體育比賽場地“智能邊線”開發運用研究

宋清華

(河南理工大學 體育學院，河南 焦作 454000)

體育比賽場地“智能邊線”開發運用研究

宋清華

(河南理工大學 體育學院，河南 焦作 454000)

通過對“鷹眼”開發現狀的介紹，對體育比賽場地“智能邊線”研究的價值做了簡單分析，同時對“智能邊線”研究的方向做了進一步構想和研究設計介紹，闡述了“智能比賽場地邊線”開發和運用的重要性和可行性。

體育場地；邊線；研究

1 前言

研制一套造價低廉、使用方便，適合我國國情的體育比賽場地“智能邊線”來輔助裁判員的判決，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”的意義

現代網球比賽中，擊球力量大，網球的運動速度快，落點刁鉆，尤其是當網球落在邊界附近時，人眼很難準確判斷，這就給裁判的判決增加了難度，容易出現錯判或漏判。為保證網球比賽的公正進行，研究“智能邊線”有著十分重要的意義。現在電子邊線系統的作用已得到國際普遍認可，正形成新的研發趨勢。

3 “智能邊線”研究方案構想與實施

本課題的研究，主要是從以往傳統的非智能化場地邊線著手進行改革，把材料化學或電工電子等科技手段運用到比賽場地邊線的研究上來，從而研制出一套“智能化感應比賽場地邊線”的構劃、設計方法。在體育比賽過程中，裁判員可以通過“智能化感應比賽場地邊線”的客觀提示，從而對是否觸線的模棱兩可的邊線球作出準確、迅速的判罰。

3.1“智能邊線”——化學反應法

對化學材料進行實踐和研究，通過對某些成分的加工和處理，將其融入到現有的油漆中或直接研制出某種顏料，然后運用這種特殊的油漆或顏料去畫比賽場地的邊線。這種特殊的油漆或顏料具備如下條件：球一旦觸線后，線與球接觸的地方顏色消失或變化，邊線接觸部位出現缺口或特殊顏色標示等。

3.2“智能邊線”——電子感應法

把電工電子技術運用到場地邊線上，通過對場地邊線加裝感應裝置來完成邊線的自動感應智能功能。這種場地邊線將具有如下功能：在比賽進行的過程中，球一旦觸線，邊線電子感應系統迅速報警，比如：邊線閃光或某個裝置發出聲音等。

在切實滿足“電子邊裁”要求的前提下，根據我研發團隊的前期成果和實際研究狀況，提出光導無線智能邊裁系統。目前，我們進行了產品開發初級階段的準備工作，正處于相關系統的實驗和調試階段。

4 “智能邊線”研究的內容、目標和系統組成設計

4.1“智能邊線”研究內容

本課題研究系統充分完善了“壓迫感應系統”不能解決的問題，同時彌補了“鷹眼系統”造價過高帶來的經費負擔問題的不足。

我研發團隊在對光導無線智能邊裁系統進行設計時，緊跟體育“電子邊裁”系統(現行主要有阿迪達斯“芯片足球”、英國產的“鷹眼”和加拿大產的自動裁判系統)國際發展的潮流，參照國際足球協會第121屆大會關于使用“電子邊裁”的一系列規則(大會制定的使用“電子邊裁”的原則是：“電子邊裁”技術只適用于出界判罰；“電子邊裁”技術必須百分之百精確；對于球是否出界的電子顯示報告必須馬上提交執法裁判，報告內容只有裁判有權知曉，同時使用“電子邊裁”的決議需要四分之三多數支持才能通過)，在切實滿足“電子邊裁”要求的前提下，根據我研發團隊的前期成果和實際研究狀況，提出我們認為比較可行的光導無線智能邊裁系統。

4.2“智能邊線”研究目標

通過研究和實踐，首先把此項技術運用于網球競賽場地的設置中。然后通過不斷的研究和改進來完善這項技術，進而解決其它項目比賽場地邊線的智能化問題，通過不斷完善和開發智能化的比賽場地，來激勵社會各界摒棄傳統思想的束縛，關注體育比賽場地設置的不斷創新和開發。

