体育比赛场地“智能边线”开发运用研究

宋清华

(河南理工大学 体育学院，河南 焦作 454000)

体育比赛场地“智能边线”开发运用研究

宋清华

(河南理工大学 体育学院，河南 焦作 454000)

通过对“鹰眼”开发现状的介绍，对体育比赛场地“智能边线”研究的价值做了简单分析，同时对“智能边线”研究的方向做了进一步构想和研究设计介绍，阐述了“智能比赛场地边线”开发和运用的重要性和可行性。

体育场地；边线；研究

1 前言

研制一套造价低廉、使用方便，适合我国国情的体育比赛场地“智能边线”来辅助裁判员的判决，尽可能减少人为因素造成的误判是很有必要的。

2 “智能边线”的意义

现代网球比赛中，击球力量大，网球的运动速度快，落点刁钻，尤其是当网球落在边界附近时，人眼很难准确判断，这就给裁判的判决增加了难度，容易出现错判或漏判。为保证网球比赛的公正进行，研究“智能边线”有着十分重要的意义。现在电子边线系统的作用已得到国际普遍认可，正形成新的研发趋势。

3 “智能边线”研究方案构想与实施

本课题的研究，主要是从以往传统的非智能化场地边线着手进行改革，把材料化学或电工电子等科技手段运用到比赛场地边线的研究上来，从而研制出一套“智能化感应比赛场地边线”的构划、设计方法。在体育比赛过程中，裁判员可以通过“智能化感应比赛场地边线”的客观提示，从而对是否触线的模棱两可的边线球作出准确、迅速的判罚。

3.1“智能边线”——化学反应法

对化学材料进行实践和研究，通过对某些成分的加工和处理，将其融入到现有的油漆中或直接研制出某种颜料，然后运用这种特殊的油漆或颜料去画比赛场地的边线。这种特殊的油漆或颜料具备如下条件：球一旦触线后，线与球接触的地方颜色消失或变化，边线接触部位出现缺口或特殊颜色标示等。

3.2“智能边线”——电子感应法

把电工电子技术运用到场地边线上，通过对场地边线加装感应装置来完成边线的自动感应智能功能。这种场地边线将具有如下功能：在比赛进行的过程中，球一旦触线，边线电子感应系统迅速报警，比如：边线闪光或某个装置发出声音等。

在切实满足“电子边裁”要求的前提下，根据我研发团队的前期成果和实际研究状况，提出光导无线智能边裁系统。目前，我们进行了产品开发初级阶段的准备工作，正处于相关系统的实验和调试阶段。

4 “智能边线”研究的内容、目标和系统组成设计

4.1“智能边线”研究内容

本课题研究系统充分完善了“压迫感应系统”不能解决的问题，同时弥补了“鹰眼系统”造价过高带来的经费负担问题的不足。

我研发团队在对光导无线智能边裁系统进行设计时，紧跟体育“电子边裁”系统(现行主要有阿迪达斯“芯片足球”、英国产的“鹰眼”和加拿大产的自动裁判系统)国际发展的潮流，参照国际足球协会第121届大会关于使用“电子边裁”的一系列规则(大会制定的使用“电子边裁”的原则是：“电子边裁”技术只适用于出界判罚；“电子边裁”技术必须百分之百精确；对于球是否出界的电子显示报告必须马上提交执法裁判，报告内容只有裁判有权知晓，同时使用“电子边裁”的决议需要四分之三多数支持才能通过)，在切实满足“电子边裁”要求的前提下，根据我研发团队的前期成果和实际研究状况，提出我们认为比较可行的光导无线智能边裁系统。

4.2“智能边线”研究目标

通过研究和实践，首先把此项技术运用于网球竞赛场地的设置中。然后通过不断的研究和改进来完善这项技术，进而解决其它项目比赛场地边线的智能化问题，通过不断完善和开发智能化的比赛场地，来激励社会各界摒弃传统思想的束缚，关注体育比赛场地设置的不断创新和开发。

4.3“智能边线”系统组成设计

为了确保系统的准确性，该系统由一个主干系统和三个辅助系统组成。

4.3.1主干智能边裁系统——光纤光栅压力传感器系统

在外界应力的作用下，光纤光栅的轴向应变和折射率变化造成光栅Bragg反射波长移动,通过测量波长变化可以得出外界应力的变化情况。

光纤光栅压力传感器的传感头，在设计上应当结合光导无线智能边裁系统中对球实时追踪这一特点，及时将球到达所产生的压力通过光纤光栅Bragg中心波长的变化体现出来。

考虑到球撞击过后，传感头应当恢复初始状态，因此本传感头的主体为弹性材料，其底端固定于封装体底部，上端为自由端，承载外界压力。外界施加的压力通过弹性材料的传动导致光纤光栅长度、曲率发生变化，光栅受到张力的作用，中心波长向长波长移动，由此可定性分析施加外力的有无、持续时间等。

