基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)設(shè)計*

張 文，牟 艷，高振興，劉志豐

（河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

·微機應(yīng)用·

基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)設(shè)計*

張 文，牟 艷，高振興，劉志豐

（河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

為了解決記分人員對主裁判的判罰手勢和成績的宣告出現(xiàn)誤讀的問題，本設(shè)計提出了基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)，以替代裁判手勢加人工二次計分的評分處理方式。該系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)、PhoneGap技術(shù)，完成了基于Android移動終端的壁球成績與評分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，并為裁判員提供了實時的評分溝通的服務(wù)，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性。本系統(tǒng)設(shè)計方案和軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于第二屆亞洲青年運動會。

壁球；無線通信技術(shù)；裁判評分和溝通；Android移動終端；數(shù)據(jù)交換；成績采集

1 引言

如今，壁球賽事通常采用人工二次記分的方式進行裁判評分信息的采集、處理與展示，三位裁判進行每個回合的評分，每一回合結(jié)束后三位裁判將對這一回合的評分結(jié)果通過不同的手勢進行展示，包括比分和判罰信息（犯規(guī)、阻擋、死球、好球等），然后由主裁判進行這一回合評分的最后確認(rèn)并宣告。作為壁球競賽信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，一名記分員根據(jù)主裁判的宣告結(jié)果將成績錄入并傳輸。但這種由工作人員間接地記錄成績的采集模式不僅在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、可靠性及傳輸速度上得不到保障，而且記分人員通常是賽前臨時接受培訓(xùn)，對主裁判的手勢與宣告會出現(xiàn)誤讀，這也在一定程度上增加了成績采集的二義性風(fēng)險。為了解決這一問題，提出了基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)，專為裁判員設(shè)計了一套無線評分器，具有評分錄入與裁判員溝通功能、并能夠?qū)崿F(xiàn)壁球成績一次性采集與傳輸，取代原來的人工二次記分方式。系統(tǒng)已應(yīng)用于第二屆亞洲青年運動會，取得了預(yù)期的效果。

2 評分系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 設(shè)計思想

基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)的主要功能有采集比賽成績與判罰信息，實現(xiàn)裁判員之間的判罰溝通，完成比賽數(shù)據(jù)的傳輸與處理。為了便于裁判使用，評分?jǐn)?shù)據(jù)采集終端采用移動設(shè)備供裁判員手持，完成每個場地比賽成績和判罰信息的采集，整個場館設(shè)置一個數(shù)據(jù)處理中心，主要負(fù)責(zé)實時接收各場地的成績數(shù)據(jù)并進行綜合處理。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要分為評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)兩部分，如圖1所示。評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)借助無線評分終端，主要負(fù)責(zé)采集每個場地的比賽成績和判罰信息、提供裁判溝通渠道、控制比賽的流程、并將比分傳到評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的存儲、比賽場次的編排和分配和運動員信息的錄入。每個場地部署液晶顯示屏幕 (PDP)和搭載Android系統(tǒng)的機頂盒。PDP顯示設(shè)備由機頂盒通過無線AP接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換并實時顯示比賽評分信息，可以向運動員、裁判和觀眾實時展示比賽的情況。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)以有線以太網(wǎng)加無線AP(無線路由器)的形式組成，為整個系統(tǒng)提供通信服務(wù)，其中評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采用無線通信方式，評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用有線以太網(wǎng)通信方式。壁球裁判評分系統(tǒng)采用B/S的軟件架構(gòu)模式設(shè)計，通信協(xié)議采用HTTP通信協(xié)議，數(shù)據(jù)的交換方式采用JSON格式。

圖1 壁球競賽評分系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3 評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集成績信息和判罰信息并將采集的信息傳輸?shù)皆u分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中。設(shè)計思路涉及移動終端操作系統(tǒng)選擇、應(yīng)用程序開發(fā)、數(shù)據(jù)通信方式以及數(shù)據(jù)安全等。

由于Android系統(tǒng)可以實現(xiàn)深度定制并且具有應(yīng)用軟件開發(fā)資源豐富及UI體驗好等特點，所以設(shè)計中評分終端采用了搭載Android系統(tǒng)的移動設(shè)備，在移動設(shè)備上部署采用PhoneGap框架封裝的應(yīng)用程序，實現(xiàn)快速的跨平臺應(yīng)用開發(fā)。

