北斗定位通信技術(shù)在定向運動中的應(yīng)用研究

侯智斌+呂曹芳+宗軍君+白國鋒

摘 要： 隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步完善，北斗定位通信技術(shù)在定向運動中得到充足應(yīng)用，有效幫助教練員實現(xiàn)了對訓(xùn)練過程的實時監(jiān)視、控制、指揮與安全預(yù)警，解決了訓(xùn)練過程中“又聾又啞”的尷尬問題，彌補了定向運動“只看結(jié)果、不計過程”的盲目訓(xùn)練方法的不足，為定向運動隊進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)、制定訓(xùn)練計劃、針對性指導(dǎo)各項技能訓(xùn)練奠定了堅實基礎(chǔ)；切實提高訓(xùn)練質(zhì)量，防止傷亡等突發(fā)事件的發(fā)生，不斷增加定向運動的安全性、科學(xué)性和實踐性。

關(guān)鍵詞： 北斗定位； 北斗通信； 定向運動； 安全預(yù)警

中圖分類號： TN927+.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）21?0038?03

Application of BD positioning and data communication technology in orienteering

HOU Zhi?bin， L? Cao?fang， ZONG Jun?jun， BAI Guo?feng

（Army Officer Academy of PLA， Hefei 230031， China）

Abstract： With the gradual perfection of Compass Navigation Satellite System， BD positioning and data communication technology has been fully used in orienteering， which effectively helped coaches to achieve real?time monitoring， training process control， command and safety warning， solved “deaf and dumb” embarrassment in the training process， and made up the deficiency of blind training orientation （just looking at the results of motion， regardless of the movement process）. The technology laid a solid foundation for performing the scientific training， making the training programs， guiding the skill training for the orienteering team. With the technology， the training quality was improved， the casualties and other emergencies were avoided， and the directional movement security and scientificity were enhanced.

Keywords： BD positioning technology； BD data communication； orienteering； safety warning

定向運動不僅能全面檢驗運動員識圖用圖能力，提高運動員心智技能，升華運動員身心素質(zhì)，強化運動員體能訓(xùn)練，而且還能培養(yǎng)運動員團(tuán)結(jié)合作、獨立思考、迅速反應(yīng)、果斷決策、正確分析問題和解決問題的綜合能力，是檢驗運動員基礎(chǔ)綜合素質(zhì)和能力的有效途徑。但在進(jìn)行定向運動訓(xùn)練中，普遍存在施訓(xùn)細(xì)節(jié)不可知、訓(xùn)練過程不可控、組織實施不安全、訓(xùn)練效果難評估的問題，有些單位還發(fā)生過訓(xùn)練死亡事故?；诶帽倍范ㄎ煌ㄐ偶夹g(shù)、加速度計修正技術(shù)等研發(fā)的定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)，本文詳細(xì)分析了北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練中的應(yīng)用，為定向運動隊進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)、制定訓(xùn)練計劃提供保障，有效提高訓(xùn)練質(zhì)量，防止傷亡等突發(fā)事件，為運動員素養(yǎng)的全面提高奠定堅實基礎(chǔ)。

1 北斗定位通信原理與實現(xiàn)

1.1 語音通信技術(shù)原理

系統(tǒng)主要由外設(shè)模塊、語音處理模塊以及北斗處理模塊組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)工作流程：發(fā)端用戶機(jī)外設(shè)模塊的話筒獲取外界語音信息，語音信息在語音處理模塊中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、壓縮編碼后，形成的數(shù)據(jù)流通過北斗處理模塊封包，由北斗天線發(fā)送給收端用戶機(jī)；收端用戶機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)北斗處理模塊拆包后，送至聲音處理模塊對語音壓縮碼流進(jìn)行解碼，最后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換還原成模擬語音由聽筒輸出。

1.2 北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中的實現(xiàn)

