科技助力田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究

周亦雷，秦國(guó)陽(yáng)

隨著當(dāng)前體育科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，原本應(yīng)用于訓(xùn)練和備戰(zhàn)的體育科技，逐漸開始運(yùn)用于體育賽事中，在今年的東京奧運(yùn)會(huì)中，英特爾和阿里巴巴將三維投影技術(shù)應(yīng)用在短跑、跳高等田徑項(xiàng)目中，形成3D追蹤系統(tǒng)，為田徑比賽的直播帶來(lái)了全新內(nèi)容，提升田徑愛好者的觀賽體驗(yàn)，并且英特爾的數(shù)據(jù)采集裝置不會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生任何干擾，通過(guò)這些收集的數(shù)據(jù)可以幫助運(yùn)動(dòng)員提升競(jìng)技水平；Binary Sports公司開發(fā)了一系列以性能分析或戰(zhàn)術(shù)分析的視頻分析軟件，類似的軟件還有Dartfish、LongoMatch、Coach eyes以及Kinovea等，這些軟件幫助教練和視頻分析師對(duì)運(yùn)動(dòng)員的戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行追蹤記錄，通過(guò)姿態(tài)分析實(shí)時(shí)追蹤并記錄關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)速度和角速度等指標(biāo)，從而幫助教練改善運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用[1]?，F(xiàn)代體育科技的發(fā)展和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

在當(dāng)前“科技助力奧運(yùn)”和疫情防控常態(tài)化的大背景下，由于我國(guó)規(guī)范的防疫機(jī)制和穩(wěn)定的環(huán)境，必將承接舉辦更多的國(guó)際性賽事，第19屆亞運(yùn)會(huì)以及兩場(chǎng)國(guó)際田徑鉆石聯(lián)賽都將于明年由我國(guó)舉辦，還有世界田徑錦標(biāo)賽等國(guó)際性賽事都極有可能受到疫情影響到我國(guó)進(jìn)行舉辦。雖然我國(guó)已承辦過(guò)北京奧運(yùn)會(huì)、世錦賽等國(guó)際性田徑比賽，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但在當(dāng)前疫情防控的大背景下，可以借助視頻圖像處理、“鷹眼”等體育科學(xué)技術(shù)的力量，幫助田徑裁判更好的進(jìn)行判罰并減少裁判的部分工作量，將國(guó)際性賽事的裁判工作做到更加公平和公正并減少爭(zhēng)議，在未來(lái)形成科學(xué)的智能化判罰系統(tǒng)。結(jié)合Flying-cat軌道跟蹤拍攝系統(tǒng)、多畫面同步對(duì)比等技術(shù)，建立智能化的田徑賽事轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，配合智能化管理系統(tǒng)共同組成田徑賽事的智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)田徑賽事的智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的應(yīng)用和功能設(shè)計(jì)，為未來(lái)的田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)體系的建立提供科學(xué)參照，也為其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目或體育賽事實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)和判罰提供借鑒。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

以科技助力田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究為研究對(duì)象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

以“田徑賽事”、“智能化運(yùn)營(yíng)”、“智能化判罰”、“功能設(shè)計(jì)”和“應(yīng)用研究”為關(guān)鍵詞，通過(guò)高校圖書館、CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)、Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并且在文獻(xiàn)查閱中，使用的英文檢索詞包括：Athletic Referee、Digital Image Processing、Intelligent Referee等，歸納整理研究所需的文獻(xiàn)資料，并積極了解國(guó)外相關(guān)應(yīng)用的進(jìn)展情況，為本研究提供了研究依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1.2.2 專家訪談法

