冬奧會(huì)短道速滑智能賽道

■云南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)2021屆（21）班 毛俊杰 牟宇曦

短道速滑是冬季奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目，比賽采用淘汰制，以預(yù)、次、半決、決賽的比賽方式進(jìn)行。4～8名參賽選手在同一條起跑線上同時(shí)起跑出發(fā)，比賽途中在不犯規(guī)的前提下，參賽選手可隨時(shí)超越對(duì)手。參賽選手必須在規(guī)定賽道內(nèi)完成比賽，超出賽道即被判定為犯規(guī)。目前，劃分賽道采用標(biāo)線和障礙錐桶。

我們觀看了部分冬奧會(huì)短道速滑比賽的視頻，并查閱了相關(guān)的新聞報(bào)道，發(fā)現(xiàn)在短道速滑比賽中發(fā)生過(guò)不少安全事故。我們對(duì)其中存在的問(wèn)題進(jìn)行了討論，希望減少比賽中的安全事故。

一、存在的問(wèn)題

1.障礙錐桶自行滑動(dòng)

某次短道速滑比賽開(kāi)始時(shí)，用于判定犯規(guī)和劃分賽道的障礙錐桶自行發(fā)生了位移（如圖1）。所幸工作人員及時(shí)糾正，當(dāng)場(chǎng)比賽沒(méi)有因?yàn)檎系K錐桶的位移發(fā)生意外。

由于冰面較滑，摩擦力較小，障礙錐桶沒(méi)有被固定，易發(fā)生位移，一旦滑到其他地方，參賽選手滑行速度快，來(lái)不及反應(yīng)，易被絆倒，造成安全事故。

圖1

2.易與障礙錐桶發(fā)生碰撞

在超越對(duì)手的過(guò)程中，參賽選手如果撞擊到劃定邊界的障礙錐桶（如圖2）就會(huì)摔倒，甚至?xí)蛩俣忍於w出場(chǎng)地，或被冰刀割傷，對(duì)身體造成非常大的危險(xiǎn)。如果有參賽選手犯規(guī)，裁判也無(wú)法準(zhǔn)確地判斷。

圖2

二、設(shè)計(jì)原理

障礙錐桶立于冰面的特定位置上，起到定位、劃分賽道的作用。同時(shí)，障礙錐桶是裁判判定參賽選手是否犯規(guī)的重要標(biāo)識(shí)。因此，盡管障礙錐桶存在安全隱患，但因其在比賽中的重要作用，無(wú)法被取消。

我們?cè)O(shè)計(jì)了冬奧會(huì)短道速滑智能賽道，想用其他物品替代障礙錐桶，既起到標(biāo)識(shí)、劃分賽道和判定結(jié)果的作用，又能保障參賽選手的人身安全。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

冬奧會(huì)短道速滑智能賽道是集LED燈賽道、磁力感測(cè)犯規(guī)、實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)為一體的安全、交互的電子賽道。

1.用LED燈劃分賽道

用LED燈替代障礙錐桶。LED燈沿賽道被埋于冰面下，可區(qū)分賽道（如圖3），參賽選手也能更清楚地看清賽道，在規(guī)定區(qū)域內(nèi)比賽，避免犯規(guī)。此外，裁判還能更清楚、準(zhǔn)確地判定參賽選手是否超出賽道。

LED燈節(jié)能環(huán)保，顏色、形狀可隨時(shí)切換、更改，在不同的賽事中都可以被應(yīng)用，還能在比賽休息間歇活躍現(xiàn)場(chǎng)氣氛，一物多用。

圖3

2.磁力感測(cè)犯規(guī)，標(biāo)識(shí)犯規(guī)位點(diǎn)

為了保證比賽結(jié)果準(zhǔn)確、公平，減少因人工判定造成的誤差，我們利用傳感器檢測(cè)參賽選手是否超出賽道，在賽道邊緣的冰面下方安裝磁力傳感器（如圖4），在不破壞鞋子結(jié)構(gòu)、不影響滑行效果的情況下，在選手的冰刀上加裝少量磁鐵。一旦參賽選手觸碰賽道邊緣，后臺(tái)便能接收信息，顯示其具體觸碰情況（如圖5），盡可能地避免比賽事故和裁判誤判，也能讓觀眾、裁判及時(shí)知曉每位參賽選手的實(shí)時(shí)比賽情況。

圖4

圖5

3.實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)

在賽場(chǎng)上設(shè)定多個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)賽道冰面的溫度，并將數(shù)據(jù)反饋到后臺(tái)（如圖6），以便工作人員及時(shí)對(duì)冰面溫度進(jìn)行調(diào)控，保證比賽的正常進(jìn)行。

冬奧會(huì)短道速滑智能賽道模型如圖7。

圖6

圖7

四、創(chuàng)新點(diǎn)

冬奧會(huì)短道速滑智能賽道既能完成比賽中標(biāo)識(shí)、劃分賽道和判定犯規(guī)的功能，消除障礙錐桶的安全隱患，又能及時(shí)掌握參賽選手的比賽情況，收集準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，避免人工誤判，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)賽道溫度。

該賽道不僅能被應(yīng)用在短道速滑比賽中，還可以推廣到其他比賽的賽道上（如冰壺、花樣滑冰等）。LED燈可被替換為電子顯示屏幕，冰面上可以顯示實(shí)時(shí)排名、任意切換賽道。同時(shí)，電子顯示屏可用于比賽開(kāi)場(chǎng)動(dòng)畫或頒獎(jiǎng)典禮等裝飾的工具。

未來(lái)，我們將進(jìn)一步對(duì)作品進(jìn)行優(yōu)化，比如精確到某一位運(yùn)動(dòng)員的犯規(guī)情況，增加紅外線感測(cè)、磁力感測(cè)雙重檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員是否犯規(guī)等。