評分?jǐn)?shù)據(jù)采集終端與評分?jǐn)?shù)據(jù)處理端的通信方式采用無線通信方式，無線通信技術(shù)屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一部分，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是指通過計算機和其他網(wǎng)絡(luò)傳輸工具，經(jīng)采集、存儲、處理和傳輸?shù)氖侄翁幚砗?，使資源達(dá)到充分共享的技術(shù)。WiFi的最大特點是傳輸速度較高，帶寬可調(diào)整，可有效地保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，所以采用WiFi作為通信方式。

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失導(dǎo)致某個運動員的成績無法統(tǒng)計的問題發(fā)生，在采集終端進行數(shù)據(jù)備份并且在評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中添加數(shù)據(jù)監(jiān)聽模塊，數(shù)據(jù)一旦丟失，數(shù)據(jù)監(jiān)聽模塊就會撲捉到，可以到評分終端中獲取丟失的數(shù)據(jù)。

3.2 采集系統(tǒng)功能

壁球裁判評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是進行比賽數(shù)據(jù)采集的最前端，負(fù)責(zé)對壁球每場比賽信息的記錄與傳輸，為了滿足競賽的需求，壁球數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要完成以下功能：

（1）流程控制：依據(jù)現(xiàn)場比賽的進度，通過系統(tǒng)中的軟件操作，控制比賽每一場的進度。

（2）判罰溝通：提供裁判之間關(guān)于判罰結(jié)果溝通的渠道，主裁判通過該渠道可以明確掌握兩位副裁判的判罰信息，并根據(jù)判罰信息進行最后判罰結(jié)果的確認(rèn)。

（3）比分錄入：將比賽的成績實時錄入到數(shù)據(jù)庫中。

（4）數(shù)據(jù)通信：負(fù)責(zé)向服務(wù)器發(fā)送比賽的評分和判罰信息，請求消息并接收請求結(jié)果，當(dāng)成績信息和判罰信息更新時，實時向服務(wù)器傳輸更新的信息。

3.3 評分工作流程

比賽開始前，每個裁判從服務(wù)器端下載當(dāng)場比賽的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在比賽過程中的每一回合左右副裁判通過終端頁面的操作將該回合的評分結(jié)果提交到數(shù)據(jù)控制模塊進行存儲，主裁判手持移動終端將自動下載兩名裁判對該回合的評分結(jié)果并進行最后的記分和評分的確認(rèn)，確認(rèn)后將數(shù)據(jù)提交到數(shù)據(jù)控制模塊進行存儲，同時評分終端將結(jié)果傳送給無線顯示系統(tǒng)的PDP顯示屏端，顯示當(dāng)前場地比賽的對陣評分信息。圖2所示為裁判評分系統(tǒng)的工作流程圖。

圖2 裁判評分系統(tǒng)工作流程圖

3.4 評分終端設(shè)計

評分頁面以網(wǎng)頁形式展現(xiàn)，包含對陣雙方的信息，對陣雙方的比分信息，判罰信息等，當(dāng)裁判操作失誤時提供回退功能，判罰界面中包含三位裁判的判罰操作按鈕和主裁判的確認(rèn)按鈕。

評分終端的軟件開發(fā)采用PhoneGap框架來完成，PhoneGap框架是基于HTML，CSS和JavaScript創(chuàng)建的移動終端的跨平臺應(yīng)用，將應(yīng)用程序封裝成基于移動終端網(wǎng)頁的特別瀏覽器。PhoneGap將web程序打包成系統(tǒng)支持的應(yīng)用格式，通過調(diào)用系統(tǒng)的瀏覽器功能實現(xiàn)移動終端的運行和交互操作。

3.5 數(shù)據(jù)通信方案

數(shù)據(jù)通信指的是評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)之間的通信。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，定制了專用的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換方式。

（1）通信協(xié)議

通信過程采用定制的通信協(xié)議，統(tǒng)一了系統(tǒng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的格式，一條完整的消息包包括消息頭、消息體和消息尾。消息具體結(jié)構(gòu)包括頭標(biāo)志、節(jié)點ID、任務(wù)碼、消息體長度、消息體、響應(yīng)標(biāo)識、消息編碼、尾標(biāo)志。

