“准电动计时系统”的构建与运用的研究

刘俊 史小军 武菲

目前，全国部分大、中、小学校以及中小城市田径运动会终点计时还仍然利用秒表人工操作计时，裁判员目测判定名次，这种高误差、低效率的裁判管理工作已远远落后于时代的要求。为了尽快摆脱和解决时间记取和名次判定误差过大所带来的困惑，笔者制作完成的“准电动计时系统”过了多年的设计和改进，使该计时系统在裁判工作水平上了新的台阶，实现了裁判管理工作科学化、规范化。

一、“准电动计时系统”的设计思想

1设计初衷：最初是为了解决学校田径运动会中计时裁判人手不够的问题。基层学校运动会中，一般都是文化类学科老师来做裁判员，而计时裁判组相对其它裁判组来说所需的人员最多，经常出现裁判人手不够的情况，有时一个道次只能安排一名计时裁判。该系统最初的雏形只具备终点摄像功能，但在首次使用过程中也解决了好多棘手的问题和矛盾，师生们对此相当感兴趣，认为这就是“电动计时”了。

2设计中心思想：构建的计时系统不能增加使用单位的经济负担，并且要架设、操作简单，确实有效可行，计时精准度要绝对高于手动计时。

二、“准电动计时系统”的构成

该系统分为：发令端和计时端。发令端由一台笔记本电脑、一套有源音箱、一个LED灯头组成，计时端由两台电脑(其中一台必须配备无线网卡)或两台笔记本电脑、两台摄像器材构成，可用摄像器材包括：摄像机、数码摄像机、数码照相机、高感光摄像头；发令端和计时端由大功率无线路由器联接，无线路由器放置于田径场中央，使无线信号可以覆盖全部田径场。使用的软件为：QQ软件，《鼠标键盘发声器》软件，视频处理软件及自行设计的计时软件。

三、“准电动计时系统”的操作流程

1发令端准备。将有源音箱与电脑联接，LED灯头联接于有源音箱的音源输出端并对向终点计时处，发令端电脑远程控制计时端1号电脑，方法1：使用无线路由器联接网络，用QQ软件中远程协助功能远程控制，发令端电脑打开《鼠标键盘发生器》，设置点击鼠标左键发声，声响为发令枪声；方法2：在没有网络的情况下，使用无线路由器，用Windows自带的远程桌面连接功能实现远程控制，计时端电脑打开《鼠标键盘发生器》，设置点击鼠标左键发声，声响为发令枪声。

2计时端准备。将1号摄像器材联接1号电脑，摄像器材放置于终点延长线上，并将镜头对准终点线固定，打开视频处理软件，进入视频捕获选项，准备捕获视频；将2号摄像器材联接2号电脑，摄像器材放置于终点延长线上，并将镜头对准发令端LED灯头，打开视频处理软件，进入视频捕获选项，并开始捕获视频。

3发令端发令。发令端电脑进入远程控制界面，点击视频捕获确认键，由音箱发出枪响声，同时LED灯头发光。

4计时及成绩判定。发令后迅速调整2号摄像机，将镜头对准终点线。当所有运动员过终点后计时端停止视频捕获，进入视频编辑选项，计时端1号电脑运用计时软件直接分析视频，手动找出各运动员成绩，熟练运用后，在一分钟内能确认8名运动员成绩。如遇计时1号机无法判定两运动员先后名次时，调用2号机视频辅助判定，成绩以1号机为准。

四、“准电动计时系统”的工作原理

“准电动计时系统”包括发令端和计时端(见图1)，发令端替代了传统发令枪，工作时发出声音和灯光信号，并由发令端在发令的同时进行计时开表；计时端将比赛过程记录为视频资料，小组赛结束后以视频资料为依据进行名次、成绩的判定。发令端和计时1号机为直接联系单位，2号机相对独立，所以在计时与判定过程中1号机和2号机互不影响，但又有着互补的关系。

五、“准电动计时系统”的优点

1利用常见器材组建计时系统，做到零投资或少投资。本系统使用的所有器材一般学校都有，即便个别器材没有需重新添置也无需花费太多的经费；而商品电动计时系统相当昂贵，国内一套商品电动计时系统最便宜的要四十多万，国际惯用的OMEGA(欧米迦)、SWATCH(斯沃驰)、SEIKO(精工)等田径电动计时系统要上千万。