北斗定位通信可接收北斗衛(wèi)星RNSS和RDSS信號，實現(xiàn)無源定位、有源定位和信號收發(fā)等功能，其中RDSS部分實現(xiàn)通信功能、有源定位功能、授時功能等，RNSS部分具有單頻B3民碼/軍碼捕獲、跟蹤、定位功能；若是連續(xù)定位，還可看到用戶的運行軌跡；針對通信申請，則按北斗信號編碼協(xié)議解析后，為發(fā)信者發(fā)送信息，信息內(nèi)容以文本框的形式自動顯示在地圖上層。目前，由于連續(xù)不斷確定用戶地理位置并將相關(guān)信息實時傳輸回指揮中心需要消耗大量電量，運動員不能像車輛和飛行器一樣攜帶大容量電池進(jìn)行供電，致使北斗定位通信技術(shù)連續(xù)定位通信較多應(yīng)用于車輛和飛行器的監(jiān)控與指揮。

基于客觀現(xiàn)實，在優(yōu)化北斗基帶芯片、功放系統(tǒng)等基礎(chǔ)上，研制了針對運動員的定位通信模塊，極大地減小了定位通信功耗，實現(xiàn)了定位通信技術(shù)在定向運動中的應(yīng)用。為了提高訓(xùn)練的安全性、運動員定位的準(zhǔn)確性以及信息傳輸?shù)目煽啃?，運動員監(jiān)測終端優(yōu)先采用我國獨立研發(fā)的北斗定位通信系統(tǒng)，不僅能夠準(zhǔn)確定位和通信，而且抗干擾能力比較強；地理環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，在北斗失效的情況下，運動員監(jiān)測終端將啟用無線自動組網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合中繼器實現(xiàn)運動員監(jiān)測信息的準(zhǔn)確定位及通信。

2 在定向運動中的應(yīng)用

北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中主要對運動員位置、行進(jìn)路線、完成任務(wù)的方法和過程進(jìn)行定位和監(jiān)管；對運動員訓(xùn)練情況進(jìn)行指揮控制和交互通信，解決訓(xùn)練過程中“又聾又啞”的尷尬問題；對運動員生理參數(shù)（包括心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗）、安全狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與監(jiān)測，并根據(jù)相應(yīng)的安全警界進(jìn)行預(yù)警，運動員出現(xiàn)安全狀況，可以及時按下求救按鈕，指揮中心會調(diào)度最近救護(hù)小組按照最近路線最快到達(dá)指定地點進(jìn)行救護(hù)，防止訓(xùn)練過程中傷亡事故的發(fā)生；彌補定向運動“只看結(jié)果、不計過程”的盲目訓(xùn)練方法的不足，實現(xiàn)對完成任務(wù)各個階段技能掌握情況的客觀、真實、可靠的評估，及時發(fā)現(xiàn)運動員訓(xùn)練過程中存在的問題，在滿足實戰(zhàn)要求情況下針對性地指導(dǎo)各項技能進(jìn)行訓(xùn)練，切實提高定向運動隊訓(xùn)練效果。

2.1 運動員狀況監(jiān)視與預(yù)警

（1） 實時監(jiān)視運動員狀況，準(zhǔn)確把握訓(xùn)練情況

定向運動中，運動員實時所處位置、行進(jìn)速度、行進(jìn)方向、行進(jìn)路線、安全狀態(tài)等訓(xùn)練狀況是教練員急需掌握的信息，這些信息可以準(zhǔn)確反映運動員實時訓(xùn)練狀態(tài)、訓(xùn)練過程、訓(xùn)練方法、訓(xùn)練趨向等。我國成功研發(fā)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗定位通信技術(shù)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中，實現(xiàn)了定向運動訓(xùn)練的信息化、科學(xué)化和高效化。北斗定位技術(shù)實現(xiàn)了定向運動中對運動員的實時定位，北斗短報文通信技術(shù)又可以利用北斗衛(wèi)星將運動員的位置、身體生理參數(shù)等信息可靠、安全、實時地傳輸?shù)街笓]控制中心，指揮控制中心將這些信息數(shù)據(jù)加載于地理信息系統(tǒng)，實時監(jiān)視運動員的訓(xùn)練狀況及安全狀態(tài)；再加上指揮控制平臺對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、科學(xué)、高效地分析與處理，教練員就可以準(zhǔn)確把握運動員在訓(xùn)練過程中的位置、行進(jìn)速度、行進(jìn)方向、行進(jìn)路線、安全狀態(tài)等訓(xùn)練信息，正確指導(dǎo)定向運動訓(xùn)練。

（2） 及時預(yù)警安全狀態(tài)，安全開展訓(xùn)練任務(wù)

