田徑計時計分及現場成績處理系統
田徑計時計分及現場成績處理系統
一、 系統概述
計時記分及現場成績處理系統是一個實時性很強、可靠性很高的以計算機技術為核心的電子服務系統，要求在競賽中運用先進、可靠、實用和經濟的網絡技術以及信息技術完成比賽現場成績信息的采集、處理、傳輸與交換，在完成現場各項任務的同時將所有比賽信息及時、準確的向公眾媒體、互聯網絡及各有關系統發布。作為整個競賽系統的組成部分，計時記分及現場成績處理系統的設計成功與否將直接影響到競賽系統的正常運行，因此現場計算機系統的設計具有非常重要的意義。
其中主要包括計時記分設備和現場的成績處理兩個主要的部分。其中計時記分設備主要是進行現場成績的采集，現場成績處理系統主要是負責在競賽過程中處理各種數據。
二、系統設計原則
可靠性：在系統設計上保證系統的應變能力和容錯能力，在硬件系統上選用高可靠性的設備；數據存儲采用磁盤陣列和備份策略；軟件設計上具備很強的容錯能力，具有高可靠性、實時性和容錯能力，不間斷運行至賽會結束。
先進性：在系統設計上，我們采用先進的.net remoting/xml/RDBMS/Web Server/ Client架構開發多層應用系統，使軟件的使用變得簡捷方便；同時系統將是一個開放的系統，維護方便，只需在服務器端添加或修改管理模塊，就可以滿足新的管理需求。
實用性：系統以滿足競賽管理的實際需要為根本，以實時高效為準則，完善的系統配置為用戶提供方便，提高系統的可操作性和可維護性。遵循大會總則和各單項競賽規程，充分滿足競賽的各種要求。
擴展性：在技術上我們選用具有國際開放系統的標準，當現場情況與應用發生變化對系統提出更改要求時，可以輕松地完成系統模塊與功能的更新與擴展。以適應瞬息萬變的賽場需要。
安全性：在安全技術上我們采用數字簽名技術和數據加密技術，實現用戶身份的認證、簽署意見的真實性、項目確認書的合法性；保證數據傳輸的安全可靠。
三、系統設計依據
本設計方案將依據以下資料進行設計：
有關國家（行業）標準、規范
國際各單項體育聯合會（協會）標準、規范
體育場招標文件
四、系統設計方案
1. 總體設計說明
計時記分及現場成績處理系統主要分為兩個部分，一個是計時記分系統，一個是現場成績處理系統。計時記分系統負責成績收集和確定，現場成績處理系統主要是負責數據的編排，收集，排名，打印等。
數據處理的流程主要是計時記分系統提供比賽的結果數據給現場成績處理系統，現場成績處理系統通過接口程序接收到運動員的比賽結果，并根據結果進行排名，并進行晉級等操作。
結構說明如下：
2. 設計方案
(1) 計時記分
體育場的計時記分主要是由田徑比賽用的計時記分設備組成，根據不同的項目決定使用相應的設備。其中每個設備都有各自獨立的安裝位置與項目配合，現場的設備安裝如圖。
I. 競速項目
競速類的主要包括起跑裝置、計時裝置和終點感應和攝像裝置，通過先進的圖像采集系統將運動員的沖線結果以照片的形式拍攝下來，并進行對比。
設備能提供非常精準的計時功能和非常清晰的比賽成績照片，可以方便的進行各種判讀，使比賽更加精確。
II. 測距項目
主要包含測量運動員比賽結果的設備，以田徑比賽為例，主要是跳遠，三級跳，鉛球，鐵餅，鏈球。通過激光測量技術，使得測量出的結果精確有效。精度可以達到2mm-2ppm,測量的時間在3秒以內就可以發送到現場成績處理系統。
III. 輔助設備
主要包括一些成績指示設備和風速測量裝置。
上述各類設備全部與預埋于體育場周邊的專用通訊電纜連接，在比賽進行時通過專用插件連接在一起并且連接于現場成績處理系統，并通過電腦聯網，與整個體育場的成績處理機房相連。
(2) 現場成績處理
