“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的構(gòu)建與運(yùn)用的研究

劉俊 史小軍 武菲

目前，全國部分大、中、小學(xué)校以及中小城市田徑運(yùn)動會終點(diǎn)計(jì)時(shí)還仍然利用秒表人工操作計(jì)時(shí)，裁判員目測判定名次，這種高誤差、低效率的裁判管理工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代的要求。為了盡快擺脫和解決時(shí)間記取和名次判定誤差過大所帶來的困惑，筆者制作完成的“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”過了多年的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使該計(jì)時(shí)系統(tǒng)在裁判工作水平上了新的臺階，實(shí)現(xiàn)了裁判管理工作科學(xué)化、規(guī)范化。

一、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想

1設(shè)計(jì)初衷：最初是為了解決學(xué)校田徑運(yùn)動會中計(jì)時(shí)裁判人手不夠的問題?；鶎訉W(xué)校運(yùn)動會中，一般都是文化類學(xué)科老師來做裁判員，而計(jì)時(shí)裁判組相對其它裁判組來說所需的人員最多，經(jīng)常出現(xiàn)裁判人手不夠的情況，有時(shí)一個(gè)道次只能安排一名計(jì)時(shí)裁判。該系統(tǒng)最初的雛形只具備終點(diǎn)攝像功能，但在首次使用過程中也解決了好多棘手的問題和矛盾，師生們對此相當(dāng)感興趣，認(rèn)為這就是“電動計(jì)時(shí)”了。

2設(shè)計(jì)中心思想：構(gòu)建的計(jì)時(shí)系統(tǒng)不能增加使用單位的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并且要架設(shè)、操作簡單，確實(shí)有效可行，計(jì)時(shí)精準(zhǔn)度要絕對高于手動計(jì)時(shí)。

二、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的構(gòu)成

該系統(tǒng)分為：發(fā)令端和計(jì)時(shí)端。發(fā)令端由一臺筆記本電腦、一套有源音箱、一個(gè)LED燈頭組成，計(jì)時(shí)端由兩臺電腦(其中一臺必須配備無線網(wǎng)卡)或兩臺筆記本電腦、兩臺攝像器材構(gòu)成，可用攝像器材包括：攝像機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、高感光攝像頭；發(fā)令端和計(jì)時(shí)端由大功率無線路由器聯(lián)接，無線路由器放置于田徑場中央，使無線信號可以覆蓋全部田徑場。使用的軟件為：QQ軟件，《鼠標(biāo)鍵盤發(fā)聲器》軟件，視頻處理軟件及自行設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)軟件。

三、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的操作流程

1發(fā)令端準(zhǔn)備。將有源音箱與電腦聯(lián)接，LED燈頭聯(lián)接于有源音箱的音源輸出端并對向終點(diǎn)計(jì)時(shí)處，發(fā)令端電腦遠(yuǎn)程控制計(jì)時(shí)端1號電腦，方法1：使用無線路由器聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)，用QQ軟件中遠(yuǎn)程協(xié)助功能遠(yuǎn)程控制，發(fā)令端電腦打開《鼠標(biāo)鍵盤發(fā)生器》，設(shè)置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵發(fā)聲，聲響為發(fā)令槍聲；方法2：在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，使用無線路由器，用Windows自帶的遠(yuǎn)程桌面連接功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，計(jì)時(shí)端電腦打開《鼠標(biāo)鍵盤發(fā)生器》，設(shè)置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵發(fā)聲，聲響為發(fā)令槍聲。

2計(jì)時(shí)端準(zhǔn)備。將1號攝像器材聯(lián)接1號電腦，攝像器材放置于終點(diǎn)延長線上，并將鏡頭對準(zhǔn)終點(diǎn)線固定，打開視頻處理軟件，進(jìn)入視頻捕獲選項(xiàng)，準(zhǔn)備捕獲視頻；將2號攝像器材聯(lián)接2號電腦，攝像器材放置于終點(diǎn)延長線上，并將鏡頭對準(zhǔn)發(fā)令端LED燈頭，打開視頻處理軟件，進(jìn)入視頻捕獲選項(xiàng)，并開始捕獲視頻。

3發(fā)令端發(fā)令。發(fā)令端電腦進(jìn)入遠(yuǎn)程控制界面，點(diǎn)擊視頻捕獲確認(rèn)鍵，由音箱發(fā)出槍響聲，同時(shí)LED燈頭發(fā)光。