針對(duì)運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理、視頻跟蹤等技術(shù)助力田徑賽事智能化判罰以及運(yùn)營(yíng)的應(yīng)用和功能設(shè)計(jì)等研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了專家訪談并征詢意見，梳理訪談錄音并對(duì)訪談內(nèi)容進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)分析。以電話訪談和當(dāng)面訪談的形式對(duì)國(guó)際級(jí)田徑裁判5人、國(guó)家級(jí)田徑裁判25人、山東省田徑管理中心負(fù)責(zé)人2人進(jìn)行訪談，專家訪談總?cè)藬?shù)為32人，都具有豐富的田徑裁判執(zhí)裁、管理以及田徑賽事運(yùn)營(yíng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。所有專家建議盡快推動(dòng)田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)的應(yīng)用發(fā)展，并對(duì)田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)的智能化轉(zhuǎn)播系統(tǒng)、智能化判罰系統(tǒng)和智能化管理系統(tǒng)等主要組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和提議。

表1 訪談主要專家信息統(tǒng)計(jì)

1.2.3 觀察法

通過(guò)跟蹤2019年、2020年以及2021年全國(guó)田徑錦標(biāo)賽；2019年、2021年全國(guó)田徑冠軍賽以及2021年中華人民共和國(guó)第十四屆運(yùn)動(dòng)會(huì)田徑比賽，觀察近三年6場(chǎng)全國(guó)田徑賽事的各個(gè)項(xiàng)目中我國(guó)田徑裁判組織、管理和執(zhí)裁的情況，為合理完成田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)及判罰的應(yīng)用和功能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1.2.4 調(diào)查法

田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)中各種科技設(shè)備，如：運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理等設(shè)備的布局，需要進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)查和研究，如：每個(gè)比賽場(chǎng)地視頻圖像處理設(shè)備和視頻跟蹤拍攝系統(tǒng)的布局和安排、每個(gè)田徑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)智能化判罰的方法手段、需要監(jiān)測(cè)有助于智能化判罰的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)和生理學(xué)參數(shù)、需要布局的比賽環(huán)境監(jiān)控、智能化照明、數(shù)據(jù)收集和處理等都需要進(jìn)行專門的調(diào)查和分析。結(jié)合文獻(xiàn)資料、專家訪談及全國(guó)田徑賽事觀察結(jié)果，進(jìn)行切合實(shí)際的功能設(shè)計(jì)。

在對(duì)75名國(guó)家級(jí)田徑裁判員和一級(jí)田徑裁判員的調(diào)查中得知，93%的裁判員都支持將視頻圖像處理、視頻追蹤以及“鷹眼”等體育科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于田徑判罰中，從輔助性判罰開始在實(shí)踐中逐漸形成智能化判罰系統(tǒng)，配合智能化轉(zhuǎn)播和管理系統(tǒng)，共同組成田徑賽事的智能化運(yùn)營(yíng)體系。

1.2.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試法

實(shí)現(xiàn)田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)，尤其是實(shí)現(xiàn)田徑賽事的智能化判罰，需要將運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)反饋以及模擬田徑賽事的判罰情況等。同時(shí)，加強(qiáng)田徑賽事場(chǎng)館的數(shù)據(jù)共享能力，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸和云端共享的功能，提高賽事轉(zhuǎn)播質(zhì)量，建立田徑賽事智能化轉(zhuǎn)播系統(tǒng)幫助觀眾更直觀的了解運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技成績(jī)及賽事運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及共享等技術(shù)形成田徑賽事的智能化管理系統(tǒng)，幫助裁判員更準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行仲裁并方面教練員賽后對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行指導(dǎo)。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 國(guó)內(nèi)外體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 世界體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況分析

