國家級速度滑冰競賽電子計時系統(tǒng)現(xiàn)狀與構(gòu)建研究

（1.吉林省體育局冬季競技運動保障中心 吉林 長春 130022；2.長春理工大學(xué) 吉林 長春 130022）

國家體育總局和各省市相關(guān)單位對電子計時設(shè)備線路布置、器材配備都相當(dāng)關(guān)注和重視。為此我國購買使用的電子計時設(shè)備均為國際滑冰聯(lián)合協(xié)會指定認(rèn)證設(shè)備，國家體育總局速滑部定期組織對電子計時方面的裁判員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。目前在我國國家級以上比賽全部要求使用電子計時系統(tǒng)，在所有可以舉辦國家級別比賽的標(biāo)準(zhǔn)場地上均配備有電子計時系統(tǒng)，并統(tǒng)一按照《國際滑冰聯(lián)盟速度滑冰專業(yè)規(guī)則和技術(shù)規(guī)則》要求舉辦速度滑冰賽事。在國際速度滑冰比賽中，要求必須使用電子計時系統(tǒng)。

1、速度滑冰電子計時系統(tǒng)改革必要性

1.1、原電子計時系統(tǒng)—光電計時系統(tǒng)（Optical system）工作原理與優(yōu)點

我國各地區(qū)速度滑冰場地原電子計時系統(tǒng)均配備采用光電計時系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作原理是在終點線上安置兩個紅外激光感應(yīng)器，分別安置在跑道兩側(cè)的冰面上，測量點緊貼重點線內(nèi)側(cè)并且靠近冰面，對是否有滑過終點線內(nèi)外道的信號和時間進(jìn)行實時探測并記錄，將通過終點線運動員冰鞋的冰刀尖為信號記錄時間，與發(fā)令信號時間進(jìn)行對比計算時間，作為運動員的滑跑成績。這種以光電信號作為信號感應(yīng)器優(yōu)點在于時間反映的靈敏度和精度都很高，時間精度0.001秒，能準(zhǔn)確測出運動員滑跑成績，并且自動即刻上傳顯示成績。

1.2、原電子計時系統(tǒng)的不足

光電計時系統(tǒng)由于時間精度很高，該系統(tǒng)在我國全國范圍內(nèi)速度滑冰比賽的使用程度非常高，但在現(xiàn)速度滑冰競賽過程中也出現(xiàn)了一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在硬件光電感應(yīng)器方面。

在硬件光電感應(yīng)器方面：光電感應(yīng)器移動。光電感應(yīng)器放置于比賽賽道兩側(cè)，很容易被練習(xí)和比賽的運動員觸碰甚至翻，此時光電感應(yīng)器則無法準(zhǔn)確計時，必須及時重新校準(zhǔn)。特別是運動員在即將到達(dá)終點時摔倒滑進(jìn)終點線時，容易與光電感應(yīng)器發(fā)生碰撞，并且按照《國際滑冰聯(lián)盟速度滑冰專業(yè)規(guī)則和技術(shù)規(guī)則》要求，此種情況應(yīng)以運動員先到達(dá)冰鞋的冰刀尖作為計時標(biāo)準(zhǔn)，而光電感應(yīng)器無法對這種情況進(jìn)行準(zhǔn)確計時。

（2）軟件操作性方面。

由于速度滑冰比賽的比賽特點，根據(jù)比賽情況，還有雙發(fā)的情況（兩組運動員同時滑跑），并且運動員滑跑每圈都需要外道換道，每次有光電信號反映，光電系統(tǒng)將按原預(yù)估滑跑順序的運動員與該信號時間一一對應(yīng)。當(dāng)滑跑順序出現(xiàn)變化，如運動員換錯道，運動員超越或者在滑跑過程中摔倒時，都必須對系統(tǒng)的預(yù)估滑跑順序進(jìn)行及時調(diào)整，操作頻繁，對裁判員系統(tǒng)操作的熟練度要求很高。

（3）競賽項目方面。

國際滑冰聯(lián)盟在 500m、1000m、1500m、3000m、5000m 等傳統(tǒng)競賽項目外，新加設(shè)了集體出發(fā) （Mass Start races）、團(tuán)體追逐（Team Pursuit races）、短距離團(tuán)體追逐（Team Sprint races）三個競賽項目，這三個競賽項目都會出現(xiàn)多名運動員同時進(jìn)終點線的情況，此時的光電感應(yīng)器信號時連續(xù)的，而光電計時系統(tǒng)無法對信號進(jìn)行對應(yīng)區(qū)分和處理，無法使用光電計時系統(tǒng)計時。根據(jù)上述所說特點，單純地使用光電計時系統(tǒng)作為電子計時系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足當(dāng)今我國舉辦的國家級以及國際級比賽需要。并且在電子計時系統(tǒng)的構(gòu)建方面，國際滑冰聯(lián)盟在其競賽規(guī)則中也作出了相應(yīng)指導(dǎo)和要求，所以電子計時系統(tǒng)的改革和重新構(gòu)建是勢在必行的。

2、速度滑冰電子計時系統(tǒng)分類

現(xiàn)今在國際賽事中除了光電計時系統(tǒng)外，根據(jù)計時原理方式分類，還加設(shè)了另外兩種電子計時系統(tǒng)，分別是終點攝像系統(tǒng)和異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)。

