體育比賽場(chǎng)地“智能邊線(xiàn)”開(kāi)發(fā)運(yùn)用研究

宋清華

(河南理工大學(xué) 體育學(xué)院，河南 焦作 454000)

體育比賽場(chǎng)地“智能邊線(xiàn)”開(kāi)發(fā)運(yùn)用研究

宋清華

(河南理工大學(xué) 體育學(xué)院，河南 焦作 454000)

通過(guò)對(duì)“鷹眼”開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀的介紹，對(duì)體育比賽場(chǎng)地“智能邊線(xiàn)”研究的價(jià)值做了簡(jiǎn)單分析，同時(shí)對(duì)“智能邊線(xiàn)”研究的方向做了進(jìn)一步構(gòu)想和研究設(shè)計(jì)介紹，闡述了“智能比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)”開(kāi)發(fā)和運(yùn)用的重要性和可行性。

體育場(chǎng)地；邊線(xiàn)；研究

1 前言

研制一套造價(jià)低廉、使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的體育比賽場(chǎng)地“智能邊線(xiàn)”來(lái)輔助裁判員的判決，盡可能減少人為因素造成的誤判是很有必要的。

2 “智能邊線(xiàn)”的意義

現(xiàn)代網(wǎng)球比賽中，擊球力量大，網(wǎng)球的運(yùn)動(dòng)速度快，落點(diǎn)刁鉆，尤其是當(dāng)網(wǎng)球落在邊界附近時(shí)，人眼很難準(zhǔn)確判斷，這就給裁判的判決增加了難度，容易出現(xiàn)錯(cuò)判或漏判。為保證網(wǎng)球比賽的公正進(jìn)行，研究“智能邊線(xiàn)”有著十分重要的意義?，F(xiàn)在電子邊線(xiàn)系統(tǒng)的作用已得到國(guó)際普遍認(rèn)可，正形成新的研發(fā)趨勢(shì)。

3 “智能邊線(xiàn)”研究方案構(gòu)想與實(shí)施

本課題的研究，主要是從以往傳統(tǒng)的非智能化場(chǎng)地邊線(xiàn)著手進(jìn)行改革，把材料化學(xué)或電工電子等科技手段運(yùn)用到比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)的研究上來(lái)，從而研制出一套“智能化感應(yīng)比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)”的構(gòu)劃、設(shè)計(jì)方法。在體育比賽過(guò)程中，裁判員可以通過(guò)“智能化感應(yīng)比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)”的客觀(guān)提示，從而對(duì)是否觸線(xiàn)的模棱兩可的邊線(xiàn)球作出準(zhǔn)確、迅速的判罰。

3.1“智能邊線(xiàn)”——化學(xué)反應(yīng)法

對(duì)化學(xué)材料進(jìn)行實(shí)踐和研究，通過(guò)對(duì)某些成分的加工和處理，將其融入到現(xiàn)有的油漆中或直接研制出某種顏料，然后運(yùn)用這種特殊的油漆或顏料去畫(huà)比賽場(chǎng)地的邊線(xiàn)。這種特殊的油漆或顏料具備如下條件：球一旦觸線(xiàn)后，線(xiàn)與球接觸的地方顏色消失或變化，邊線(xiàn)接觸部位出現(xiàn)缺口或特殊顏色標(biāo)示等。

3.2“智能邊線(xiàn)”——電子感應(yīng)法

把電工電子技術(shù)運(yùn)用到場(chǎng)地邊線(xiàn)上，通過(guò)對(duì)場(chǎng)地邊線(xiàn)加裝感應(yīng)裝置來(lái)完成邊線(xiàn)的自動(dòng)感應(yīng)智能功能。這種場(chǎng)地邊線(xiàn)將具有如下功能：在比賽進(jìn)行的過(guò)程中，球一旦觸線(xiàn)，邊線(xiàn)電子感應(yīng)系統(tǒng)迅速報(bào)警，比如：邊線(xiàn)閃光或某個(gè)裝置發(fā)出聲音等。

在切實(shí)滿(mǎn)足“電子邊裁”要求的前提下，根據(jù)我研發(fā)團(tuán)隊(duì)的前期成果和實(shí)際研究狀況，提出光導(dǎo)無(wú)線(xiàn)智能邊裁系統(tǒng)。目前，我們進(jìn)行了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初級(jí)階段的準(zhǔn)備工作，正處于相關(guān)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試階段。

4 “智能邊線(xiàn)”研究的內(nèi)容、目標(biāo)和系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

4.1“智能邊線(xiàn)”研究?jī)?nèi)容

本課題研究系統(tǒng)充分完善了“壓迫感應(yīng)系統(tǒng)”不能解決的問(wèn)題，同時(shí)彌補(bǔ)了“鷹眼系統(tǒng)”造價(jià)過(guò)高帶來(lái)的經(jīng)費(fèi)負(fù)擔(dān)問(wèn)題的不足。