隨著體育科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家以及美國(guó)在體育科學(xué)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理技術(shù)目前主要應(yīng)用于技戰(zhàn)術(shù)研究中，其中，瑞士公司Dartfish開發(fā)的Darttrainer、德國(guó)公司Simi Shape 3D開發(fā)的Simisoftwares以及美國(guó)2D圖像處理軟件Kinovea被廣大國(guó)際科研工作者、教練員和教學(xué)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)分析。通過(guò)高清攝像機(jī)和三維標(biāo)定框架對(duì)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的比賽進(jìn)行三維錄像，通過(guò)觀察運(yùn)動(dòng)員以及器械的質(zhì)心在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)[2]，并結(jié)合Simisoftwares等軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)員和教練員進(jìn)行直觀的反饋。微軟公司設(shè)計(jì)的Kinect技術(shù)結(jié)合了紅外識(shí)別技術(shù)形成了骨齡測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)人體運(yùn)動(dòng)骨骼肌仿生系統(tǒng)、人體運(yùn)動(dòng)骨骼仿生系統(tǒng)的研究，幫助田徑運(yùn)動(dòng)員提高競(jìng)技運(yùn)動(dòng)思維和競(jìng)技意識(shí)、提高比賽效率和競(jìng)技能力水平。

2.1.2 我國(guó)體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況分析

近幾年，我國(guó)的體育科學(xué)技術(shù)得到快速發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)技術(shù)采集反饋、運(yùn)動(dòng)監(jiān)控等方面提高幅度較大并逐漸接近世界的領(lǐng)先水平。首先，在運(yùn)動(dòng)技術(shù)采集反饋方面，主要分為信息采集和處理反饋兩個(gè)部分，通過(guò)SIMI Motion或Peak Motus三維運(yùn)動(dòng)解析系統(tǒng)以及Coach eyes、Dartfish Prosuite 9.0等運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理技術(shù)，在不干擾運(yùn)動(dòng)員的條件下，直觀、迅速的對(duì)比賽和訓(xùn)練中運(yùn)動(dòng)員的真實(shí)技戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行分析和診斷，從而高效的進(jìn)行信息反饋[3]。其次，運(yùn)動(dòng)監(jiān)控的技術(shù)運(yùn)用也更加普及[4]，通過(guò)Kistler便攜式測(cè)力臺(tái)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、Keiser力量訓(xùn)練定量監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)技術(shù)[5]以及Gym-Aware爆發(fā)力訓(xùn)練和測(cè)量?jī)x器[6]等有效監(jiān)控力量訓(xùn)練負(fù)荷、心率等指標(biāo)，保障了訓(xùn)練過(guò)程的安全性[7]。

2.1.3 國(guó)內(nèi)外體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于體育科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用大多集中于提升運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力方面，但隨著在國(guó)際性賽事中不斷出現(xiàn)誤判或人為干預(yù)比賽結(jié)果等事件[8]，人們對(duì)于體育賽事判罰和結(jié)果的公平性和公正性也在不斷努力提高，很多項(xiàng)目尤其是打分項(xiàng)目的裁判越來(lái)越可能被電子裁判所取代，通過(guò)布置覆蓋全方位和多視角的高清攝像機(jī)，時(shí)刻監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技術(shù)表現(xiàn)和難度表現(xiàn)等關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)行客觀的打分，以實(shí)現(xiàn)賽事判罰的公平性和公正性。而我國(guó)在電子裁判等智能化判罰系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用方面，目前還沒(méi)有相關(guān)的研究。因此，體育賽事實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)和判罰是新的歷史時(shí)期世界體育賽事和體育科技發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，我國(guó)在該領(lǐng)域的起步較晚，應(yīng)將現(xiàn)有的在田徑項(xiàng)目中運(yùn)用較為成熟的視頻圖像處理、視頻跟蹤等體育科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于賽事的運(yùn)營(yíng)和判罰中，探索出一套智能化的田徑賽事運(yùn)營(yíng)體系。

2.2 科技助力田徑賽事的智能化運(yùn)營(yíng)

2.2.1 現(xiàn)代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻圖像傳輸和直播技術(shù)