2.1、終點攝像系統(tǒng)（Photo-finish system）工作原理和特點

（1）終點攝像系統(tǒng)工作原理。

現(xiàn)在在國內(nèi)速度滑冰賽事中普遍使用了終點攝像系統(tǒng)，并且在國際滑聯(lián)錦標(biāo)賽、國際滑聯(lián)世界杯賽事和冬奧會速度滑冰賽事中，終點攝像系統(tǒng)是要求必須使用的。其工作原理如下：將攝像機(jī)拍攝基準(zhǔn)線與跑道終點線的內(nèi)側(cè)線對準(zhǔn)校齊，攝像機(jī)將高速頻率拍攝這一條基準(zhǔn)線的圖像，每一條線圖像對應(yīng)一個時間點，將該條線的每幀圖像合成為一張圖片，并且形成一條時間軸。在合成圖片中，選取運動員有效成績的一幀圖像點，該點圖像時間與發(fā)令時間對比運算，計算出該運動員的滑跑成績。

（2）終點攝像系統(tǒng)特點。

圖1 終點攝像系統(tǒng)特

終點攝像系統(tǒng)特點只要包括以下三個方面：①避免觸碰。該系統(tǒng)設(shè)備架設(shè)在比賽跑道外側(cè)，避免了滑跑練習(xí)和比賽運動員觸碰碰撞的情況，當(dāng)運動員摔倒滑進(jìn)終點線時也能進(jìn)行準(zhǔn)確判定；②高時間精度。由于攝像高頻率和攝像高精度的支撐，攝像系統(tǒng)計時的時間精度很高，時間精度最高能夠達(dá)到0.0001秒；③判定速度。終點攝像系統(tǒng)在計時過程中，系統(tǒng)需要人工操作拍攝畫面和判定成績時間點，不能在運動員通過終點后即刻確認(rèn)成績，所以判定過程中需要一定時間。

2.2、異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)（Transponder system）工作原理和特點

圖2 異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)

頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備主要分為三部分：探測環(huán)（transponder）、芯片（detection loop）、解碼器(decoder)。 每名運動員必須佩帶對應(yīng)芯片，將探測環(huán)鋪設(shè)在終點線的冰面下，當(dāng)運動員通過終點探測環(huán)時，解碼器處理接收每個芯片信號。每個芯片與探測環(huán)距離接近時，芯片信號強度逐漸會變強，芯片遠(yuǎn)離探測環(huán)時，信號強度會變?nèi)酰研盘枏姸冗_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的時間進(jìn)行分段，取中間段中間時間為運動員滑跑成績。異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的特點是能夠?qū)νㄟ^終點多名運動員的滑跑順序和成績進(jìn)行記錄，當(dāng)比賽多名運動員出現(xiàn)扣圈等情況時，也能準(zhǔn)確自動即刻上傳成績。但該系統(tǒng)也有一些缺點，計時成績精度相對弱，并且受運動員滑行速度影響會產(chǎn)生誤差。

3、速度滑冰電子計時系統(tǒng)構(gòu)建

目前我國速度滑冰賽事，使用的電子計時系統(tǒng)均是由上述電子計時系統(tǒng)構(gòu)成，使用趨勢是以攝像為主，光電計時系統(tǒng)和異頻雷達(dá)系統(tǒng)作為即時顯示和備用系統(tǒng)。按照國際滑冰聯(lián)盟競賽要求，如果有幾種電子計時系統(tǒng)可用，裁判長會依據(jù)比賽級別、比賽項目和比賽場地等條件，在賽前公布各計時系統(tǒng)優(yōu)先順序，哪套系統(tǒng)是主要系統(tǒng)，哪套是備用系統(tǒng)?，F(xiàn)今我國為成功舉辦2022年冬奧會，我國國家級速度滑冰競賽的電子計時系統(tǒng)已經(jīng)與國際級賽事并軌，達(dá)到國際賽事的電子計時系統(tǒng)要求。在500m、1000m、1500m、3000m、5000m、10000m競賽項目中，由光電計時系統(tǒng)記錄并顯示成績，運動員的最終成績由終點攝像系統(tǒng)決定并顯示。在團(tuán)體追逐、短距離團(tuán)體追逐項目中，由異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)記錄并顯示成績，運動員的最終成績由終點攝像系統(tǒng)決定并顯示。在集體出發(fā)項目中，最終成績由異頻雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)決定并顯示，由終點攝像系統(tǒng)成績作為第二套電子計時系統(tǒng)共同計時。

綜上所述，在國際級、國家級速度滑冰競賽賽事中，經(jīng)常出現(xiàn)多種電子計時系統(tǒng)同時使用相互配合完成比賽計時任務(wù)。只有這樣才能既保證賽事的流暢度和觀賞度，同時又保證高精度計時成績的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。作者在本文中針對多種電子計時系統(tǒng)的計時特點進(jìn)行類比和構(gòu)建分析，更好的發(fā)揮電子計時系統(tǒng)在競技體育速度滑冰等賽事中的作用，對舉辦國內(nèi)外速度滑冰運動產(chǎn)生積極影響。