實時軌跡跟蹤系統(tǒng)在定向運動賽事中應(yīng)用的優(yōu)化路徑研究
——以2019年全國定向錦標(biāo)賽為例

（成都體育學(xué)院 四川 成都 610041）

前言

定向運動比賽多為野外場地且比賽區(qū)域通常較大，對于賽事的安全監(jiān)管，對于滿足人們觀賞性以及對于運動員、教練員的訓(xùn)練或比賽提供客觀的數(shù)據(jù)等方面來分析，發(fā)現(xiàn)常規(guī)定向運動賽是需要得到具有建設(shè)性意義的舉措去完善。

實時軌跡跟蹤系統(tǒng)是用手持終端將衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，服務(wù)器將含有終端的位置、速度、移動方向以及協(xié)調(diào)世界時的定位數(shù)據(jù)基于衛(wèi)星地圖進行實時位置展繪。實時軌跡跟蹤系統(tǒng)除了能將賽事提供較好的安全保障外，還可以滿足廣大參與者的觀賞感，也可以為運動員或教練員的比賽以及訓(xùn)練提供科學(xué)客觀的數(shù)據(jù)。

1、實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1.1、實時跟蹤軌跡設(shè)備總體使用概況統(tǒng)計

本研究選擇2019年全國定向錦標(biāo)賽組委會提供的5個大項，39個組別的實時軌跡跟蹤設(shè)備的使用情況。圍繞著不同項目、不同組別的參與比賽的運動員總?cè)藬?shù)、定位正常設(shè)備數(shù)、定位中斷設(shè)備數(shù)以及故障率進行了詳盡的統(tǒng)計并分析（見表1）。其中，總?cè)藬?shù)具體代表實際參與比賽的運動員，但不包含因自身原因退賽者（DNS）。定位正常設(shè)備數(shù)是指定位正常，全程未出現(xiàn)定位中斷的情況。故障率為賽事所有定位中斷設(shè)備數(shù)與賽事總的設(shè)備使用情況之間的比值。可以較為明顯的看出設(shè)備在賽事應(yīng)用過程中的綜合性能。整體的設(shè)備故障率較高，賽事參與者在賽后對于數(shù)據(jù)的瀏覽及分析產(chǎn)生了一定的影響。

表1 2019年全國定向錦標(biāo)賽實時軌跡使用情況統(tǒng)計表

1.2、實時跟蹤軌跡設(shè)備具體項目使用統(tǒng)計

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析并得出2019年全國定向錦標(biāo)賽實時軌跡跟蹤設(shè)備具體項目設(shè)備使用情況（見表2）。由表2可發(fā)現(xiàn)，比賽過程中設(shè)備故障率較大的為中距離。并且在統(tǒng)計過程中發(fā)現(xiàn)，中距離項目使用的實時軌跡跟蹤設(shè)備在起點信號中斷情況以及靠近終點附近時定位中斷情況較為明顯。因有近三分之一運動員設(shè)備正常，所以可以排除場地對衛(wèi)星信號的干擾從而對手持終端定位的影響。由此推斷，在出發(fā)前設(shè)備沒有精確搜星定位起始點，導(dǎo)致起點信號中斷的可能性較大。此外，終點附近設(shè)備信號中斷的出現(xiàn)的情況較為頻繁，可推斷出終點附近受到干擾或信號較差的可能性較大。對于中距離設(shè)備使用情況來看，突出對賽事的監(jiān)管以及提升觀賞性方面，存在一定的可改善的空間。

表2 2019年全國定向錦標(biāo)賽實時軌跡跟蹤設(shè)備具體項目設(shè)備使用情況

1.3、實時跟蹤軌跡中斷設(shè)備概況統(tǒng)計

定位中斷設(shè)備數(shù)是未按正常情況工作的設(shè)備（見表3）。定位中斷設(shè)備又具體包括起始信號中斷、中途信號中斷以及全程無信號設(shè)備。起始信號中斷的情況表現(xiàn)為軌跡顯示未從起點或出發(fā)區(qū)開始定位并始記錄軌跡的設(shè)備；中途信號中斷數(shù)具體變現(xiàn)為中途定位點消失以及記錄軌跡間斷出現(xiàn)的次數(shù)。由數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，定位中斷的設(shè)備有極大的概率重復(fù)出現(xiàn)軌跡繼續(xù)間斷的情況；全程無信號的設(shè)備是基于有運動成績，云端平臺無軌跡顯示的運動員，全程無信號的實時軌跡跟蹤設(shè)備可能是故障或由于電池沒電。