目前，現(xiàn)代視頻通信技術(shù)已得到了廣泛的運(yùn)用，通過(guò)現(xiàn)有公共通信資源的CDMA和GPRS無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使無(wú)線長(zhǎng)距離傳輸成為可能。不僅延伸了數(shù)據(jù)采集的領(lǐng)域，也使數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響大大降低。遠(yuǎn)程無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)通過(guò)將視頻采集單元和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組合，通過(guò)數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端服務(wù)器進(jìn)行連接，最終完成數(shù)據(jù)的傳輸[9]。在田徑賽事轉(zhuǎn)播中，可以通過(guò)落實(shí)5G技術(shù)的光通信視頻同步傳輸，以彌補(bǔ)視頻同步傳輸技術(shù)視頻傳輸質(zhì)量較差以及無(wú)法滿足同步傳輸實(shí)時(shí)性需求的缺陷，光通信技術(shù)具有保密性強(qiáng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸容量大等優(yōu)勢(shì)，將5G通信技術(shù)與光通信技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)視頻同步傳輸，使賽事轉(zhuǎn)播同時(shí)具有5G技術(shù)的高通信速率以及光通信技術(shù)的抗干擾性能，提升視頻同步傳輸效率以及視頻傳輸效果[10]，有效提高田徑賽事的轉(zhuǎn)播質(zhì)量。

2.2.2 運(yùn)動(dòng)視頻圖像多重處理和測(cè)距技術(shù)

運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理技術(shù)是指各種與視頻圖像處理有關(guān)的技術(shù)總稱，主要通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)員的犯規(guī)情況，常用的技術(shù)手段包括：視頻圖像Mark點(diǎn)追蹤技術(shù)、鷹眼技術(shù)、視頻即時(shí)回放技術(shù)、視頻裁判助力技術(shù)、足球視頻助理裁判VAR技術(shù)、視頻標(biāo)注技術(shù)等，幫助裁判判斷運(yùn)動(dòng)員的犯規(guī)情況和比賽成績(jī)，如圖一所示，運(yùn)動(dòng)視頻圖像采集技術(shù)已成熟應(yīng)用于短距離項(xiàng)目的成績(jī)判罰中。通過(guò)視頻圖像處理技術(shù)結(jié)合多機(jī)位同步采集技術(shù)可以高效的完成運(yùn)動(dòng)成績(jī)測(cè)量，如通過(guò)Amsico Traching軟件[11]結(jié)合6臺(tái)攝像機(jī)“鳥瞰”固定的比賽區(qū)域，有效減少當(dāng)前激光測(cè)距的誤差，并保證測(cè)量的公平性和比賽結(jié)果的公正性，常用的技術(shù)包括：視頻測(cè)量技術(shù)、跑動(dòng)能量測(cè)試技術(shù)等[12]。

圖一 2018年國(guó)際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽男子100米決賽終點(diǎn)撞線圖

2.2.3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

大數(shù)據(jù)時(shí)代下，隨著數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于體育賽事實(shí)現(xiàn)智能化管理也有極大的幫助。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的功能包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，不僅能夠在深層次上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而且能對(duì)需要的信息實(shí)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確地加工，僅可以為體育科研及運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練提供指導(dǎo)，并且可以幫助田徑賽事合理安排比賽項(xiàng)目，通過(guò)輸入比賽人數(shù)、項(xiàng)目及單項(xiàng)時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成安排合理的比賽秩序冊(cè)[13]。并且大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以豐富賽事直播內(nèi)容，提高賽事的質(zhì)量和觀賞性，幫助賽事轉(zhuǎn)播方精確的掌握相關(guān)運(yùn)動(dòng)員信息，通過(guò)對(duì)田徑運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力和運(yùn)動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)的深入分析和點(diǎn)評(píng)，從而達(dá)到較好的轉(zhuǎn)播效果[14]，并通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)、準(zhǔn)備具體賽事包裝方案，逐步提高田徑賽事的包裝水平[15]。

2.2.4 運(yùn)動(dòng)技術(shù)全景圖和運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)提取技術(shù)