體育場計算機設備分布在比賽的各個位置，具體是體育場的計算機主機房，以及各個競賽地點，其中包括檢錄處，成績處理點，數據處理中心，編排記錄組等，同時電視系統及現場顯示屏系統還有若干設備連接到計算機網絡中。所有比賽現場根據設計要求，在每一個具體比賽位置均有計時記分設備與計算機系統相連，現場成績處理機通過網絡接口連入計算機系統網絡中，在數據處理機房、檢錄間、終點計時間、大屏幕控制室及編排記錄組等所有需要架設網絡工作站的位置均通過綜合布線接口連入計算機網絡環境中。系統原理圖如下：
網絡架構圖
I. 系統結構設計
整個系統分賽前、檢錄、現場、統計和輸出各部分實現的功能如下：
A：【賽前信息處理】
提前收集錄入如下靜態信息：
不同類型的運動會項目紀錄，如世界紀錄、亞洲紀錄、全國紀錄等。
參賽運動員姓名、號碼、參賽項目等信息。
根據比賽規則確認賽次、賽程安排。
根據競賽規則自動抽簽產生第一賽次參賽運動員分組、分道信息。
B：【檢錄信息處理】
參賽運動員確認后需進行賽前檢錄，確認后信息通過網絡將最終結果傳送到各比賽現場。
C：【現場成績處理】
實現與計時記分系統的連接（網絡或串口），自動采集成績信息。
根據競賽規則進行成績處理，排定比賽名次，完成進入下一輪（賽次）運動員資格編排。
根據不同需求產生各單項成績公告、成績冊清樣、數據庫文件及文本文件。
D：【統計系統】
依照各競賽項目團體名次、單項名次的排定方法，統計積分，確定名次。統計項目如下：
? 各代表團金、銀、銅牌統計
? 平、破紀錄統計
? 單項獎牌及得分統計
? 運動健將得分統計
E：【信息輸出】
在賽前、賽中和賽后分別向現場顯示屏系統、現場指揮系統、電視系統、電視評論員席、運動會中心機房提供各種類型的信息。其類型如下：
? 運動員出場信息
? 競賽成績
? 破紀錄信息
? 獎牌、名次統計信息
II. 發布賽前信息
計時記分設備技術支持人員或操作人員要通過接收賽組編排信息，在現場比賽開始之前將比賽分組情況輸入計時記分設備。
根據賽次的賽組編排結果，將賽組編排信息通過LED大屏設備進行信息發布，使觀眾了解即將開始的比賽與出場運動員名單以及比賽位置或出場順序。現場評論員可以通過本系統了解賽次與賽程編排信息以及更深入地了解運動員及其它相關或感興趣的信息如現場裁判員等。
同時，現場成績處理模塊將賽組編排的比賽狀態信息置為進行之中狀態，可能通過以賽組編排之進行中狀態為線索來查詢正在進行中的比賽信息。
III. 現場成績記錄
現場成績記錄根據比賽小項的不同以及比賽場館與比賽場地的設備不同，可以分別通過外部通道服務系統來采集接收計時設備現場成績數據、接收計分設備現場成績數據以及人工手動錄入等方式來完成現場成績的記錄。
在計時記分設備發生故障或通訊障礙的情況下，在原有記錄成績被判定無效的情況下，以及其它異常情況發生時，都可以通過人工手動方式來完成現場成績記錄的輸入工作。
在比賽進行過程中計時記分設備將提供直接顯示動態比賽成績至場館或比賽場地的LED大屏顯示設備，同時列出世界紀錄、亞洲紀錄、全國運動會記錄作為參考信息，以充分顯示比賽的激烈程度的緊張氣氛，使現場觀眾更加關注比賽并從中得到精神享受。
同時，現場成績處理模塊也可以接收計時記分設備的動態成績，并播出至現場電視轉播終端、現場評論席終端。在現場成績創造新紀錄時，即在LED大屏顯示設備、電視轉播終端、現場評論終端突出顯示或閃爍顯示所創造的新紀錄。
IV. 發布現場比賽成績結果
現場比賽成績經打印通過現場裁判長簽字確認后，即可以進行排名排序處理，并通過外部通道服務系統向LED大屏顯示設備、現場電視轉播終端、現場評論終端、賽場廣播終端發布現場比賽成績結果。同時通過比賽場館資料服務中心中轉將比賽成績結果發送包括創新紀錄成績結果以及其它相關信息至數據處理中心，以供綜合成績處理、公眾網上查詢以及其它綜合信息利用需要。