定向運動訓(xùn)練中安全是第一位的。傳統(tǒng)定向運動訓(xùn)練中，運動員的安全一直是令教練員提心吊膽的事情。運動員開始訓(xùn)練以后，其人身安全只能通過三種方式來確保：一是自己按照教練員要求，并結(jié)合自身身體素質(zhì)；二是教練員組織巡邏力量和定點蹲守；三是出現(xiàn)訓(xùn)練安全狀況時恰好有老百姓發(fā)現(xiàn)并及時救治。這樣就不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，存在較大的安全死角，致使一些單位出現(xiàn)訓(xùn)練傷亡事件。

北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，不僅可以實時監(jiān)控運動員的訓(xùn)練情況，而且還可以及時預(yù)警安全隱患，針對性地指導(dǎo)運動員安全訓(xùn)練，以達(dá)到安全開展訓(xùn)練任務(wù)的目的。主要通過兩種方式來實現(xiàn)：

（1） 運動員求救。當(dāng)運動員在訓(xùn)練過程中出現(xiàn)身體不適，可以按動隨身攜帶的運動員監(jiān)測終端的求救按鈕，終端進(jìn)行響應(yīng)，并通過北斗通信技術(shù)及時將求救信息發(fā)送至指揮控制中心，指揮控制中心就會立即發(fā)出報警聲音，并在顯示屏上及時、明顯地顯示求救者的位置、行進(jìn)速度、行進(jìn)方向、行進(jìn)路線、心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗等信息，指揮控制中心及時組織救援。

（2） 指揮控制中心預(yù)警運動員訓(xùn)練安全。運動員訓(xùn)練過程中，運動員的定位信息、心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗等信息會通過北斗通信技術(shù)實時傳輸至指揮控制中心，指揮控制中心的監(jiān)控與預(yù)警平臺不僅能實時分析所有運動員的行進(jìn)速度、行進(jìn)路線、行進(jìn)方向，判斷出運動員繼續(xù)按照相同速度、方向、路線訓(xùn)練的前方安全性；同時，運動員在同一個位置長時間停留，要及時做出安全預(yù)警并展開救援；還可以從醫(yī)學(xué)上分析每個訓(xùn)練人員的身體安全狀態(tài)，是處于正常狀態(tài)、邊界狀態(tài)，還是危險狀態(tài)，教練員根據(jù)運動員實時安全狀態(tài)做出繼續(xù)訓(xùn)練、暫停訓(xùn)練并休息和停止訓(xùn)練的決策，并利用北斗通信技術(shù)及時傳輸至相應(yīng)運動員終端，終端做出相應(yīng)響應(yīng)。如果是危險狀態(tài)，指揮控制中心還要及時調(diào)度相應(yīng)救援力量展開救援。

2.2 訓(xùn)練救援指揮與調(diào)度

（1） 正確組織指揮訓(xùn)練，圓滿完成訓(xùn)練任務(wù)

北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，極大地增加了定向運動組織者組織規(guī)劃訓(xùn)練的科學(xué)性、實踐性、靈活性和實戰(zhàn)性。主要通過四種方式來實現(xiàn)：

一是利用北斗定位通信技術(shù)將訓(xùn)練人員的位置等信息在指揮控制中心實時顯視，超出或即將超出規(guī)劃訓(xùn)練區(qū)域或進(jìn)入預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練“禁區(qū)”時，指揮控制平臺會及時做出響應(yīng)，教練員下達(dá)相應(yīng)的指令；

二是指揮控制中心可以隨時利用北斗通信技術(shù)向各訓(xùn)練人員通報天氣、環(huán)境、目標(biāo)點等公共信息，也可以根據(jù)訓(xùn)練需要廣播通報訓(xùn)練任務(wù)、虛擬信息等，達(dá)到相應(yīng)的訓(xùn)練任務(wù)；

三是指揮控制中心可以對訓(xùn)練人員進(jìn)行點名操作，要求運動員在一定時間內(nèi)上報所在位置的坐標(biāo)，檢驗運動員的識圖用圖技能；

四是當(dāng)運動員無法獨立完成作業(yè)任務(wù)或需要求助時，可向指揮控制中心發(fā)送服務(wù)請求，指揮控制中心根據(jù)需要提供導(dǎo)航信息。北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練中的靈活應(yīng)用，確保了訓(xùn)練任務(wù)的圓滿完成。