運(yùn)動(dòng)技術(shù)全景圖是指通過(guò)Dartfish或Coach eyes等視頻圖像處理軟件，以單個(gè)時(shí)相的時(shí)間為位置節(jié)點(diǎn)，通過(guò)視頻標(biāo)定技術(shù)，更好的呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的步幅、步頻以及平均速度等運(yùn)動(dòng)指標(biāo)[16，17]。并且通過(guò)將同一背景下運(yùn)動(dòng)員連續(xù)多個(gè)技術(shù)動(dòng)作關(guān)鍵時(shí)相提取在同一畫面內(nèi)，可以更加清晰的觀察運(yùn)動(dòng)技術(shù)特征的連續(xù)變化過(guò)程[18]，將運(yùn)動(dòng)技術(shù)全景圖技術(shù)應(yīng)用于賽事轉(zhuǎn)播和賽后反饋中，可以幫助教練員、運(yùn)動(dòng)員以及觀賽田徑愛好者更好的了解各田徑專項(xiàng)的技術(shù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)[19]。如通過(guò)對(duì)標(biāo)槍奧運(yùn)冠軍劉詩(shī)穎在2020年全國(guó)田徑錦標(biāo)賽中奪冠一投的運(yùn)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行全景圖的展示，幫助觀眾更好的欣賞運(yùn)動(dòng)員技術(shù)。另外，通過(guò)運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)提取技術(shù)配合大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，更好的幫助田徑裁判員進(jìn)行執(zhí)裁和仲裁[20，21]。

圖二 劉詩(shī)穎標(biāo)槍最后用力階段全景圖

2.2.5 信息采集與管理技術(shù)

通過(guò)信息采集技術(shù)，運(yùn)用風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫度與濕度傳感器等設(shè)備，對(duì)比賽環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度濕度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做到實(shí)時(shí)采集和記錄，從而實(shí)現(xiàn)比賽環(huán)境監(jiān)控和智能化照明[22]。信息管理技術(shù)在田徑賽事的數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用也日趨成熟，田徑賽事的數(shù)據(jù)不僅包括文本還可以包括圖像和視頻資料，通過(guò)使用掌上電腦，方便裁判員和賽事管理人員查閱相關(guān)比賽信息和視頻[23]。并且運(yùn)用信息管理技術(shù)，開發(fā)田徑賽事移動(dòng)APP，采用Hybrid App技術(shù)，通過(guò)web html5和native混合開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)web與APP間的高效兼容與良好的交互體驗(yàn)，豐富田徑愛好者觀賽途徑和觀賽體驗(yàn)[24-26]。

3 田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.1 田徑賽事智能化轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

在轉(zhuǎn)播設(shè)施方面，構(gòu)建田徑賽事轉(zhuǎn)播智能化設(shè)備系統(tǒng)，結(jié)合Flying-cat飛貓軌道跟蹤拍攝系統(tǒng)、全方位多視角的高清攝像機(jī)、自動(dòng)跟蹤拍攝的智能攝像頭等視頻拍攝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)比賽全過(guò)程的全方位多角度的高清視頻拍攝，通過(guò)360度特效回放等形式豐富觀眾的觀賽體驗(yàn)，為賽事多樣化轉(zhuǎn)播奠定基礎(chǔ)。在轉(zhuǎn)播技術(shù)方面，借鑒奧運(yùn)會(huì)轉(zhuǎn)播的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，將應(yīng)用于東京奧運(yùn)會(huì)的5G、云計(jì)算、SD-WAN和人工智能等新技術(shù)，應(yīng)用于田徑賽事的轉(zhuǎn)播中，采用5G通信技術(shù)與光通信技術(shù)相結(jié)合的新型傳輸技術(shù)，有效提高田徑賽事的轉(zhuǎn)播質(zhì)量，并有機(jī)整合賽事相關(guān)信息，將相關(guān)信息進(jìn)行縱向、橫向以及綜合整理，從賽事歷史回溯、賽事實(shí)時(shí)解說(shuō)、場(chǎng)館數(shù)字化等角度，加強(qiáng)田徑賽事的包裝。

3.2 田徑賽事智能化判罰系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.2.1 徑賽智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

