“实验通过精确检测和记录铁饼的飞行状态，获取铁饼释放的速度、角度等关键数据，模拟铁饼完整的飞行轨迹，预测距离，解决了铁饼训练的痛点，节约了人力成本，提高了效率。”2021年10月31日下午，南京市金陵中学国际部中学生李在“世界顶尖科学家交流对话”上，分享了自己在计算机科学和体育科学领域的“铁饼室内投掷测试技术”研究。
当天下午的“世界顶尖科学家人才交流对话”共有82名学生参加，其中包括中国科协、上海市教委、顶尖科协推荐的60名天才学生，以及通过海选、大学科学营等活动选拔的22名学生，并与10余名专家学者进行了交流互动。
李是2020级和2021级人才计划的学生。跟随南京大学计算机系统钱竹忠教授、南京大学计算机学院钱兵教授开展研究。研究课题涉及蚂蚁社会的“行为算法”、企鹅行走晃动与能量回收的关系、利用地理信息系统设计帮助科学种植的方案、碳中和生态垃圾桶等。
李分享说，有一次去省田径中心，看到铁饼运动员因为天气原因在室内抛铁饼。但由于场地的限制，投掷的铁饼还没飞完全程就被网拦截掉了。这种训练只能看技术动作，不能判断投掷距离。在这种背景下，我开始寻找掷铁饼的初始情况，以判断其完整的飞行距离和飞行轨迹。
具体来说，李三步走的关键技术路径是:第一步，通过在新型铁饼中安装九轴陀螺仪传感器，使其能够准确预测飞行轨迹，并通过蓝牙传回电脑，使“普通铁饼”变成“数字铁饼”。
第二步，从大量的原始数据输入到关键的、有用的数据输出，获得铁饼的投掷速度、角度等相关数据。他设计了三个公式和算法。第一，传感器坐标系和世界坐标系之间的转换；其次，提取加速度积分得到速度；再次，通过欧拉角转换得到铁饼水平轴平面与地面的夹角和手角，然后根据掷铁饼的物理特征和经验值域计算提取手速和角度数据。
第三步，构建算法程序，模拟完整的铁饼飞行轨迹，预测距离。通过对铁饼飞行接受度的分析，论证了斜抛动作的适用性。同时，利用最小二乘法对铁饼释放时间的中小变化进行拟合，构建了飞行曲线仿真和距离预测的算法程序。
实验铁饼设计改造后，经过专业铁饼运动员5天的练习，采集了约上万个铁饼运动数据，测量了外面的实际投掷距离。最后，用公式算法对原始数据进行处理。除此之外，李还设计了一套辅助实验设备，用来对外测量和计算铁饼的投掷角度。
“我的研究并不是一帆风顺的，在科研中遇到了很多困难。数据收集和处理非常繁琐，传感器往往是断开的。我经常来回捡铁饼。因为误差对数据的影响，我设计了一个改进的版本来提取数据，但也因为我的模型不唯一，准确性不够，受到了导师的质疑。但通过阅读文献和分析，与教练和运动员交流，我了解到‘铁饼飞行的本质是抛物线’，坚持自己的想法，最终根据实验结果验证了我的模型的准确性。”李表示，未来除了学习算法，还要和各个学科的研究人员交流，寻找可以用计算机方法解决的问题，继续用体育科学和计算机科学的结合来帮助运动员训练。
中学生科技创新后备人才培养计划于2013年由中国科协和教育部共同组织实施。旨在选拔一批品学兼优的中学生进入大学，在自然科学基础学科著名科学家的指导下，参加科学研究、学术研讨会和科研实践。建立联合大学和中学是发现和培养青年科技创新人才的有效途径。