表3 2019年全國定向錦標(biāo)賽實時軌跡定位中斷設(shè)備統(tǒng)計表

1.4、實時跟蹤軌跡設(shè)備定位顯示狀況

2019年全國定向錦標(biāo)賽實時軌跡追蹤設(shè)備使用過程中，中距離賽、長距離賽以及接力賽的定位精度相比短距離混合接力賽以及短距離賽的定位精度更加精確，在軌跡顯示的網(wǎng)頁鏈接上與地圖之間的偏移更少。由比賽場地特點可發(fā)現(xiàn)，短距離混合接力賽以及短距離賽的場地是城鎮(zhèn)以及房屋密集的場所居多，房屋較高或較為密集對于定位設(shè)備的會有嚴重的遮擋，定位的精度就會有較大的偏差。中距離賽、長距離賽以及接力賽的場地較為開闊，林間山地對于衛(wèi)星信號影響相對較小，在軌跡定位的偏移相對較小。研究分別從2019年全國定向錦標(biāo)賽短距離M21A組（圖1）以及長距離賽M21A組（圖2）中截取一部分軌路線圖。清晰的可以發(fā)現(xiàn)，短距離賽和長距離的定位精度差距較大。進一步可說明實時軌跡追蹤設(shè)備定位精度對于場地有一定的要求。

圖1 2019年全國定向錦標(biāo)賽短距離部分軌跡路線

圖2 2019年全國定向錦標(biāo)賽長距離部分軌跡路線

1.5、實時跟蹤軌跡系統(tǒng)的問題分析

就目前使用情況來看，2019年全國定向錦標(biāo)賽使用的實時軌跡跟蹤系統(tǒng)在實際應(yīng)用中還有一些性能還不能滿足運動員、教練員以及觀賞者的需求。除了本身定位精度不能達到厘米級或亞米級精度的高精度以外，主要表現(xiàn)在起點出發(fā)前搜星較慢而導(dǎo)致未定位就出發(fā)、手持終端中途定位丟失、網(wǎng)絡(luò)信號丟失導(dǎo)致的定位丟失的這種情況，由于移動端存儲較小，對于定位數(shù)據(jù)記錄有限導(dǎo)致的定位丟失。此外，系統(tǒng)軟件平臺的綜合性能也有諸多可完善的。比如，定位顯示在云端軟件上與真實地理位置的偏差較大、實時軌跡顯示的系統(tǒng)因使用國外服務(wù)器導(dǎo)致實時軌跡網(wǎng)頁加載較慢等。

2、實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)化路徑

2.1、手持終端的硬件升級增強綜合性能

對于定位模式較少及定位模塊精度較低的情況，可升級定位模塊端。市場上已經(jīng)出現(xiàn)不少能使用多種定位模式協(xié)同工作的定位模塊，在支持四大傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)的同時，還可支持WIFI定位或其他輔助定位的定位技術(shù)。WIFI定位或其他輔助定位的應(yīng)用可增強衛(wèi)星信號丟失時的定位能力。此外，有不少定位精度在亞米級和厘米級的定位模塊在市場上銷售，相比常規(guī)的追蹤定位設(shè)備在定位精度方面將有質(zhì)的提升。但高精度定位模塊在實際應(yīng)用中可能會造成較高的成本，應(yīng)用后最終將不利于產(chǎn)品的推廣。但亞米級的定位模塊相對便宜，使用亞米級的定位模塊是切實可行的。

從定位模塊的參數(shù)來分析軌跡未從起點定位的情況，較大幾率是因硬件方面的性能導(dǎo)致。硬件方面的熱啟動、冷啟動以及暖啟動對應(yīng)了定位模塊在不同條件下的搜星速率。此外，多模式定位的定位模塊可能搜星數(shù)達到十多二十顆，通過升級定位模塊可改善搜星慢導(dǎo)致的衛(wèi)星定位丟失的問題；另一方面則可能是由于操作問題，主要表現(xiàn)為出發(fā)前起點裁判沒讓手持終端留足夠的時間進行搜星，裁判對于手持終端的檢查可能沒有引起足夠的重視。另外，天線的朝向?qū)τ谠O(shè)備的定位能力也有較大影響。