3.2.1.1 短、中距離項(xiàng)目智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

綜合當(dāng)前體育監(jiān)控技術(shù)，建立短、中距離徑賽項(xiàng)目智能化判罰的系統(tǒng)。在起跑階段的監(jiān)控技術(shù)已較為成熟，按照國(guó)際田聯(lián)的要求，電子起跑判罰器采用電子監(jiān)測(cè)對(duì)內(nèi)置于起跑器橫梁的壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其壓力變化，如全運(yùn)會(huì)采用的SEIKO（RM-100）起跑犯規(guī)監(jiān)測(cè)儀兼具搶跑報(bào)警、起跑反應(yīng)計(jì)時(shí)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)員起跑瞬間的智能化判罰。在途中跑階段，通過(guò)視頻圖像Mark點(diǎn)追蹤技術(shù)、視頻即時(shí)回放技術(shù)、視頻裁判助力技術(shù)以及視頻標(biāo)注技術(shù)，自動(dòng)判斷運(yùn)動(dòng)員的犯規(guī)情況，如發(fā)生肢體接觸、亂道等犯規(guī)情況。在沖刺階段，通過(guò)運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理技術(shù)的視頻圖像播放控制功能，自動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)員的名次判決并生成各道次運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)。在短、中距離項(xiàng)目中，賽前需要裁判員將視頻圖像采集速度調(diào)整為200HZ（fps），并調(diào)整攝像機(jī)使主光軸垂直于跑道，采用定點(diǎn)掃描拍攝，并保證每個(gè)攝像機(jī)都要拍攝到發(fā)令槍擊發(fā)瞬間。

3.2.1.2 長(zhǎng)、超長(zhǎng)距離項(xiàng)目智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

長(zhǎng)、超長(zhǎng)距離徑賽項(xiàng)目智能化判罰的系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合具體競(jìng)賽規(guī)則進(jìn)行智能化判罰，對(duì)于長(zhǎng)、超長(zhǎng)距離項(xiàng)目的判罰重點(diǎn)主要集中在起跑后直到比賽結(jié)束的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)于除競(jìng)走外的其他項(xiàng)目，都可以通過(guò)視頻追蹤和鷹眼技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化判罰，并結(jié)合芯片追蹤和長(zhǎng)距離項(xiàng)目記圈軟件的應(yīng)用記錄運(yùn)動(dòng)員成績(jī)。在競(jìng)走項(xiàng)目的規(guī)則中，規(guī)定要以裁判員的“肉眼可見”作為判罰犯規(guī)的主要依據(jù)，目前鷹眼技術(shù)在競(jìng)走項(xiàng)目中的智能化判罰技術(shù)仍存在爭(zhēng)議。因此，在競(jìng)走比賽中仍需要裁判對(duì)運(yùn)動(dòng)員的比賽過(guò)程的犯規(guī)情況進(jìn)行判罰。在執(zhí)行長(zhǎng)、超長(zhǎng)距離徑賽項(xiàng)目的判罰時(shí)，攝像機(jī)應(yīng)采用先變焦對(duì)準(zhǔn)，后定焦微調(diào)，從而獲得更加清晰的運(yùn)動(dòng)員的視頻圖像。

3.2.2 田賽智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

3.2.2.1 跳躍類項(xiàng)目智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

在起跳階段，采用視頻監(jiān)控技術(shù)和視頻即時(shí)回放技術(shù)，通過(guò)多視角且采集速度為100HZ（fps）高清攝像機(jī)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員起跳階段的犯規(guī)情況進(jìn)行判罰。在成績(jī)測(cè)量方面，跳遠(yuǎn)項(xiàng)目是運(yùn)動(dòng)視頻圖像測(cè)距技術(shù)運(yùn)用最為成熟的項(xiàng)目，通過(guò)運(yùn)用視頻測(cè)距技術(shù)可以在更短的時(shí)間內(nèi)得到比激光測(cè)距更加準(zhǔn)確的結(jié)果，如圖三所示，通過(guò)視頻測(cè)距技術(shù)對(duì)2020東京奧運(yùn)會(huì)我國(guó)運(yùn)動(dòng)員朱亞明第5次試跳進(jìn)行測(cè)量，得到的運(yùn)動(dòng)視頻測(cè)量和成績(jī)排名狀態(tài)示意圖。通過(guò)視頻圖像處理的各項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建出跳躍類項(xiàng)目的智能化判罰系統(tǒng)，通過(guò)全方位布局高清攝像機(jī)（如圖四），極大的減少了人為誤差并提高了比賽結(jié)果的公平性，并且除了固定機(jī)位外，增加多視角的移動(dòng)機(jī)位，從而更清晰的判斷運(yùn)動(dòng)員犯規(guī)情況，通過(guò)攝像機(jī)布局替代了大部分的裁判員，從而減少了裁判員對(duì)參賽運(yùn)動(dòng)員的干擾。