4計(jì)時(shí)及成績判定。發(fā)令后迅速調(diào)整2號攝像機(jī)，將鏡頭對準(zhǔn)終點(diǎn)線。當(dāng)所有運(yùn)動員過終點(diǎn)后計(jì)時(shí)端停止視頻捕獲，進(jìn)入視頻編輯選項(xiàng)，計(jì)時(shí)端1號電腦運(yùn)用計(jì)時(shí)軟件直接分析視頻，手動找出各運(yùn)動員成績，熟練運(yùn)用后，在一分鐘內(nèi)能確認(rèn)8名運(yùn)動員成績。如遇計(jì)時(shí)1號機(jī)無法判定兩運(yùn)動員先后名次時(shí)，調(diào)用2號機(jī)視頻輔助判定，成績以1號機(jī)為準(zhǔn)。

四、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的工作原理

“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”包括發(fā)令端和計(jì)時(shí)端(見圖1)，發(fā)令端替代了傳統(tǒng)發(fā)令槍，工作時(shí)發(fā)出聲音和燈光信號，并由發(fā)令端在發(fā)令的同時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)開表；計(jì)時(shí)端將比賽過程記錄為視頻資料，小組賽結(jié)束后以視頻資料為依據(jù)進(jìn)行名次、成績的判定。發(fā)令端和計(jì)時(shí)1號機(jī)為直接聯(lián)系單位，2號機(jī)相對獨(dú)立，所以在計(jì)時(shí)與判定過程中1號機(jī)和2號機(jī)互不影響，但又有著互補(bǔ)的關(guān)系。

五、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的優(yōu)點(diǎn)

1利用常見器材組建計(jì)時(shí)系統(tǒng)，做到零投資或少投資。本系統(tǒng)使用的所有器材一般學(xué)校都有，即便個(gè)別器材沒有需重新添置也無需花費(fèi)太多的經(jīng)費(fèi)；而商品電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)相當(dāng)昂貴，國內(nèi)一套商品電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)最便宜的要四十多萬，國際慣用的OMEGA(歐米迦)、SWATCH(斯沃馳)、SEIKO(精工)等田徑電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)要上千萬。

2系統(tǒng)架設(shè)、使用簡單。只要閱讀本文“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”的構(gòu)成和操作流程兩部分內(nèi)容，按所述方法就能將系統(tǒng)架設(shè)完畢，并能實(shí)際操作運(yùn)用。在實(shí)際使用中，由于有大功率無線路由器的無線信號覆蓋，發(fā)令端可以在田徑場中任意位置擺放，并且可以隨意移動。計(jì)時(shí)端無須移動。

3人員需求少。運(yùn)用本系統(tǒng)進(jìn)行裁判工作時(shí)需發(fā)令員1人、計(jì)時(shí)員2人，如人員配備緊張，所有工作一人也能完成，而手動計(jì)時(shí)需要數(shù)十倍于本系統(tǒng)的裁判人數(shù)。

4計(jì)時(shí)精度高。該計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用普通攝像機(jī)時(shí)誤差能控制在0.04秒以內(nèi)，用數(shù)碼攝像器材時(shí)誤差能控制在0.034秒以內(nèi)，在數(shù)碼攝像器材幀率提高時(shí)精度還能相應(yīng)提高，國際田聯(lián)公布的手動計(jì)時(shí)誤差為：100m、200m分別為0.24和0.14秒。

(1)手動計(jì)時(shí)誤差分析。手動計(jì)時(shí)反映了人的高級神經(jīng)活動過程中伴隨著復(fù)雜的心理活動的特征，計(jì)時(shí)員在臨場反應(yīng)的預(yù)備期、中心期及效應(yīng)期的三個(gè)心理特征會造成計(jì)時(shí)的誤差。從計(jì)時(shí)員的職責(zé)中我們可以看到計(jì)時(shí)員工作的繁瑣，容不得半點(diǎn)走神。田徑比賽期間工作時(shí)間長，幾乎每個(gè)競賽項(xiàng)目都有多組預(yù)賽和決賽，所以裁判員在計(jì)時(shí)時(shí)容易產(chǎn)生疲勞，疲勞的產(chǎn)生也是計(jì)時(shí)誤差變大的主要原因。不管誰手動計(jì)時(shí)，誤差肯定是存在的，誤差產(chǎn)生的最主要的因素是人的反應(yīng)時(shí)，人反應(yīng)時(shí)大概在什么一個(gè)區(qū)域呢?通過對本校師生的實(shí)驗(yàn)研究，測得人體反應(yīng)延時(shí)數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看出：所有人都有反應(yīng)延時(shí)，延時(shí)范圍主要集中在0.1秒-0.4秒之間。這也只是注意力集中狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的最短單次反應(yīng)延時(shí)，若長時(shí)間工作，則會產(chǎn)生人體反應(yīng)疲勞，反應(yīng)時(shí)將會延長，計(jì)時(shí)誤差相繼也會增大。

