体育竞时自动计圈及计时系统

1、体育竞时自动计圈及计时系统张钢1 作者简介：张钢（1964-） 洪玉明 王广志 龚淑雯 丁辉 祝建平（1国家体育总局昆明体育电子设备研究所，昆明，650041；2清华大学人体运动检测分析研究室，北京，100084）1 引言在田径、马拉松、铁人三项、自行车、摩托车、越野滑雪、短道速滑等众多体育比赛项目中，需要记录运动员从起点到终点的运动时间和先后名次，一般比较古老而经典的方法是人工掐秒表计时。随着科技的发展，出现了红外线计时设备、终点全自动电子摄影/摄像计时设备1。由于红外线计时设备只能记录运动员冲过终点线时的成绩，不能判断运动员过终点线的名次顺序，当众多运动员同时过终点线时，不能记录每个运动员

2、的成绩。而终点全自动电子摄影/摄像计时设备可以通过记录并保存运动员冲过终点线时的图像和时间信息，需要时，通过调出计时胶片或计时图像来读出运动员的先后名次和运动时间。由于该设备能长期保存时间图像，可重复查验，而广泛用于田径、自行车、赛艇、皮划艇、摩托车等竞赛项目中。但该设备也有一定的局限：它较适合距离短、每组参赛运动员数量在几十人以下、分道、计时精度不低于1/100秒的项目；而对于不分道、运动员在几十人以上以至万人、计时精度为秒级的项目（如田径长跑、竞走、马拉松、自行车等），要准确记录运动员到达终点的名次就很困难，需要裁判协助人工计圈，不仅难度大，而且需要的裁判数量庞大，人工记录还很容易出错，不

3、能确保万无一失。另外，对马拉松比赛，由于运动员太多，有时第一个出发的与最后一个出发的人离开起跑线能相隔几十分钟，全自动终点电子摄影/摄像计时设备很难满足比赛的要求，也不能完全准确无误地记录每个运动员名次和成绩。对田径中长跑（5千米、10千米、10千米竞走、20千米竞走等），几十名运动员在400米的跑道上进行比赛，水平参差不齐，准确记录每名运动员行进的圈数，一直是一大难题：多年以来一直是裁判员通过人工摆棋盘和人工画表格等形式记录，除耗费大量的人力物力外，还不可避免存在人为失误，影响成绩的准确性。然而，田径比赛的不可重复性决定了：不能因为裁判员的失误而让运动员重赛（如我国第二届全运会田径比赛，万米

4、少记一圈，而使这届运动会万米无成绩），因此对准确性和可靠性具有很高的要求，特别需要高科技的竞赛电子设备自动计圈设备，并与终点全自动电子摄像计时设备相结合，准确地判读运动员的名次和成绩，确保比赛的公开、公平、公正。场地自行车、短道速滑等项目也是如此。现在我国每年都要举办很多国际、国内赛事，特别是北京国际马拉松、田径、铁人三项、自行车、越野滑雪等比赛，已经具有一定国际知名度，但在竞赛中仍然一直沿用人工计时或计圈的方法（注：对中长距离），这与我国的国际地位极不相称。为此，我们结合当今射频识别这一高新技术，提出研制适合中长距离比赛的自动计时计圈系统课题，报科技部，2003年被批准立项，从而开展了该课题

5、的研究工作。2 系统的工作原理及基本组成系统是将射频识别、计算机信息处理等高新技术与体育竞赛相结合，研制便于运动员携带而不影响其竞技状态的微型无线传感器和信号接收处理设备，当携带无线传感器的运动员经过信号接收设备时，无线传感器向接收器发送对应于每一位运动员的特征信息，从而实现自动计圈和对长距离项目自动计时的目的。如图1所示： 图1 工作原理整套系统由无线传感器，天线，信号处理控制系统，控制计算机四部分构成，如图2所示。其工作流程是：每当携带微型无线传感器的运动员经过天线时，在电磁场的有效范围内，传感器接收信号并充电，经过稳压后作为工作电压，使传感器工作并发送带有对应每位运动员特征信息的无线信号

6、，天线接收发送来的此信号，经信号处理控制系统进行解调、识别处理后，将数据传给控制计算机完成对运动员行进圈数和成绩的数据处理。同时控制计算机与竞赛网络中心连网，上传运动员成绩资料，并接收参赛运动员姓名、单位等身份信息。从而实现了自动计时和自动计圈的目的。图2 系统基本组成3 长距离比赛自动计时功能的实现在马拉松、铁人三项、越野滑雪等比赛时，在比赛的起点线放置一套天线及相应的控制系统，在比赛的终点线放置另一套天线、控制系统及控制计算机。当发令枪响，运动员开始出发，发令的声音信号启动系统定时器开始计时，但由于参赛运动员众多，多至几百乃至上万人，这些运动员不可能同时在一条起跑线上，其离开起跑线就存在时

7、间差，为此，应用该系统就能解决此问题：每当每名运动员经过起跑线处的天线时，控制系统接收到该运动员携带传感器发出的特征信息，并记录下通过时的对应时刻，传给控制计算机存储。当运动员跑完全程，到达终点时，位于终点线处的天线接收每位到达终点运动员携带传感器发出的信号，经控制系统处理后，确认运动员的身份，并记录下对应时刻，传给控制计算机，由计算机自动进行处理，从而计算出运动员的成绩及相应名次。4 计圈功能的实现对于在田径场、滑冰场等场内进行的中、长距离比赛，运动员要在场内行进几圈到几十圈，需要记录运动员行进的圈数，以便确认运动员是否跑完全程。为此在终点线安装一套系统天线及信号处理控制器，并给每个运动员携带能发出不同特征信息的微型传感器，当运动员听到发令枪声，起跑后，运动员每经过一次终点线时，位于终点线处的天线接收到运动员携带的传感器发出的信号，经信号处理控制器处理后，识别出该位运动员的身份，并记录下相应圈数，从而完成了自动记录所有参赛运动员行进圈数的目的。5 结论该系统是以射频识别技术为基础，研究解决中长距离体育比赛中长期存在的记录运动员行进圈数和时间成绩的急迫问题，