田賽距離測量中全站儀的設計與實現

李 然

（西安航空學院，陜西西安，710077）

田賽距離測量中全站儀的設計與實現

李 然

（西安航空學院，陜西西安，710077）

本文提出了將智能全站儀這種精密測量儀器廣泛應用于田賽項目測量中，并結合其他科技元素用于解決田賽項目中跳遠、投擲等項目的測量及數據管理問題，實現實時、自動、準確地裁定和報告比賽成績。

全站儀；田賽；測量

1 全站儀

全站儀之所以稱之為全站型電子測距儀，主要是因其一次安置儀器即可完成該測站上全部的測量工作。全站儀是一種集水平角、垂直角、距離、高差測量功能于一體的測繪儀器系統，具有自動化、高精度、靈活性等特點，因其優勢頗多，減少了工作人員大量的工作，如今已被廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等多種精密工程測量領域。

2 田賽距離測量中全站儀應用的可行性分析

2.1 專業支撐，實現理論與實踐的結合

相關數據顯示，當前絕大多數高校田徑運動會參加人數僅占學生總數的15%~25%，這一數據切實的說明了高校田徑運動會僅局限于極少數熱愛體育運動的學生，如此的結果難以達到全體學生共同鍛煉、共同參與、共同提高、共同競爭的目的。

基于此，若是各高校傳授測繪類專業或是相似專業的學生相關的測量技術以及測量儀器設備的使用，并在課余時間對其培訓，使專業學生熟練掌握田徑運動會各項比賽的測量技術，組成田徑運動會測量服務隊。如此，不僅會調動學生學習測量知識的積極性，真正將課本中的理論知識應用于實踐中去，同時可提高各高校運動會測量工作的效率，促進高校體育事業的發展。

2.2 實時、自動、準確地裁定和報告比賽成績，節省人力資源的耗費

體育競賽中，無論是與奧運會相關的國際重大賽事，還是國內各大高校舉辦的春季、秋季等這樣的小型賽事，運動會的競技性本身就決定了競賽過程及結果必須保證公平性和公正性。將智能全站儀應用于各高校的田徑運動會中，能夠克服傳統測量方式中不能避免的一些外部條件造成的誤差。

3 全站儀測定系統的數學原理

本文采用的實驗方法主要是自由測定位法的原理及余弦定理的數學模型。余弦定理作為一種常見的數學運算，應用起來簡單便捷，采用該方法能夠輕而易舉地解算未知測站點的相關信息。此外，自由測站定位法具有諸多優點——受地形限制少、測站選擇靈活、野外施測工作簡單等。

4 田賽全站儀自動測定系統及技術路線

本文測量工具采用功能、費用較為適宜的南方NTS一360R電子全站儀，主要原因在于南方NTS一300系列具備了電子全站儀測角、測距、數據運算等一系列基礎功能，再通過計算機網絡等高科技技術聯結在一起，使得其在實際田賽距離測量中能夠起到顯著的效果。利用電子全站儀裁判員能夠在最短的時間內完成目標鎖定和觀測記錄，經輕輕觸碰按鍵，便可將運動員的比賽成績傳輸到運動中心主控室，由其驗證確保公平、公正、準確后，實時、自動地將比賽結果顯示在賽場的大屏幕上，避免了人為地對結果造假。

5 實例應用

在體育賽事中，一般將田賽分為跳躍和投擲兩類項目，其中跳躍包括跳遠、三級跳遠、跳高、撐桿跳高等項目；投擲包括擲鐵餅、推鉛球、擲標槍、擲壘球、擲鏈球等項目。兩類項目的表現形式和場地是有區別的。本文主要選取具有跳躍類、投擲類項目代表性的跳遠和擲鐵餅項目為實例，以起跳位置到全站儀安置點之間的距離為尺度展開。

5.1 田賽跳躍類的軸向水平距離測量

早期，田賽跳躍類項目的軸向水平距離測量主要是依賴于皮尺、拉鋼尺來完成的，之后使用手持測距儀進行測距，此類方法雖簡單易操作，但是不能就運動員偏離軸向時的距離進行客觀度量。下文筆者將對電子全站儀測量的具體方法及原理一一進行討論。

（1）定軸線。為確定參考坐標系X軸，需先將測量中需要的兩個基準點A、B點設置于田賽的測距跑道中心上適宜的位置，A、B點距離越遠，軸線定位精度越高。

（2）坐標系建立。在A、B兩基準點任意一點上安置電子全站儀，并測出兩基準點之間的水平距離，以B點為中心，坐標為B（0,0）；A點坐標為（-AB，0）。

（3）儀器安置點確定。在距離比賽沙坑附近合適的位置固定觀測墩點C，在B點以A點定向測出C點的假定坐標C（Xc，Yc）。

當正式比賽時，按照準備工作將C點設為測站點，即全站儀的固定位置。按極坐標原理測定任意一點P的假定坐標為(Xp，Yp)，跳遠運動員軸向水平距離用Xp表示，運動員偏離軸線的距離則用Yp表示。此外，注意信息顯示系統要同時將各位運動員的成績同步顯示于大屏幕。

5.2 實例分析

本文選擇了本校五名運動員，分別在半徑約為10m，20m處安置了電子全站儀進行實驗。所得數據如表1~2所示。

5.3 田賽投擲類的徑向水平距離測量

田賽投擲類的徑向水平距離測量同樣可按照跳躍類距離測量的方法及原理，但值得注意的是徑向水平距離測量應采用的計算結果作為大屏幕同步顯示值，而并非使用假

定坐標的直接測量值。按照跳躍類項目的具體步驟，投擲類的徑向水平距離測量應嚴格按照賽事規定，投擲距離S一般小于100米，測站設于圓心C點的左前方或右前方投擲區域以外，使d1小于20米。

5.4 測距精度

對于實驗中出現的誤差現象，筆者認為其一般由以下三方面組成：（1）測量儀器的誤差。每一種測量儀器都具有一定限度的精密度，最終會造成觀測結果受其影響。為了將誤差值降到最低，我們應在測量前對儀器檢驗、調試和校正。（2）人為誤差。觀測結果的質量會受到觀測人員對測量技術掌握的熟練程度、工作態度的直接影響。（3）外界條件誤差。田賽項目主要集中于室外，因此外界的環境條件對其測量工作有一定的影響，觀測員應及時記錄準確數據，對測量儀器進行調試。

6 結語

綜上所述，表明電子全站儀應用于田賽距離測量中切實可行，筆者提議將電子全站儀測量技術推廣形成一種模式，充分發揮其高精度、自動化、公平公正等特性。

李然（1981----），男，山西臨汾人，碩士，講師，研究方向：體育教育訓練。

Design and implementation of field distance measurement of total station instrument

Li Ran
(Xi’an Aeronautical university，shaanxi xi’an，710077)

This paper presents intelligent total station the precision measuring instruments are widely used in the field of project measurement,combined with other elements of technology is used to solve the measurement of long jump,throwing events in the field of project and datamanagement issues,to achieve real-time,automatic,accurate decision and report competition results.

total station instrument;field measurement

表1 全站儀在距離起跳點10m處所得實驗數據

表2 全站儀在距離起跳點20m處所得實驗數據