“準電動計時系統”的構建與運用的研究

劉俊 史小軍 武菲

目前，全國部分大、中、小學校以及中小城市田徑運動會終點計時還仍然利用秒表人工操作計時，裁判員目測判定名次，這種高誤差、低效率的裁判管理工作已遠遠落后于時代的要求。為了盡快擺脫和解決時間記取和名次判定誤差過大所帶來的困惑，筆者制作完成的“準電動計時系統”過了多年的設計和改進，使該計時系統在裁判工作水平上了新的臺階，實現了裁判管理工作科學化、規范化。

一、“準電動計時系統”的設計思想

1設計初衷：最初是為了解決學校田徑運動會中計時裁判人手不夠的問題。基層學校運動會中，一般都是文化類學科老師來做裁判員，而計時裁判組相對其它裁判組來說所需的人員最多，經常出現裁判人手不夠的情況，有時一個道次只能安排一名計時裁判。該系統最初的雛形只具備終點攝像功能，但在首次使用過程中也解決了好多棘手的問題和矛盾，師生們對此相當感興趣，認為這就是“電動計時”了。

2設計中心思想：構建的計時系統不能增加使用單位的經濟負擔，并且要架設、操作簡單，確實有效可行，計時精準度要絕對高于手動計時。

二、“準電動計時系統”的構成

該系統分為：發令端和計時端。發令端由一臺筆記本電腦、一套有源音箱、一個LED燈頭組成，計時端由兩臺電腦(其中一臺必須配備無線網卡)或兩臺筆記本電腦、兩臺攝像器材構成，可用攝像器材包括：攝像機、數碼攝像機、數碼照相機、高感光攝像頭；發令端和計時端由大功率無線路由器聯接，無線路由器放置于田徑場中央，使無線信號可以覆蓋全部田徑場。使用的軟件為：QQ軟件，《鼠標鍵盤發聲器》軟件，視頻處理軟件及自行設計的計時軟件。

三、“準電動計時系統”的操作流程

1發令端準備。將有源音箱與電腦聯接，LED燈頭聯接于有源音箱的音源輸出端并對向終點計時處，發令端電腦遠程控制計時端1號電腦，方法1：使用無線路由器聯接網絡，用QQ軟件中遠程協助功能遠程控制，發令端電腦打開《鼠標鍵盤發生器》，設置點擊鼠標左鍵發聲，聲響為發令槍聲；方法2：在沒有網絡的情況下，使用無線路由器，用Windows自帶的遠程桌面連接功能實現遠程控制，計時端電腦打開《鼠標鍵盤發生器》，設置點擊鼠標左鍵發聲，聲響為發令槍聲。

2計時端準備。將1號攝像器材聯接1號電腦，攝像器材放置于終點延長線上，并將鏡頭對準終點線固定，打開視頻處理軟件，進入視頻捕獲選項，準備捕獲視頻；將2號攝像器材聯接2號電腦，攝像器材放置于終點延長線上，并將鏡頭對準發令端LED燈頭，打開視頻處理軟件，進入視頻捕獲選項，并開始捕獲視頻。

3發令端發令。發令端電腦進入遠程控制界面，點擊視頻捕獲確認鍵，由音箱發出槍響聲，同時LED燈頭發光。

4計時及成績判定。發令后迅速調整2號攝像機，將鏡頭對準終點線。當所有運動員過終點后計時端停止視頻捕獲，進入視頻編輯選項，計時端1號電腦運用計時軟件直接分析視頻，手動找出各運動員成績，熟練運用后，在一分鐘內能確認8名運動員成績。如遇計時1號機無法判定兩運動員先后名次時，調用2號機視頻輔助判定，成績以1號機為準。

四、“準電動計時系統”的工作原理

“準電動計時系統”包括發令端和計時端(見圖1)，發令端替代了傳統發令槍，工作時發出聲音和燈光信號，并由發令端在發令的同時進行計時開表；計時端將比賽過程記錄為視頻資料，小組賽結束后以視頻資料為依據進行名次、成績的判定。發令端和計時1號機為直接聯系單位，2號機相對獨立，所以在計時與判定過程中1號機和2號機互不影響，但又有著互補的關系。

五、“準電動計時系統”的優點

1利用常見器材組建計時系統，做到零投資或少投資。本系統使用的所有器材一般學校都有，即便個別器材沒有需重新添置也無需花費太多的經費；而商品電動計時系統相當昂貴，國內一套商品電動計時系統最便宜的要四十多萬，國際慣用的OMEGA(歐米迦)、SWATCH(斯沃馳)、SEIKO(精工)等田徑電動計時系統要上千萬。