頭標(biāo)志和尾標(biāo)志為4個字節(jié)整型數(shù)據(jù)的數(shù)字標(biāo)識，用來驗證該消息是否有意義，必須保證在一個系統(tǒng)內(nèi)的唯一性。節(jié)點ID作為消息發(fā)送方的唯一標(biāo)識，是評分終端身份識別的依據(jù)；任務(wù)碼是區(qū)分消息包具體執(zhí)行哪個任務(wù)的標(biāo)志，具體的任務(wù)碼對應(yīng)關(guān)系如表1所示；消息體長度，用來驗證是否完整的接收到了消息；消息體，即消息攜帶的具體數(shù)據(jù)，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)可根據(jù)比賽的業(yè)務(wù)需求來定義,格式為JSON格式；響應(yīng)標(biāo)識，用來判斷接收端在收到消息后是否需要向發(fā)送方反饋消息。為了保證重要消息的可靠傳輸，本設(shè)計為HTTP協(xié)議設(shè)置了響應(yīng)標(biāo)識；消息編號，是發(fā)送方所發(fā)送消息的唯一標(biāo)識，由內(nèi)部累加器生成，可以用此編號作為消息響應(yīng)時，接收方響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)體，來驗證消息是否發(fā)送成功。

（2）數(shù)據(jù)的交換

由于評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)之間交換的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣、速度要求高故系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換設(shè)計為JSON格式。JSON數(shù)據(jù)格式比較簡單，易于讀寫，占用帶寬小，并且JSON格式能直接為服務(wù)器端代碼使用，簡化代碼開發(fā)量，并且易于維護。JSON的值可以是數(shù)字、字符串、對象和數(shù)組，這些格式還可以相互嵌套，組成復(fù)雜的格式。

根據(jù)壁球競賽信息種類，JSON數(shù)據(jù)格式包括運動員基礎(chǔ)信息、賽事計劃、對陣信息、總分信息、得分歷程和判罰歷程等。

得分歷程記錄了比賽過程中每一分的變化情況，更新頻率比較高，其協(xié)議字段內(nèi)容包括場次編號MatchCode、當(dāng)前比賽場次CurrentMatch、當(dāng)前局CurrentGame、得分點Number、主隊得分HGameScore、客隊得分VGameScore、賽點Match-Point、局點 GamePiont。

例如某一得分歷程數(shù)據(jù)為：

表示第SQM00A01”場比賽的第1場第一局第7次比分變化，主客隊比分5:2，非賽點，非局點。

判罰歷程記錄了比賽過程中每一次的判罰信息，主要內(nèi)容包括場次編號MatchCode、當(dāng)前比賽場次CurrentMatch、當(dāng)前局CurrentGame、裁判編號JudgeCode、判罰編號 PenaltyCode、受判方 party。

例如某一判罰歷程數(shù)據(jù)為：

表示第SQM00A01”場比賽的第1場第一局右裁判作出甲方足部犯規(guī)的判罰。

判罰標(biāo)號對應(yīng)的判罰信息如表2所示。

表1 任務(wù)碼對應(yīng)表

表2 罰信息對應(yīng)表

4 分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)設(shè)計

評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制中心，不僅對采集的數(shù)據(jù)進行處理，還要對比賽的流程進行監(jiān)控。

4.1 設(shè)計原則

評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)設(shè)計原則是保障數(shù)據(jù)統(tǒng)一、完整、安全和穩(wěn)定。

（1）數(shù)據(jù)統(tǒng)一完整現(xiàn)場使用的所有競賽基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均由評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)下發(fā)；統(tǒng)一接收評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進行解析、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)；

（2）數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定對評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，在評分終端運行出現(xiàn)錯誤時迅速反饋，以便在后臺對錯誤進行及時處理。

4.2 系統(tǒng)功能

壁球裁判評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是評分系統(tǒng)的控制中心，用于管理從壁球評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和監(jiān)控每個評分終端的工作狀態(tài)和比賽流程，具體的功能如下：

