光度计，全国的光源和灯具的总光通量检测都要以它为基准，它就是那把最准的大‘尺子’。”实验室的赵志丹介绍。至于这个黑黑的大房间，赵志丹说是为了检测光源时，整个环境只吸收光而不反射光，以免影响检测的准确性。

　　北京奥运会30多个比赛场馆，不同的比赛场馆对照明的要求不一样，对光源和灯具的要求也很严格。总光通量是一个光学计量参数，是衡量光源总体性能的重要指标，直接影响光源的发光效率和寿命。“不管是LED发光二级管、节能灯，还是普通的白炽灯、荧光灯以及高压汞灯、高压钠灯，要满足比赛对照明的高要求，都需要对总光通量进行测量，达到国家标准的光源才能安装在奥运场馆。”赵志丹说。

　　那么这个黑房间里的“大家伙”又是怎样完成对奥运场馆灯具和光源的检测的呢？

　　“奥运场馆使用的光源和灯具的种类不计其数，不可能每只灯都用这个国家基准进行测量。于是我们又依据这个大‘尺子’‘传递’了一系列小‘尺子’，然后再用这些小“尺子”去进行下一级的测量。”说着，赵志丹带领记者来到隔壁的另外一个实验室，这里就存放着那些小“尺子”。

　　与大“尺子”的外观截然不同，小“尺子”变成了类似于大型地球仪一样的球体。赵志丹告诉记者，这些球体名叫积分球。房间里摆放着3个大小不一的积分球，最大的直径3.5米，最小的直径1米，分别用于测量白炽灯、荧光灯、节能灯和汽车灯等不同光源的总光通量量值，它们都是我国总光通量工作基准装置。

　　北京奥运场馆选用的照明电器产品供应商共有十几家，他们都有自己的产品检测实验室，用各自的检测设备标定用于奥运场馆的灯具。如果说国家基准是大“尺子”，说工作基准是小“尺子”，那厂家的检测设备就是小小“尺子”。“尺子”没有刻度就不称其为“尺子”，刻度不准就是一把测量不准的“尺子”。小“尺子”必须经大“尺子”校准，而那些小小“尺子”必须经中国计量院的小“尺子”校准后才能用于检测每一只运往奥运场馆的灯具。

　　摆在桌上的几只小型白炽灯就是某厂家送来检测的标准灯，赵志丹今天的任务就是用小“尺子”给标准灯标定准确的数值，相当于给这些小小“尺子”标上刻度。

　　检测开始了。赵志丹戴上手套，小心翼翼地拿起一只标准灯，将灯安装在球内悬挂的灯座上。接着给被测灯通电，灯亮了，由于挡屏的遮挡，右半球内形成了一个圆形的阴影，而阴影的中心正好是探测器的位置。确定一切准备就绪后，赵志丹轻轻地合上积分球，让球内成为一个完全密闭的空间。她开始调整电流，“要将电流稳定在被测灯的控制电流，预热3分钟后再读取数据。”当电流值显示“076614”这个控制值时，赵志丹按下手边的计时器。3分钟很快过去了，“嘀嘀嘀，嘀嘀嘀……”计时器响了。赵志丹抬头看了看与光电探测器相连的光度计所显示的数值，“4508”，低头记下这个数字。这就完成了对一只标准灯的数值标定，一把测量准确的小小“尺子”诞生了。

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　　往届经验

　　奥运会上的每一项运动项目都和计量科学技术密切相关，科技运用于奥运的重大突破，最先就是在计量方面。1912年之前，由于没有先进的计量手段，奥运会只能靠手工计时来判断奔跑的速度。1912年的第5届瑞典奥运会则首开利用电子设备计量的先河，首次在场内试验性地安装了电动计时器和终点摄影设备，从而使计量精确到1/10秒。

　　计量技术在奥运会的应用远不止这些，涉及到的测量也不仅仅是时间、长度、质量等方面。1968年墨西哥奥运会首次进行了兴奋剂的检测，这使化学计量也进入到了奥运会的赛场，成为维护比赛公平公正的又一技术保障。