定位丟失按時間長短分為短暫定位丟失以及長時間定位丟失。短暫定位丟失可能是由于衛(wèi)星信號中斷或網(wǎng)絡(luò)信號中斷導(dǎo)致，長時間定位丟失則可能是由于設(shè)備故障或者電池電量使用枯竭導(dǎo)致。就短時間定位丟失來講，衛(wèi)星信號中斷導(dǎo)致的信號丟失在小范圍可增設(shè)使用WIFI定位或者慣性導(dǎo)航定位來輔助定位。其中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位只適用于短時間的定位，需要用其他輔助手段不斷進行糾偏，但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位可以在一定程度上彌補由于衛(wèi)星信號中斷導(dǎo)致的定位丟失。另外，手持終端存儲空間有限，可適當(dāng)增大其儲存空間，讓手持終端在網(wǎng)絡(luò)信號中斷的時候也可以正常記錄數(shù)據(jù)，只是延遲傳輸數(shù)據(jù)。對于網(wǎng)絡(luò)信號中斷的問題，也可增加基站或者各種信號放大器來改善場地的通信信號，從而改善因網(wǎng)絡(luò)信號丟失導(dǎo)致定位丟失的情況。

2.2、云端軟件的優(yōu)化升級提升操作便捷

云端系統(tǒng)主要處理定位數(shù)據(jù)讓其直觀的顯示在網(wǎng)頁的地圖上。定位顯示在云端軟件存在偏差，除了手持終端本身精度較低以外，可能是由于以下兩方面原因?qū)е隆Ｒ环矫媸堑貓D在云端軟件上重合度的偏差較大；另一方面是由于地圖本身的誤差。地圖在軟件上的貼合則是非常重要的環(huán)節(jié)，較多誤差也是從這各部分產(chǎn)生。據(jù)了解，一些實時軌跡跟蹤系統(tǒng)在地圖賦予真實地理坐標(biāo)信息的過程中，通過圖片拉對角線的方法將地圖附在軟件上，這種操作容易因衛(wèi)星圖的形變而產(chǎn)生誤差。因此，對于圖像校正時應(yīng)使用的地面控制點來給地圖賦予真實的地理坐標(biāo)信息。如果云端軟件不支持增設(shè)地面控制點的操作來賦予地圖真實的地理坐標(biāo)信息，也可通過增設(shè)上傳KMZ文件來實現(xiàn)類似目的。通過Global Mapper等類似軟件對圖像進行校正并賦予地圖真實的地理坐標(biāo)信息，也可生成KMZ文件。

相比國產(chǎn)設(shè)備，國外實時軌跡跟蹤系統(tǒng)擁有技術(shù)更先進、功能完善、設(shè)備更穩(wěn)定等諸多特點。國內(nèi)許多大型定向運動比賽都選擇使用國外的設(shè)備。但普遍存在一個問題就是因服務(wù)器原因，網(wǎng)頁加載速度太慢、延遲高以及同時瀏覽的人數(shù)有限等缺點。具體改進可通過使用代理服務(wù)器，來提升加載運行的速度；另一方面也可嘗試在國內(nèi)增設(shè)服務(wù)器，增加軟件的使用便捷性。

3、結(jié)論與建議

3.1、結(jié)論

2019年全國定向錦標(biāo)賽使用實時軌跡跟蹤系統(tǒng)，在一定程度上滿足了廣大定向運動愛好者的觀賞感，為運動員、教練員以及觀賞者在賽后提供比賽數(shù)據(jù)，有利于發(fā)現(xiàn)運動員運動過程中產(chǎn)生的問題并總結(jié)，為運動員、教練員的訓(xùn)練或教學(xué)提供科學(xué)的依據(jù)；另一方面，對于理想中的數(shù)據(jù)精度還存在一定的差異，特別是手持終端的定位精度以及定位丟失等問題還需要完善。此外，實時軌跡跟蹤系統(tǒng)可以促進定向運動科學(xué)、合理、高效的開展。但國內(nèi)現(xiàn)階段因技術(shù)不成熟、研發(fā)團隊較少以及設(shè)備較為昂貴等多方面問題，導(dǎo)致實時軌跡跟蹤系統(tǒng)雖有較大市場，但卻較難推廣。國外設(shè)備由于技術(shù)以及成本等問題，在國內(nèi)的推廣也面臨諸多困難。

3.2、建議

升級實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施，從而提高定位精度、設(shè)備工作的穩(wěn)定性以及操作的精簡性。

加強各類定向運動賽事中實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的使用，增強影響力。促進市場活性，推動國內(nèi)相關(guān)廠商對于實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)，從而降低成本。

加強學(xué)校或者戶外俱樂部對于實時軌跡跟蹤系統(tǒng)的重要性的認識，宣傳實時軌跡跟蹤系統(tǒng)可對于戶外活動或訓(xùn)練的監(jiān)督的重要性，全方面推廣實時軌跡跟蹤系統(tǒng)，從而促進其發(fā)展。