（1）信息的管理：系統(tǒng)具有編排和管理比賽的場次信息、輪次信息、運動員信息、比賽場地等信息的功能。

（2）消息解析：對從壁球評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)接收到的消息包進行解析，確定消息包的業(yè)務(wù)類型是成績消息，判罰消息還是比賽信息請求消息，根據(jù)不同的消息類型作出相應(yīng)的處理。

（3）狀態(tài)監(jiān)控：監(jiān)控各場地的比賽進行情況，監(jiān)聽并接收各評分終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，檢測是否有成績數(shù)據(jù)丟失或通信異常的現(xiàn)象。

（4）評分終端鎖定：對各場地的評分終端提供加鎖和解鎖功能，比賽結(jié)束前后鎖定評分終端的評分功能，防止無意中改變已定比賽的評分?jǐn)?shù)據(jù)；

（5）數(shù)據(jù)存儲：將從裁判評分?jǐn)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

4.3 處理流程

如圖3所示為壁球評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的處理流程圖，比賽開始前，在數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊中準(zhǔn)備好當(dāng)日的比賽數(shù)據(jù)，編排好當(dāng)日各場比賽的對陣雙方、比賽時間等信息，比賽過程中數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊實時收集和監(jiān)控比賽的評分和判罰數(shù)據(jù)。如果在比賽過程中數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，將有技術(shù)人員進行干預(yù)并向評分終端發(fā)送消息，若評分終端有丟包現(xiàn)象或為非在線狀態(tài)，則手動更新數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。比賽結(jié)束后發(fā)送控制命令將評分終端的評分功能鎖定，防止將已定成績更改。

5 運行與實施

第二屆亞洲運動會青年運動會壁球比賽有5個預(yù)賽場和1個決賽場，每塊比賽場地配備三個評分終端、一個機頂盒和一個液晶顯示屏(PDP)，PDP顯示設(shè)備通過HDMI高清線連接機頂盒，機頂盒和評分終端通過無線AP接入網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)通過比賽現(xiàn)場的以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)接收評分終端傳輸?shù)脑u分信息和判罰信息并將信息記錄在數(shù)據(jù)庫中。預(yù)賽場管現(xiàn)場實施情況如圖4所示，圖5為裁判評分終端頁面圖，其中（a）是裁判打分界面，（b）是裁判溝通與確認(rèn)界面。

圖3 評分?jǐn)?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的處理流程圖

圖4 第二屆亞州青年運動會壁球裁判評分系統(tǒng)預(yù)賽館現(xiàn)場實施圖

圖5 評分終端界面圖

6 結(jié)束語

根據(jù)壁球裁判手勢加人工二次計分的評分處理現(xiàn)狀，設(shè)計了基于移動終端的壁球裁判評分系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了對壁球項目成績的實時采集和上傳，整個過程由裁判員操作，不需要第三方人員的干預(yù)，提高了運行效率與可靠性，并提供了裁判員之間的實時交流溝通手段，已應(yīng)用于2013年第二屆亞州青年運動會，滿足了比賽各方的要求。

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Design of Squash Competition Scoring System Based on Mobile Terminal

Zhang Wen，Mu Yan，Gao Zhenxing，Liu Zhifeng
（College of Internet of Things Engineering，Hohai University，Changzhou 213022， China）

In order to solve the problem of the misreading of the score and the penalty of the referee,the squash referee based on mobile terminal scoring system is brought forward in this paper,to replace the score method of the referee scoring two times with artificial gestures.The system uses wireless communication technology and PhoneGap technology to complete the accurate collection of mobile data terminal performance and squash score based on Android and provide realtime communication service for the referee score,and improves the accuracy and reliability of data acquisition.The design and software of the system has been successfully applied to the second Asian Youth games.

Squash；Wireless communication technology；Referee scoring and communication；Android mobile terminal；Data exchange；Score collection

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.011

TP31

A

1002-2279-（2017）03-0046-06

第二屆亞洲青年奧運匹克運動會競賽信息系統(tǒng)研發(fā)(2014—105)

張文（1992-），男，山東省菏澤市人，碩士研究生，主研方向：智能信息處理理論與技術(shù)。

2017-02-20