V. 賽次成績處理
本系統支持同一個賽次在不同的比賽場館、比賽場地進行。因此現場成績需要通過上傳并為數據處理中心所接收，對參加比賽的運動員/運動員集體/運動隊進行根據同一賽次在不同分組中的比賽成績進行排名與排序。以得出特定賽次的比賽成績的排名與排序結果。為同一個項目的下一個賽次的編排與賽次分組編排提供依據，或為最終確定特定比賽小項的成績名稱與排序提供依據。
如果一個比賽小項自始至終均在同一比賽場館進行，考慮運作效率，對于賽次成績處理可以同現場計算機操作員在比賽場館數據處理中心進行，并將結果通過內部公共服務系統提供的上傳下載通道服務將賽次成績處理結果傳遞至數據處理中心。
賽次成績處理根據不同的比賽小項的特性可以通過場館系統傳送并發布到LED大顯示設備、廣播終端、評論席終端以及現場電視轉播終端所主動查詢獲取。
VI. 現場成績與單項名次處理
在特定比賽小項的全部賽次比賽結束后，成績處理模塊將根據運動小項的競賽規則，依據現場成績結果調用算法庫對特定的比賽小項的最終成績進行處理，并得出特定的比賽小項的最終成績與排名排序。
比賽小項最終成績處理結束后，現場成績處理模塊將相應的信息通過外部通道服務系統發布至不同終端以及提供網上查詢。
3. 系統產品說明
3. 1產品概述
田徑比賽是綜合運動會中項目最多、參加人數最多、場地大、設備多，設備分布點變化大的項目，由于這些原因，為保證比賽的順利進行，我司選用由原國家體育總局直屬科研所昆明體育電子科研所研制的符合國際標準的現代化比賽所需的全套田徑計時記分系統，電子計時記分系統作為田徑比賽進行的一個重要環節涉及與多個外部系統的聯接，在場地建設上要為該系統預留專用的管線、電纜井，在內外場地建造專用的控制室和攝影設施。從多方面保證計時記分系統工作穩定、可靠、準確、迅速，這個系統工作狀態的好壞將直接關系到比賽效果。
3. 2系統的組成
田徑計時記分系統分徑賽設備和田賽設備和成績公告顯示屏三部份，其中
徑賽設備組成：
A、網絡化終點攝像計時及判讀系統
B、徑賽實時計時器
C、計圈器
D、超聲波風速測量系統
E、搶跑監測系統
田賽設備組成：
A、激光測距儀
B、田賽成績公告牌
C、延時計時器組成
D、超聲波風速測量系統
系統框圖如下圖所示：
下面分別介紹。
A．網絡化終點攝像計時及判讀系統----徑賽設備
1．系統簡介
3CCD攝像終點計時及判讀系統是國際上最新型的終點電動計時系統，它應用了先進的CCD（或CMOS）攝像技術、現代嵌入技術、網絡技術、數據圖像壓縮處理技術、光學成像等光機電一系列高新技術，可應用于體育競賽競時項目，是國際國內體育大賽必不可少的計時設備，該系統能迅速準確、實時地判斷出運動員沖刺終點線的先后名次并讀出成績，保證體育競賽的公平、合理。
該系統具有計時精度高、操作簡便、判讀速度快、成本低廉等優點，可打印成績單、打印圖像及發送成績。符合國際競賽規則關于徑賽終點全自動計時設備的要求。適合于各種級別的田徑、自行車、賽馬、賽艇、皮劃艇、速滑等終點計時競賽項目。
2．系統組成
全套系統由專用網絡化終點攝像頭、發令傳感裝置、計時控制及成績判讀機、激光打印機、可擦寫光驅、UPS 電源組成基本計時系統,如圖。
3. 系統原理
利用3CCD攝像器件采集運動員沖刺終點線瞬間的窄縫圖像（全彩色圖像），由專用網絡終點攝像頭內的控制電路對該圖像進行數字化處理并與對應時間疊加，形成運動員沖刺終點瞬間的連續窄縫數字圖像，存入動態存儲器中，通過網絡接口與計時控制及成績判讀機相連，并將圖像和時間數據高速傳輸到計時控制及成績判讀機，該機將圖像數據重建在顯示器上顯示，裁判通過移動垂直時標線到運動物體的某一特定部位（按競賽規則規定），按一下鼠標鍵確認后，就自動讀出成績，成績自動排序，并打印成績表，發送成績。每項比賽完畢，圖像和時間數據及判讀成績可存入硬盤中，長期保存。