4.3“智能邊線”系統組成設計

為了確保系統的準確性，該系統由一個主干系統和三個輔助系統組成。

4.3.1主干智能邊裁系統——光纖光柵壓力傳感器系統

在外界應力的作用下，光纖光柵的軸向應變和折射率變化造成光柵Bragg反射波長移動,通過測量波長變化可以得出外界應力的變化情況。

光纖光柵壓力傳感器的傳感頭，在設計上應當結合光導無線智能邊裁系統中對球實時追蹤這一特點，及時將球到達所產生的壓力通過光纖光柵Bragg中心波長的變化體現出來。

考慮到球撞擊過后，傳感頭應當恢復初始狀態，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彈性材料的傳動導致光纖光柵長度、曲率發生變化，光柵受到張力的作用，中心波長向長波長移動，由此可定性分析施加外力的有無、持續時間等。

4.3.2輔助智能邊裁系統1——泄露電纜系統

泄漏電纜智能邊裁探測器采用多普勒原理，由探測主機的發射單元產生高頻能量輸入發送用的泄漏電纜中，并在電纜中傳輸。當能量沿電纜傳送時，部分的能量通過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建立一個無形的電磁射頻探測場，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，形成收發能量直接耦合。當球或其他物體進入兩根電纜形成的感應區內時，這部分電磁能量受到擾動，引起接收信號的變化，這個變化的信號經過放大處理后被檢測出來，系統就會產生報警。

泄漏電纜的組成：由探測主機和兩根泄漏電纜組成。其中探測主機由電源單元、發射單元、接受單元、信號處理單元和檢測單元組成。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，其長度根據探測主機安裝位置與安裝在智能邊裁區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2——應力式振動電纜系統

應力式振動電纜應被固定在智能邊裁線的保護屏障上，任何球或其他物體撞擊屏障的感應范圍，都會在應力式振動電纜上產生力學應力。這個力學應力會被轉成電信號，其頻率、幅度、尖峰時序等信號參數由系統的控制器來進行處理，確保信號來源是否有入侵的企圖。不同壓力通過傳感電纜探測后，得到的信號的幅值、頻率、時序等特征不同，由環境引起的干擾信號及其它可能生產誤報的信號不同于人的入侵信號，所以引起誤報的可能性很小。

4.3.4輔助智能邊裁系統3——薄膜電阻應變式壓力傳感器系統

薄膜電阻應變式壓力傳感器是用高電阻率的細金屬絲繞成。當將電阻應變式壓力傳感器用特殊膠劑粘在被測構件的表面上時，則敏感元件將隨構件一起變形，其電阻值也隨之變化，而電阻的變化與構件的變形保持一定的線性關系，進而通過相應的二次儀表系統即可測得構件的變形。通過應變計在構件上的不同粘貼方式及電路的不同聯接，即可測得應力、變形、扭矩等機械參數。其中采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導體光刻技術，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。金屬電阻應變片的工作原理，是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著它所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發生變化的現象。

5 小結

1)可以首先研制出比賽場地微縮模型，在模型上進行相關實驗和數據統計，論證設計方案、資料的可行性，進而推進在正規比賽場地上試用與驗證。

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

3)場地建設費用相對“鷹眼”(電子眼)較低，不及鷹眼系統造價的1/10，充分提高系統的實施性：本系統便于安裝、拆卸和維護，利于操作和推廣，更適合在基層大型比賽中運用。

4)球類比賽場地“智能邊線”的出現，將通過聲音、閃光、顏色變化等報警方式，對球落地的瞬間是否觸線做出及時反應，可以幫助裁判員及時作出準確的判罰。這將是球類比賽場地邊線設置的革新，將為體育事業和社會公益事業做出相應的積極貢獻，也將為其它體育智能場地的研究和開發提供相關參考。

[1] 史勇.“鷹眼”現身誤判難存[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——即時回放系統”在網球比賽中的應用[J].體育科技文獻通報，2007,15(9):11-12.

[4] 李建設,童瑩娟,裘琴兒，等.浙江省體育用品制造業調查報告[J].體育科學，2004,24(9):16-18.

[5] 林祖明.體育產業與體育事業關系論析[J].北京體育大學學報，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：社會體育學。

G818.1

A

1672-1365(2010)03-0097-02