（2） 及時調(diào)度救援力量，高效展開救援工作

無論是運動員求救還是指揮控制中心預(yù)警運動員訓(xùn)練處于危險狀態(tài)，指揮控制中心都要及時響應(yīng)救援工作。首先，利用北斗通信功能及時下達(dá)停止訓(xùn)練的命令和相應(yīng)安全醫(yī)囑，并等待救援；其次，根據(jù)各個巡邏力量、救援力量和被救援對象所處的位置，及時調(diào)度最近救援力量展開救援，確保被救援對象能夠及時得到救援，圓滿完成訓(xùn)練任務(wù)。

2.3 訓(xùn)練質(zhì)量評估與提高

（1） 科學(xué)評估訓(xùn)練效果，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練不足

北斗定位通信技術(shù)在定向運動訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用，實時、準(zhǔn)確、可靠地反應(yīng)出了運動員的位置、運動軌跡、運動時間、運動狀態(tài)等信息，教練員可以根據(jù)這些信息科學(xué)評估運動員訓(xùn)練效果。主要從以下四個方面進(jìn)行評估：

一是路線評估。教練員根據(jù)在相應(yīng)背景下確定的專家?guī)煜到y(tǒng)，科學(xué)規(guī)劃出訓(xùn)練任務(wù)的運動路線，并對運動員選擇的運動路線作出評估，判定出相應(yīng)運動員的規(guī)劃運動路線技能。

二是過程評估。根據(jù)運動員各個訓(xùn)練階段的位置、時間、狀態(tài)等情況，對運動員準(zhǔn)確確定站立點的圖上位置、正確選擇行進(jìn)路線、合理分配奔跑速度等技能作出科學(xué)評估，并判斷出相應(yīng)運動員的弱項所在。

三是結(jié)果評估。教練員對運動員的訓(xùn)練時間、成果或任務(wù)的完成情況給出準(zhǔn)確評估。

四是綜合評估。教練員依據(jù)專家?guī)齑_定評估方法以及各項指標(biāo)權(quán)重，對運動員訓(xùn)練的綜合情況進(jìn)行科學(xué)評估，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)相應(yīng)運動員的訓(xùn)練不足。

（2） 針對指導(dǎo)訓(xùn)練方法，有效提高訓(xùn)練質(zhì)量

針對不同的運動員和不同的訓(xùn)練弱項，教練員可以利用北斗定位通信技術(shù)針對性使用一定的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練內(nèi)容，有效提高相應(yīng)運動員的訓(xùn)練短板，極大提高定向運動的訓(xùn)練質(zhì)量。

3 結(jié) 語

北斗定位通信技術(shù)在定向運動中的廣泛應(yīng)用，有效幫助教練員實現(xiàn)了對運動員地理位置、運動路線、運動方向、運動速度、心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗等信息的實時監(jiān)視；實現(xiàn)了對運動員的指揮控制和交互通信，解決訓(xùn)練過程中“又聾又啞”的尷尬問題；實現(xiàn)了對運動員生命安全的及時預(yù)警與救助；實現(xiàn)了對運動員完成任務(wù)各個階段技能掌握情況的客觀、真實、可靠的評估，有效彌補了定向運動“只看結(jié)果、不計過程”的盲目訓(xùn)練方法的不足，為定向運動隊進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)、制定訓(xùn)練計劃、針對性指導(dǎo)各項技能訓(xùn)練奠定了堅實基礎(chǔ)；切實提高訓(xùn)練質(zhì)量，防止傷亡等突發(fā)事件的發(fā)生，不斷增加定向運動的安全性、科學(xué)性和實踐性。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊明，邊瑞卿，李云凡.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)短報文服務(wù)在軍事上的應(yīng)用[J].通信指揮學(xué)院學(xué)報，2010（4）：58?62.

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[4] 劉黃華.定向運動教學(xué)中四種能力的培養(yǎng)[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報，2012，27（2）：185?192.

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[6] 于家傲，姜永金，李有權(quán)，等.小型化北斗導(dǎo)航圓極化天線研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（7）：79?81.