4、系統功能
- 由聲轉換成電訊號，經電纜傳輸自動啟動計時（延時小于1/1000 秒），當運動員通過終點線時被專用網絡化終點攝像頭攝入圖像，再經過處理組成帶時標的圖像，組成起點、終點無人為因素的客觀、公正的全自動計時。
- 數據圖像硬盤或光盤存儲。
- 計時控制及成績判讀機可作圖像放大、偽彩色變換、邊緣提取等圖像處理。
- 判讀出成績由激光打印機直接打印輸出，經USB接口可傳到競賽網絡計算機，從而將成績傳到顯示牌、 成績編排等處。
- 被記錄的圖像和處理后的圖像可由激光打印機打印。
成績判讀軟件及主機
5、主要技術參數
3CCD進口工業級彩色高速攝像機
RGB分光棱鏡
千兆網口圖像數據輸出
像素列寬4K
計時時鐘準確度＜2×10-7，穩定度＜２ｘ10-7
窄縫采樣間隔：最高1／14000秒
可判精度：最高1／5000秒
采集終線圖像窄縫寬度：14ｕｍ
圖像:灰度等級：256級
終點線光照度：≥2200Ｌｘ
終點設備在交流電瞬間停電時，ＵＰＳ備用電源可在15分鐘內不丟數據
終點設備交流220Ｖ±10％供電，功耗1200瓦，發令裝置由9Ｖ電池供電
工作溫度：-5℃－35℃
B．徑賽實時計時器----徑賽設備
1．簡介
本設備能直觀地在競賽中給運動員和觀眾提供從發令計時的實時進行情況，屬完整的半自動計時設備。徑賽實時計時器不僅能與全自動終點攝像計時配合使用（配有相互接口），在一些競時項目更換終點傳感方式后就是符合規則的正式計時裝置，如自行車、滑雪、滑冰等。此外還可用于徑賽的訓練等，它是多用途計時設備。
2、組成
徑賽實時計時器由計時控制計算機、打印機、紅外光電攔切裝置，7位7段超高亮度LED顯示牌組成，計時控制計算機能自動接收來自發令傳感器的訊號啟動計時器工作，接收來自運動物體經過終點瞬時的光電攔切信號，自動停止計時；同時輸出一路控制設在場內的時間公告牌，另一路可輸出到實時時間視頻疊加為電視提供滾動時間視頻信號。成績可由打印機打印。
3．主要技術參數
室外高亮度LED數碼計時牌
時鐘LED8字:寬128MM高256MM
亮度0-255灰度級可調
數碼LED8字顏色：紅色標配，藍色、黃色、琥珀色可選
數碼LED8字數位：7位
支持時間顯示：0.0--9:59:59:99
通訊方式:RS485
傳輸距離:1200米
控制方式:有線
連接方式:4*0.75平方電纜,航空插頭
供電電壓：12V
功率：100W
防水等級：IP65
C．計圈器----徑賽設備
供徑賽長距離比賽中記錄運動員所跑圈數，三面顯示方便觀眾和運動員觀看。改變圈數用控制器人工鍵入。自帶銅質搖鈴。
技術指標如下：
室外高亮度LED數碼記圈器
時鐘LED8字:寬128MM高256MM
亮度0-255灰度級可調
數碼LED8字顏色：紅色標配，藍色、黃色、琥珀色可選
數碼LED8字數位：2位
顯示方向：3面（360度）
支持時間顯示：00—99
控制器可供人工鍵入用
配有腳輪便于移動
供電電壓：12V
功率：100W
防水等級：IP65
D、超聲波風速測量系統----徑賽設備
用于比賽中運動員跑運過程中風速的測量，360度風向測量，支持各個角度的取正、取負。風速分辨率0.1米/秒，最大支持9.99米/秒。它包括360度超聲波風速儀、三面LED室外高亮風速顯示屏、多功能風速測量控制器及風速測量控制手柄。
風速儀主要技術參數：
風速
測量范圍 0 to 40m/s
分辨率 0.01m/s
閥值 0.01m/s
精度 ±1%±0.05m/s (0 to 30m/s)
±3% (30 to 40m/s)
風向
測量范圍 0 to 360°
仰角范圍 ±60°