　　随着计量科技的不断发展，服务于奥运会的计量技术和计量设施也越来越现代化。

　　1992年第25届巴塞罗那奥运会，首次推出了可以满足一切项目计时、测速和计分需要的全能计量操作系统。

　　第26届美国亚特兰大奥运会上，各种最先进的现代电子监控测量设备被用于记录和检测运动员的各项成绩：在100米赛跑和110米栏赛中，运动员冲刺阶段的速度有激光射线跟踪和检测；三级跳远选手跳、跨、跃时的每个动作都由红外线观测仪记录；运用于撑杆跳的测力仪，能够准确掌握运动员撑杆时的力度，在运动员越过横竿的刹那间，两个固定在高架上的二极管射出的细细光束马上测出他所达到的高度；射击场上，高灵敏度的传感器将子弹发出的声波传给控制室，由电脑根据声波测算弹着点，其准确度可达1/1000毫米。

　　到了2004年第28届雅典奥运会，卫星通讯、无线数据通讯、数字电视、智能语言系统等技术都在奥运会上得到广泛应用。

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　　计时历史

　　百年奥运的发展史，其实也是计时装备的发展史。从手动计时到电子机械计时，再到石英电子计时，乃至现今的实时比赛广播，奥运会促进计时器的发展与变化，而计时器的进步则让每一届奥运会都变得更加精彩。

　　1896年第一届雅典奥运会，采用浪琴19CH机芯的计时器成为正式计时工具。其精确度可达到1/5秒，但缺点是只有30分钟的计时能力。因为这个原因，第一届奥运会的马拉松比赛没有时间记录。

　　1912年的第5届瑞典斯德哥尔摩奥运会上，将摄影装置和电子计时器放置在赛道终点，用摄像机拍摄运动员撞线瞬间画面来弥补手动计时的不足。

　　1932年，OMEGA（欧米茄）为此届奥运会提供了30只精确度1/10秒的1130型计时器，成为第10届美国洛杉矶奥运会官方制定计时器提供商。

　　1946年，欧米茄研发出了“Film Time”摄像机。它提供的时间分析数据和图片，可以让裁判准确判断运动员在极短时间内的距离差异，解决了半个世纪以来需用肉眼判断比赛胜负的困难。

　　20世纪中期，石英计时技术进入高速发展时期。浪琴将石英电子与影像拍摄技术完美地结合在一起，其计时精度提高到1/100秒。

　　1964年第18届东京奥运会，日本SEIKO（精工）计时器呈现在世人眼前。它也是第一个非瑞士品牌的奥运会指定计时器提供商。

　　1972年，第20届奥运会在联邦德国慕尼黑举办。计时器的精度在此届奥运会上再创新高，出现精度高达1/1000秒的电子计时器。

　　1976年第21届蒙特利尔奥运会，出现了可以同时显示时间、分数等信息的实时记分板，计时器不再是单纯的计时装备。

　　1992年第25届巴塞罗那奥运会上出现“全能运动操作系统”，利用网络把分散在赛场上的电子计时器和光电测距仪，以及自动记分装置融合在一起。

　　2000年第27届悉尼奥运会，计时器首次通过互联网公布实时赛况。

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　　记录瞬间

　　随着奥运计时装置的逐步进步，运动员的成绩记录也变得越来越精准。如1968年的墨西哥奥运会，由于应用了较为先进的电子计时设备使得田径比赛，尤其是短距离项目变得格外精彩。在这届奥运田径男子100米决赛的赛场上，美国选手吉姆·海因斯首次突破10秒大关，以9秒95的成绩获胜。然而，如果不是当时的计时器能精确记录到1/100秒，这项记录是不可能存在的。

　　类似的例子在各届奥运赛场上还有很多。在1972年的慕尼黑奥运会的400米混合泳比赛中，瑞典选手根莫尼逊和美国选手丁麦奇都是以4分31秒89的成绩到达终点，然而究竟谁是第一名呢？如果是在此之前，裁判是根本无法判定的。但在这届奥运会上，裁判最终还是让他们分出了高下，因为这届奥运会首次装置了最先进的电子计时设备，其精确度可达1/1000秒。在精密的电子仪器计算下，得出的结果是根莫尼逊的成绩为4分31秒891，而丁麦奇的成绩是4分31秒893，两人成绩仅差千分之二秒。这两个记录，是至今为止奥运会冠亚军记录中最接近的一次。