圖三 運(yùn)動(dòng)視頻實(shí)時(shí)測(cè)量和成績(jī)排名狀態(tài)示意圖

圖四 田徑賽事智能化判罰系統(tǒng)機(jī)位布局示意圖

3.2.2.2 投擲類項(xiàng)目智能化判罰的功能設(shè)計(jì)

投擲類項(xiàng)目智能化判罰系統(tǒng)需要對(duì)短距離和長(zhǎng)距離投擲成績(jī)都有精準(zhǔn)的測(cè)量，因此運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理的攝像機(jī)應(yīng)將采集速度調(diào)整為300HZ（fps），通過(guò)多視角布局的攝像機(jī)并結(jié)合視頻即時(shí)回放技術(shù)判斷投擲運(yùn)動(dòng)員出手時(shí)的犯規(guī)情況。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)視頻圖像測(cè)距技術(shù)完成投擲運(yùn)動(dòng)員每一次試投的成績(jī)測(cè)量。通過(guò)科技助力將投擲比賽裁判組的裁判員數(shù)量從十幾人減少至2-3人，實(shí)現(xiàn)智能化判罰后的投擲比賽每個(gè)裁判組包括一名裁判長(zhǎng)負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的犯規(guī)行為進(jìn)行警告和處理，一名裁判員負(fù)責(zé)組織運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行試投并管理投擲器械。

3.3 田徑賽事智能化管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、信息采集和管理技術(shù)等，構(gòu)建田徑賽事智能化管理系統(tǒng)（如圖五），運(yùn)用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合田徑賽事的特點(diǎn)，自動(dòng)形成田徑賽事秩序冊(cè)。通過(guò)信息采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)比賽環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能化照明。運(yùn)用信息管理技術(shù)，開發(fā)賽事APP，采用Hybrid App技術(shù)，實(shí)現(xiàn)web與APP間的高效兼容與良好的交互體驗(yàn)。

圖五 田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)與功能的設(shè)計(jì)模型

4 結(jié)論與建議

1.科技助力田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)和判罰是新的歷史時(shí)期世界體育賽事和體育科技發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求；田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的開發(fā)也將更好的推動(dòng)我國(guó)體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

2.田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)融合并應(yīng)用了包括現(xiàn)代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻圖像傳輸和直播、運(yùn)動(dòng)視頻圖像采集、快速反饋和多重處理、大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、分析、挖掘和云端共享、運(yùn)動(dòng)技術(shù)全景圖、運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)提取以及信息采集與管理等技術(shù)，能夠全面提高田徑賽事運(yùn)營(yíng)效率、判罰公正性以及賽事轉(zhuǎn)播質(zhì)量。

3.田徑賽事實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)，也必將對(duì)我國(guó)田徑運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的提升產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，通過(guò)構(gòu)建田徑賽事智能化管理系統(tǒng)，將比賽數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和反饋，從而有效推動(dòng)我國(guó)田徑科研工作的開展。

4.田徑賽事智能化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，可為完善田徑賽事運(yùn)營(yíng)提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。田徑賽事智能化判罰系統(tǒng)的應(yīng)用，可助推我國(guó)電子裁判等智能化判罰技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。