我研發(fā)團(tuán)隊(duì)在對(duì)光導(dǎo)無(wú)線(xiàn)智能邊裁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，緊跟體育“電子邊裁”系統(tǒng)(現(xiàn)行主要有阿迪達(dá)斯“芯片足球”、英國(guó)產(chǎn)的“鷹眼”和加拿大產(chǎn)的自動(dòng)裁判系統(tǒng))國(guó)際發(fā)展的潮流，參照國(guó)際足球協(xié)會(huì)第121屆大會(huì)關(guān)于使用“電子邊裁”的一系列規(guī)則(大會(huì)制定的使用“電子邊裁”的原則是：“電子邊裁”技術(shù)只適用于出界判罰；“電子邊裁”技術(shù)必須百分之百精確；對(duì)于球是否出界的電子顯示報(bào)告必須馬上提交執(zhí)法裁判，報(bào)告內(nèi)容只有裁判有權(quán)知曉，同時(shí)使用“電子邊裁”的決議需要四分之三多數(shù)支持才能通過(guò))，在切實(shí)滿(mǎn)足“電子邊裁”要求的前提下，根據(jù)我研發(fā)團(tuán)隊(duì)的前期成果和實(shí)際研究狀況，提出我們認(rèn)為比較可行的光導(dǎo)無(wú)線(xiàn)智能邊裁系統(tǒng)。

4.2“智能邊線(xiàn)”研究目標(biāo)

通過(guò)研究和實(shí)踐，首先把此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于網(wǎng)球競(jìng)賽場(chǎng)地的設(shè)置中。然后通過(guò)不斷的研究和改進(jìn)來(lái)完善這項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)而解決其它項(xiàng)目比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)的智能化問(wèn)題，通過(guò)不斷完善和開(kāi)發(fā)智能化的比賽場(chǎng)地，來(lái)激勵(lì)社會(huì)各界摒棄傳統(tǒng)思想的束縛，關(guān)注體育比賽場(chǎng)地設(shè)置的不斷創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)。

4.3“智能邊線(xiàn)”系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

為了確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)由一個(gè)主干系統(tǒng)和三個(gè)輔助系統(tǒng)組成。

4.3.1主干智能邊裁系統(tǒng)——光纖光柵壓力傳感器系統(tǒng)

在外界應(yīng)力的作用下，光纖光柵的軸向應(yīng)變和折射率變化造成光柵Bragg反射波長(zhǎng)移動(dòng),通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)變化可以得出外界應(yīng)力的變化情況。

光纖光柵壓力傳感器的傳感頭，在設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)結(jié)合光導(dǎo)無(wú)線(xiàn)智能邊裁系統(tǒng)中對(duì)球?qū)崟r(shí)追蹤這一特點(diǎn)，及時(shí)將球到達(dá)所產(chǎn)生的壓力通過(guò)光纖光柵Bragg中心波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)出來(lái)。

考慮到球撞擊過(guò)后，傳感頭應(yīng)當(dāng)恢復(fù)初始狀態(tài)，因此本傳感頭的主體為彈性材料，其底端固定于封裝體底部，上端為自由端，承載外界壓力。外界施加的壓力通過(guò)彈性材料的傳動(dòng)導(dǎo)致光纖光柵長(zhǎng)度、曲率發(fā)生變化，光柵受到張力的作用，中心波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)，由此可定性分析施加外力的有無(wú)、持續(xù)時(shí)間等。

4.3.2輔助智能邊裁系統(tǒng)1——泄露電纜系統(tǒng)

泄漏電纜智能邊裁探測(cè)器采用多普勒原理，由探測(cè)主機(jī)的發(fā)射單元產(chǎn)生高頻能量輸入發(fā)送用的泄漏電纜中，并在電纜中傳輸。當(dāng)能量沿電纜傳送時(shí)，部分的能量通過(guò)埋入地下的泄漏電纜的漏縫泄入空間，在被智能邊裁空間范圍內(nèi)建立一個(gè)無(wú)形的電磁射頻探測(cè)場(chǎng)，其中一部分的能量被安裝在附近的接收用的泄漏電纜接收，形成收發(fā)能量直接耦合。當(dāng)球或其他物體進(jìn)入兩根電纜形成的感應(yīng)區(qū)內(nèi)時(shí)，這部分電磁能量受到擾動(dòng)，引起接收信號(hào)的變化，這個(gè)變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后被檢測(cè)出來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

泄漏電纜的組成：由探測(cè)主機(jī)和兩根泄漏電纜組成。其中探測(cè)主機(jī)由電源單元、發(fā)射單元、接受單元、信號(hào)處理單元和檢測(cè)單元組成。泄漏電纜由兩根泄漏電纜和與其連接的兩根非泄漏電纜組成，其長(zhǎng)度根據(jù)探測(cè)主機(jī)安裝位置與安裝在智能邊裁區(qū)的泄漏電纜始端位置的距離而定。