2系统架设、使用简单。只要阅读本文“准电动计时系统”的构成和操作流程两部分内容，按所述方法就能将系统架设完毕，并能实际操作运用。在实际使用中，由于有大功率无线路由器的无线信号覆盖，发令端可以在田径场中任意位置摆放，并且可以随意移动。计时端无须移动。

3人员需求少。运用本系统进行裁判工作时需发令员1人、计时员2人，如人员配备紧张，所有工作一人也能完成，而手动计时需要数十倍于本系统的裁判人数。

4计时精度高。该计时系统采用普通摄像机时误差能控制在0.04秒以内，用数码摄像器材时误差能控制在0.034秒以内，在数码摄像器材帧率提高时精度还能相应提高，国际田联公布的手动计时误差为：100m、200m分别为0.24和0.14秒。

(1)手动计时误差分析。手动计时反映了人的高级神经活动过程中伴随着复杂的心理活动的特征，计时员在临场反应的预备期、中心期及效应期的三个心理特征会造成计时的误差。从计时员的职责中我们可以看到计时员工作的繁琐，容不得半点走神。田径比赛期间工作时间长，几乎每个竞赛项目都有多组预赛和决赛，所以裁判员在计时时容易产生疲劳，疲劳的产生也是计时误差变大的主要原因。不管谁手动计时，误差肯定是存在的，误差产生的最主要的因素是人的反应时，人反应时大概在什么一个区域呢?通过对本校师生的实验研究，测得人体反应延时数据见表1。

由表1可以看出：所有人都有反应延时，延时范围主要集中在0.1秒-0.4秒之间。这也只是注意力集中状态时所产生的最短单次反应延时，若长时间工作，则会产生人体反应疲劳，反应时将会延长，计时误差相继也会增大。

(2)手动计时过程中容易出现误差的状况。①计时裁判员有时会在听到枪声时才按下秒表；②运动员冲过终点时过早或过晚按下秒表，③外界环境干扰产生的计时误差；④计时员长时间工作导致疲劳产生计时误差；⑤裁判组不同裁判员不同反映速度造成的计时误差。

5计时公平、公正、公开，透明。对每轮比赛计时开表能做到绝对一致，对所有运动员使用同一起始基准及计时时标，误差只出现在计时判定上(与所使用摄像机的帧率有关，摄像机帧率越高误差越小)，名次判定、成绩记取时能做到公开透明，使用大屏幕将比赛过程中视频的捕获、名次判定、成绩记取过程予以实时公布。

6能做到及时公布成绩、有据可查。由于计算机的介入，使得计时测量过程可以追溯，包括终点图像的回放、定格；随着竞技水平的不断提高，运动员之间的水平差距越来越小，肉眼瞬时动态地判断名次先后越来越困难，出错几率很大，并且由于手工计时的过程无法回溯，投诉的仲裁也非常困难。而“准电动计时系统”可以将动态过程变为静止图像，以便从容判读从而做到绝对的客观公正。

7环保。发令端采用电脑发令，没有常规发令枪产生的空气污染。声音由音箱输出，并且可以在每位运动员身后放置一与音箱连接的喇叭，音量可以调节，无噪音污染。

六、“准电动计时系统”使用注意事项

1摄像机架设在终点延长线上，与终点线处于同一垂直面，但要与终点线在水平面形成夹角，使摄像器材镜头处于俯视状态，以防两名或多名运动员几乎同时撞线时，靠近摄像器材的运动员遮挡远侧运动员。

2视频处理软件中时间表达方式是：00：00：00：00

时：分：秒：帧

不能直接误判为：时：分：秒：百分秒，一定要运用计时软件予以判读。

3视频采集存储磁盘一定要独立，最好使用前格式化，否则会出现丢帧现象。

4一定要等所有运动员撞线后3至5秒再停止视频捕获，否则有可能会导致最后一名或几名运动员的视频影像丢失，造成最后几名运动员成绩无法判定。

5要严格按照《田径竞赛规则》第165条：计时和终点摄像中所规定的要求进行成绩判定。

七、结论

校田径运动会中该系统的投入使用，提升了运动会的品位、档次，减少了教练员、运动员与裁判员争执的发生几率，即便有争执发生也能为仲裁提供有力的仲裁依据，迅速化解矛盾。

笔者在设计本计时系统考虑到使用学校的投资成本，所用器材均为常见器材，涉及的软件除计时软件外均为常见软件，虽然该计时系统与真正意义上的电动计时系统还存有一定的差距，但真正实现了计时系统架设平民化，使用简单化，计量精准化，推广现实化。