2系統架設、使用簡單。只要閱讀本文“準電動計時系統”的構成和操作流程兩部分內容，按所述方法就能將系統架設完畢，并能實際操作運用。在實際使用中，由于有大功率無線路由器的無線信號覆蓋，發令端可以在田徑場中任意位置擺放，并且可以隨意移動。計時端無須移動。

3人員需求少。運用本系統進行裁判工作時需發令員1人、計時員2人，如人員配備緊張，所有工作一人也能完成，而手動計時需要數十倍于本系統的裁判人數。

4計時精度高。該計時系統采用普通攝像機時誤差能控制在0.04秒以內，用數碼攝像器材時誤差能控制在0.034秒以內，在數碼攝像器材幀率提高時精度還能相應提高，國際田聯公布的手動計時誤差為：100m、200m分別為0.24和0.14秒。

(1)手動計時誤差分析。手動計時反映了人的高級神經活動過程中伴隨著復雜的心理活動的特征，計時員在臨場反應的預備期、中心期及效應期的三個心理特征會造成計時的誤差。從計時員的職責中我們可以看到計時員工作的繁瑣，容不得半點走神。田徑比賽期間工作時間長，幾乎每個競賽項目都有多組預賽和決賽，所以裁判員在計時時容易產生疲勞，疲勞的產生也是計時誤差變大的主要原因。不管誰手動計時，誤差肯定是存在的，誤差產生的最主要的因素是人的反應時，人反應時大概在什么一個區域呢?通過對本校師生的實驗研究，測得人體反應延時數據見表1。

由表1可以看出：所有人都有反應延時，延時范圍主要集中在0.1秒-0.4秒之間。這也只是注意力集中狀態時所產生的最短單次反應延時，若長時間工作，則會產生人體反應疲勞，反應時將會延長，計時誤差相繼也會增大。

(2)手動計時過程中容易出現誤差的狀況。①計時裁判員有時會在聽到槍聲時才按下秒表；②運動員沖過終點時過早或過晚按下秒表，③外界環境干擾產生的計時誤差；④計時員長時間工作導致疲勞產生計時誤差；⑤裁判組不同裁判員不同反映速度造成的計時誤差。

5計時公平、公正、公開，透明。對每輪比賽計時開表能做到絕對一致，對所有運動員使用同一起始基準及計時時標，誤差只出現在計時判定上(與所使用攝像機的幀率有關，攝像機幀率越高誤差越小)，名次判定、成績記取時能做到公開透明，使用大屏幕將比賽過程中視頻的捕獲、名次判定、成績記取過程予以實時公布。

6能做到及時公布成績、有據可查。由于計算機的介入，使得計時測量過程可以追溯，包括終點圖像的回放、定格；隨著競技水平的不斷提高，運動員之間的水平差距越來越小，肉眼瞬時動態地判斷名次先后越來越困難，出錯幾率很大，并且由于手工計時的過程無法回溯，投訴的仲裁也非常困難。而“準電動計時系統”可以將動態過程變為靜止圖像，以便從容判讀從而做到絕對的客觀公正。

7環保。發令端采用電腦發令，沒有常規發令槍產生的空氣污染。聲音由音箱輸出，并且可以在每位運動員身后放置一與音箱連接的喇叭，音量可以調節，無噪音污染。

六、“準電動計時系統”使用注意事項

1攝像機架設在終點延長線上，與終點線處于同一垂直面，但要與終點線在水平面形成夾角，使攝像器材鏡頭處于俯視狀態，以防兩名或多名運動員幾乎同時撞線時，靠近攝像器材的運動員遮擋遠側運動員。

2視頻處理軟件中時間表達方式是：00：00：00：00

時：分：秒：幀

不能直接誤判為：時：分：秒：百分秒，一定要運用計時軟件予以判讀。

3視頻采集存儲磁盤一定要獨立，最好使用前格式化，否則會出現丟幀現象。

4一定要等所有運動員撞線后3至5秒再停止視頻捕獲，否則有可能會導致最后一名或幾名運動員的視頻影像丟失，造成最后幾名運動員成績無法判定。

5要嚴格按照《田徑競賽規則》第165條：計時和終點攝像中所規定的要求進行成績判定。

七、結論

校田徑運動會中該系統的投入使用，提升了運動會的品位、檔次，減少了教練員、運動員與裁判員爭執的發生幾率，即便有爭執發生也能為仲裁提供有力的仲裁依據，迅速化解矛盾。

筆者在設計本計時系統考慮到使用學校的投資成本，所用器材均為常見器材，涉及的軟件除計時軟件外均為常見軟件，雖然該計時系統與真正意義上的電動計時系統還存有一定的差距，但真正實現了計時系統架設平民化，使用簡單化，計量精準化，推廣現實化。