4.3.2辅助智能边裁系统1——泄露电缆系统

泄漏电缆智能边裁探测器采用多普勒原理，由探测主机的发射单元产生高频能量输入发送用的泄漏电缆中，并在电缆中传输。当能量沿电缆传送时，部分的能量通过埋入地下的泄漏电缆的漏缝泄入空间，在被智能边裁空间范围内建立一个无形的电磁射频探测场，其中一部分的能量被安装在附近的接收用的泄漏电缆接收，形成收发能量直接耦合。当球或其他物体进入两根电缆形成的感应区内时，这部分电磁能量受到扰动，引起接收信号的变化，这个变化的信号经过放大处理后被检测出来，系统就会产生报警。

泄漏电缆的组成：由探测主机和两根泄漏电缆组成。其中探测主机由电源单元、发射单元、接受单元、信号处理单元和检测单元组成。泄漏电缆由两根泄漏电缆和与其连接的两根非泄漏电缆组成，其长度根据探测主机安装位置与安装在智能边裁区的泄漏电缆始端位置的距离而定。

4.3.3辅助智能边裁系统2——应力式振动电缆系统

应力式振动电缆应被固定在智能边裁线的保护屏障上，任何球或其他物体撞击屏障的感应范围，都会在应力式振动电缆上产生力学应力。这个力学应力会被转成电信号，其频率、幅度、尖峰时序等信号参数由系统的控制器来进行处理，确保信号来源是否有入侵的企图。不同压力通过传感电缆探测后，得到的信号的幅值、频率、时序等特征不同，由环境引起的干扰信号及其它可能生产误报的信号不同于人的入侵信号，所以引起误报的可能性很小。

4.3.4辅助智能边裁系统3——薄膜电阻应变式压力传感器系统

薄膜电阻应变式压力传感器是用高电阻率的细金属丝绕成。当将电阻应变式压力传感器用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得应力、变形、扭矩等机械参数。其中采用真空镀膜技术在弹性基片上蒸镀一层约300nm金属栅材料的薄膜，用半导体光刻技术，在弹性基片上直接形成电阻敏感栅，最后利用耐高温、耐酸碱腐蚀的环氧树脂粘结剂，将制作好的芯片封装在工件中，组成压力传感器探头。金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。

5 小结

1)可以首先研制出比赛场地微缩模型，在模型上进行相关实验和数据统计，论证设计方案、资料的可行性，进而推进在正规比赛场地上试用与验证。

2)尽量减少体育比赛的不公因素，使裁判的判罚由主观变客观，提高比赛的客观公正性。

3)场地建设费用相对“鹰眼”(电子眼)较低，不及鹰眼系统造价的1/10，充分提高系统的实施性：本系统便于安装、拆卸和维护，利于操作和推广，更适合在基层大型比赛中运用。

4)球类比赛场地“智能边线”的出现，将通过声音、闪光、颜色变化等报警方式，对球落地的瞬间是否触线做出及时反应，可以帮助裁判员及时作出准确的判罚。这将是球类比赛场地边线设置的革新，将为体育事业和社会公益事业做出相应的积极贡献，也将为其它体育智能场地的研究和开发提供相关参考。

[1] 史勇.“鹰眼”现身误判难存[EB/OL].http://news.sina.com.cn/o/10218609444s.html．，2006-04-04.

[2] 邱治.裁判误判,小威愤怒出局:“比赛就像阴谋”[EB/OL].ht-tp://www.ycwb.com /gb/coment/content-757938.htm.2004-09-09.

[3] 霍方.“鹰眼——即时回放系统”在网球比赛中的应用[J].体育科技文献通报，2007,15(9):11-12.

[4] 李建设,童莹娟,裘琴儿，等.浙江省体育用品制造业调查报告[J].体育科学，2004,24(9):16-18.

[5] 林祖明.体育产业与体育事业关系论析[J].北京体育大学学报，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

宋清华(1976-)，男，河南周口人，硕士，讲师，研究方向：社会体育学。

G818.1

A

1672-1365(2010)03-0097-02