分辨率 0.1°
精度 ±2°(1 to 30m/s)
±5°(30 to 40m/s)
串行輸出
串行輸出 RS-232 or RS-485
波特率：1200 to 38400
刷新率：4to 32 Hz (用戶可選擇)
360度超聲波風速儀
E、搶跑監測系統----徑賽設備
通過帶電子傳感器的塑膠跑道專用起跑器，檢測運動員的起跑反應時間，并根據競賽規則規定，判定是否有運動員起跑犯規。該設備由電子監測起跑器、100米起端監跑及擴聲設備、200米起端監跑及擴聲設備、400米起端監跑及擴聲設備組成。支持報警聲耳機輸出。
主要技術參數：
支持10跑道數據采集
計時時鐘準確度＜2×10-7，穩定度＜２ｘ10-7
延時誤差：小于1/1000秒
壓力測量：0-150KG
分辨率：0.6KG
支持擴聲設備
支持耳機聲音輸出
支持成績打印
A、激光測距儀----田賽設備
激光測距儀該儀器利用激光測量原理，測量跳遠、標槍、鉛球、鏈球田賽項目運動員的成績，并將成績傳給田賽管理計算機，從而實現成績的處理和公告。
主要技術參數：
全中文顯示，操作簡單方便
數字/字母鍵輸入，野外輸入更加方便
豐富的應用測量程序，如道路測設軟件、對邊測量、懸高測量、面積計算、偏心測量、新點設置、坐標測量、坐標放樣等等，極大地方便了工程應用
超大容量內存，數據管理方便簡捷
坐標：24000已知點
數據采集點：24000觀測點
裝備長效電池，作業時間長達10小時
特別耐用，防水防塵等級達IP54級
測角精度：±2”/5”，絕對法測角，無需過零檢驗
測距精度：±（2mm+2ppm*D）
測程：2km/單棱鏡
高速測距：精測1.2秒，粗測0.7秒，跟蹤0.4秒
B、田賽成績公告牌----田賽設備
田賽成績公告牌是用LED顯示器件，顯示運動員號碼、次數、成績及成功或失敗信息。它由專用田賽成績公告牌控制器控制，也可由聯網微機控制并可旋轉。
顯示牌主要技術參數：
運動員號碼顯示四位：
0000-9999
次數顯示一位：0-9
成績顯示四位：0.00-99.99
顯示牌向左或向右旋轉90度，自動回位
室外雙基本LED顯示屏
I3 4G 500G RS485接口
顯示屏像素：1580MM*960MM
點間距：10MM
顯示顏色：紅綠黃
顏色灰度級：256
C．延時計時器----田賽設備
該設備供田賽使用，根據國際田徑競賽規定，當運動員準備完畢后，必須在規定的時間內完成動作，該機就是為完成此功能給裁判和運動員提供依據，同時也使觀眾和運動員本身了解時間進行情況。
1、技術參數：
由單片機控制。
支持0-9.99秒計時及顯示
支持亮度調節
支持測量/復位功能
支持聲光提示
防水等級：IP65
牌面鐘由分、十秒、秒遞減顯示。
最大計時9分50秒，根據規則和實際進行情況，由撥碼盤任意選擇計時數。
電壓：交流220V±10V整機耗電220W。
D、超聲波風速測量系統----田賽設備
用于比賽中過程中風速的測量，360度風向測量，支持各個角度的取正、取負。風速分辨率0.1米/秒，最大支持9.99米/秒。它包括360度超聲波風速儀、三面LED室外高亮風速顯示屏、多功能風速測量控制器及風速測量控制手柄。
風速儀主要技術參數：
風速
測量范圍 0 to 40m/s
分辨率 0.01m/s
閥值 0.01m/s
精度 ±1%±0.05m/s (0 to 30m/s)
±3% (30 to 40m/s)
風向
測量范圍 0 to 360°
仰角范圍 ±60°
分辨率 0.1°
精度 ±2°(1 to 30m/s)
±5°(30 to 40m/s)
串行輸出
串行輸出 RS-232 or RS-485
波特率：1200 to 38400
刷新率：4to 32 Hz (用戶可選擇)