二是過程評估。根據(jù)運動員各個訓(xùn)練階段的位置、時間、狀態(tài)等情況，對運動員準(zhǔn)確確定站立點的圖上位置、正確選擇行進(jìn)路線、合理分配奔跑速度等技能作出科學(xué)評估，并判斷出相應(yīng)運動員的弱項所在。

三是結(jié)果評估。教練員對運動員的訓(xùn)練時間、成果或任務(wù)的完成情況給出準(zhǔn)確評估。

四是綜合評估。教練員依據(jù)專家?guī)齑_定評估方法以及各項指標(biāo)權(quán)重，對運動員訓(xùn)練的綜合情況進(jìn)行科學(xué)評估，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)相應(yīng)運動員的訓(xùn)練不足。

（2） 針對指導(dǎo)訓(xùn)練方法，有效提高訓(xùn)練質(zhì)量

針對不同的運動員和不同的訓(xùn)練弱項，教練員可以利用北斗定位通信技術(shù)針對性使用一定的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練內(nèi)容，有效提高相應(yīng)運動員的訓(xùn)練短板，極大提高定向運動的訓(xùn)練質(zhì)量。

3 結(jié) 語

北斗定位通信技術(shù)在定向運動中的廣泛應(yīng)用，有效幫助教練員實現(xiàn)了對運動員地理位置、運動路線、運動方向、運動速度、心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗等信息的實時監(jiān)視；實現(xiàn)了對運動員的指揮控制和交互通信，解決訓(xùn)練過程中“又聾又啞”的尷尬問題；實現(xiàn)了對運動員生命安全的及時預(yù)警與救助；實現(xiàn)了對運動員完成任務(wù)各個階段技能掌握情況的客觀、真實、可靠的評估，有效彌補了定向運動“只看結(jié)果、不計過程”的盲目訓(xùn)練方法的不足，為定向運動隊進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)、制定訓(xùn)練計劃、針對性指導(dǎo)各項技能訓(xùn)練奠定了堅實基礎(chǔ)；切實提高訓(xùn)練質(zhì)量，防止傷亡等突發(fā)事件的發(fā)生，不斷增加定向運動的安全性、科學(xué)性和實踐性。

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二是過程評估。根據(jù)運動員各個訓(xùn)練階段的位置、時間、狀態(tài)等情況，對運動員準(zhǔn)確確定站立點的圖上位置、正確選擇行進(jìn)路線、合理分配奔跑速度等技能作出科學(xué)評估，并判斷出相應(yīng)運動員的弱項所在。

三是結(jié)果評估。教練員對運動員的訓(xùn)練時間、成果或任務(wù)的完成情況給出準(zhǔn)確評估。

四是綜合評估。教練員依據(jù)專家?guī)齑_定評估方法以及各項指標(biāo)權(quán)重，對運動員訓(xùn)練的綜合情況進(jìn)行科學(xué)評估，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)相應(yīng)運動員的訓(xùn)練不足。

（2） 針對指導(dǎo)訓(xùn)練方法，有效提高訓(xùn)練質(zhì)量

針對不同的運動員和不同的訓(xùn)練弱項，教練員可以利用北斗定位通信技術(shù)針對性使用一定的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練內(nèi)容，有效提高相應(yīng)運動員的訓(xùn)練短板，極大提高定向運動的訓(xùn)練質(zhì)量。

3 結(jié) 語

北斗定位通信技術(shù)在定向運動中的廣泛應(yīng)用，有效幫助教練員實現(xiàn)了對運動員地理位置、運動路線、運動方向、運動速度、心率、呼吸頻率、體溫以及阻抗等信息的實時監(jiān)視；實現(xiàn)了對運動員的指揮控制和交互通信，解決訓(xùn)練過程中“又聾又啞”的尷尬問題；實現(xiàn)了對運動員生命安全的及時預(yù)警與救助；實現(xiàn)了對運動員完成任務(wù)各個階段技能掌握情況的客觀、真實、可靠的評估，有效彌補了定向運動“只看結(jié)果、不計過程”的盲目訓(xùn)練方法的不足，為定向運動隊進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)、制定訓(xùn)練計劃、針對性指導(dǎo)各項技能訓(xùn)練奠定了堅實基礎(chǔ)；切實提高訓(xùn)練質(zhì)量，防止傷亡等突發(fā)事件的發(fā)生，不斷增加定向運動的安全性、科學(xué)性和實踐性。

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