(2)手動計(jì)時(shí)過程中容易出現(xiàn)誤差的狀況。①計(jì)時(shí)裁判員有時(shí)會在聽到槍聲時(shí)才按下秒表；②運(yùn)動員沖過終點(diǎn)時(shí)過早或過晚按下秒表，③外界環(huán)境干擾產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差；④計(jì)時(shí)員長時(shí)間工作導(dǎo)致疲勞產(chǎn)生計(jì)時(shí)誤差；⑤裁判組不同裁判員不同反映速度造成的計(jì)時(shí)誤差。

5計(jì)時(shí)公平、公正、公開，透明。對每輪比賽計(jì)時(shí)開表能做到絕對一致，對所有運(yùn)動員使用同一起始基準(zhǔn)及計(jì)時(shí)時(shí)標(biāo)，誤差只出現(xiàn)在計(jì)時(shí)判定上(與所使用攝像機(jī)的幀率有關(guān)，攝像機(jī)幀率越高誤差越小)，名次判定、成績記取時(shí)能做到公開透明，使用大屏幕將比賽過程中視頻的捕獲、名次判定、成績記取過程予以實(shí)時(shí)公布。

6能做到及時(shí)公布成績、有據(jù)可查。由于計(jì)算機(jī)的介入，使得計(jì)時(shí)測量過程可以追溯，包括終點(diǎn)圖像的回放、定格；隨著競技水平的不斷提高，運(yùn)動員之間的水平差距越來越小，肉眼瞬時(shí)動態(tài)地判斷名次先后越來越困難，出錯(cuò)幾率很大，并且由于手工計(jì)時(shí)的過程無法回溯，投訴的仲裁也非常困難。而“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”可以將動態(tài)過程變?yōu)殪o止圖像，以便從容判讀從而做到絕對的客觀公正。

7環(huán)保。發(fā)令端采用電腦發(fā)令，沒有常規(guī)發(fā)令槍產(chǎn)生的空氣污染。聲音由音箱輸出，并且可以在每位運(yùn)動員身后放置一與音箱連接的喇叭，音量可以調(diào)節(jié)，無噪音污染。

六、“準(zhǔn)電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)”使用注意事項(xiàng)

1攝像機(jī)架設(shè)在終點(diǎn)延長線上，與終點(diǎn)線處于同一垂直面，但要與終點(diǎn)線在水平面形成夾角，使攝像器材鏡頭處于俯視狀態(tài)，以防兩名或多名運(yùn)動員幾乎同時(shí)撞線時(shí)，靠近攝像器材的運(yùn)動員遮擋遠(yuǎn)側(cè)運(yùn)動員。

2視頻處理軟件中時(shí)間表達(dá)方式是：00：00：00：00

時(shí)：分：秒：幀

不能直接誤判為：時(shí)：分：秒：百分秒，一定要運(yùn)用計(jì)時(shí)軟件予以判讀。

3視頻采集存儲磁盤一定要獨(dú)立，最好使用前格式化，否則會出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象。

4一定要等所有運(yùn)動員撞線后3至5秒再停止視頻捕獲，否則有可能會導(dǎo)致最后一名或幾名運(yùn)動員的視頻影像丟失，造成最后幾名運(yùn)動員成績無法判定。

5要嚴(yán)格按照《田徑競賽規(guī)則》第165條：計(jì)時(shí)和終點(diǎn)攝像中所規(guī)定的要求進(jìn)行成績判定。

七、結(jié)論

校田徑運(yùn)動會中該系統(tǒng)的投入使用，提升了運(yùn)動會的品位、檔次，減少了教練員、運(yùn)動員與裁判員爭執(zhí)的發(fā)生幾率，即便有爭執(zhí)發(fā)生也能為仲裁提供有力的仲裁依據(jù)，迅速化解矛盾。

筆者在設(shè)計(jì)本計(jì)時(shí)系統(tǒng)考慮到使用學(xué)校的投資成本，所用器材均為常見器材，涉及的軟件除計(jì)時(shí)軟件外均為常見軟件，雖然該計(jì)時(shí)系統(tǒng)與真正意義上的電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)還存有一定的差距，但真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)系統(tǒng)架設(shè)平民化，使用簡單化，計(jì)量精準(zhǔn)化，推廣現(xiàn)實(shí)化。