4.3.3輔助智能邊裁系統(tǒng)2——應(yīng)力式振動(dòng)電纜系統(tǒng)

應(yīng)力式振動(dòng)電纜應(yīng)被固定在智能邊裁線(xiàn)的保護(hù)屏障上，任何球或其他物體撞擊屏障的感應(yīng)范圍，都會(huì)在應(yīng)力式振動(dòng)電纜上產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)力。這個(gè)力學(xué)應(yīng)力會(huì)被轉(zhuǎn)成電信號(hào)，其頻率、幅度、尖峰時(shí)序等信號(hào)參數(shù)由系統(tǒng)的控制器來(lái)進(jìn)行處理，確保信號(hào)來(lái)源是否有入侵的企圖。不同壓力通過(guò)傳感電纜探測(cè)后，得到的信號(hào)的幅值、頻率、時(shí)序等特征不同，由環(huán)境引起的干擾信號(hào)及其它可能生產(chǎn)誤報(bào)的信號(hào)不同于人的入侵信號(hào)，所以引起誤報(bào)的可能性很小。

4.3.4輔助智能邊裁系統(tǒng)3——薄膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器系統(tǒng)

薄膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器是用高電阻率的細(xì)金屬絲繞成。當(dāng)將電阻應(yīng)變式壓力傳感器用特殊膠劑粘在被測(cè)構(gòu)件的表面上時(shí)，則敏感元件將隨構(gòu)件一起變形，其電阻值也隨之變化，而電阻的變化與構(gòu)件的變形保持一定的線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)相應(yīng)的二次儀表系統(tǒng)即可測(cè)得構(gòu)件的變形。通過(guò)應(yīng)變計(jì)在構(gòu)件上的不同粘貼方式及電路的不同聯(lián)接，即可測(cè)得應(yīng)力、變形、扭矩等機(jī)械參數(shù)。其中采用真空鍍膜技術(shù)在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導(dǎo)體光刻技術(shù)，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理，是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。

5 小結(jié)

1)可以首先研制出比賽場(chǎng)地微縮模型，在模型上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，論證設(shè)計(jì)方案、資料的可行性，進(jìn)而推進(jìn)在正規(guī)比賽場(chǎng)地上試用與驗(yàn)證。

2)盡量減少體育比賽的不公因素，使裁判的判罰由主觀(guān)變客觀(guān)，提高比賽的客觀(guān)公正性。

3)場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)用相對(duì)“鷹眼”(電子眼)較低，不及鷹眼系統(tǒng)造價(jià)的1/10，充分提高系統(tǒng)的實(shí)施性：本系統(tǒng)便于安裝、拆卸和維護(hù)，利于操作和推廣，更適合在基層大型比賽中運(yùn)用。

4)球類(lèi)比賽場(chǎng)地“智能邊線(xiàn)”的出現(xiàn)，將通過(guò)聲音、閃光、顏色變化等報(bào)警方式，對(duì)球落地的瞬間是否觸線(xiàn)做出及時(shí)反應(yīng)，可以幫助裁判員及時(shí)作出準(zhǔn)確的判罰。這將是球類(lèi)比賽場(chǎng)地邊線(xiàn)設(shè)置的革新，將為體育事業(yè)和社會(huì)公益事業(yè)做出相應(yīng)的積極貢獻(xiàn)，也將為其它體育智能場(chǎng)地的研究和開(kāi)發(fā)提供相關(guān)參考。

[1] 史勇.“鷹眼”現(xiàn)身誤判難存[EB/OL].http://news.sina.com.cn/o/10218609444s.html．，2006-04-04.

[2] 邱治.裁判誤判,小威憤怒出局:“比賽就像陰謀”[EB/OL].ht-tp://www.ycwb.com /gb/coment/content-757938.htm.2004-09-09.

[3] 霍方.“鷹眼——即時(shí)回放系統(tǒng)”在網(wǎng)球比賽中的應(yīng)用[J].體育科技文獻(xiàn)通報(bào)，2007,15(9):11-12.

[4] 李建設(shè),童瑩娟,裘琴兒，等.浙江省體育用品制造業(yè)調(diào)查報(bào)告[J].體育科學(xué)，2004,24(9):16-18.

[5] 林祖明.體育產(chǎn)業(yè)與體育事業(yè)關(guān)系論析[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,25(6):746-747.

TheExploitofIntelligentSidelineofSportsCompetitionArea

Song Qinghua

(School of P.E.,Henan University of Science and Technology,Jiaozuo,454000,Henan,China)

Through the introduction of“Eagle-eye”,the paper makes a simple analysis of the value of intelligent sideline of sports competition area,and makes a introduce about further conceive and research design at the same time.At last,the paper elaborates the importance and feasibility of intelligent sideline.

sports competition area;sideline;research

2009-12-12；

2010-03-10

宋清華(1976-)，男，河南周口人，碩士，講師，研究方向：社會(huì)體育學(xué)。

G818.1

A

1672-1365(2010)03-0097-02