田径计时计分及现场成绩处理系统

一、 系统概述

计时记分及现场成绩处理系统是一个实时性很强、可靠性很高的以计算机技术为核心的电子服务系统，要求在竞赛中运用先进、可靠、实用和经济的网络技术以及信息技术完成比赛现场成绩信息的采集、处理、传输与交换，在完成现场各项任务的同时将所有比赛信息及时、准确的向公众媒体、互联网络及各有关系统发布。作为整个竞赛系统的组成部分，计时记分及现场成绩处理系统的设计成功与否将直接影响到竞赛系统的正常运行，因此现场计算机系统的设计具有非常重要的意义。

其中主要包括计时记分设备和现场的成绩处理两个主要的部分。其中计时记分设备主要是进行现场成绩的采集，现场成绩处理系统主要是负责在竞赛过程中处理各种数据。

二、系统设计原则

可靠性：在系统设计上保证系统的应变能力和容错能力，在硬件系统上选用高可靠性的设备；数据存储采用磁盘阵列和备份策略；软件设计上具备很强的容错能力，具有高可靠性、实时性和容错能力，不间断运行至赛会结束。

先进性：在系统设计上，我们采用先进的.net remoting/xml/RDBMS/Web Server/ Client架构开发多层应用系统，使软件的使用变得简捷方便；同时系统将是一个开放的系统，维护方便，只需在服务器端添加或修改管理模块，就可以满足新的管理需求。

实用性：系统以满足竞赛管理的实际需要为根本，以实时高效为准则，完善的系统配置为用户提供方便，提高系统的可操作性和可维护性。遵循大会总则和各单项竞赛规程，充分满足竞赛的各种要求。

扩展性：在技术上我们选用具有国际开放系统的标准，当现场情况与应用发生变化对系统提出更改要求时，可以轻松地完成系统模块与功能的更新与扩展。以适应瞬息万变的赛场需要。

安全性：在安全技术上我们采用数字签名技术和数据加密技术，实现用户身份的认证、签署意见的真实性、项目确认书的合法性；保证数据传输的安全可靠。

三、系统设计依据

本设计方案将依据以下资料进行设计：

有关国家（行业）标准、规范

国际各单项体育联合会（协会）标准、规范

体育场招标文件

四、系统设计方案

1. 总体设计说明

计时记分及现场成绩处理系统主要分为两个部分，一个是计时记分系统，一个是现场成绩处理系统。计时记分系统负责成绩收集和确定，现场成绩处理系统主要是负责数据的编排，收集，排名，打印等。

数据处理的流程主要是计时记分系统提供比赛的结果数据给现场成绩处理系统，现场成绩处理系统通过接口程序接收到运动员的比赛结果，并根据结果进行排名，并进行晋级等操作。

结构说明如下：

2. 设计方案

(1) 计时记分

体育场的计时记分主要是由田径比赛用的计时记分设备组成，根据不同的项目决定使用相应的设备。其中每个设备都有各自独立的安装位置与项目配合，现场的设备安装如图。

I. 竞速项目

竞速类的主要包括起跑装置、计时装置和终点感应和摄像装置，通过先进的图像采集系统将运动员的冲线结果以照片的形式拍摄下来，并进行对比。

设备能提供非常精准的计时功能和非常清晰的比赛成绩照片，可以方便的进行各种判读，使比赛更加精确。

II. 测距项目

主要包含测量运动员比赛结果的设备，以田径比赛为例，主要是跳远，三级跳，铅球，铁饼，链球。通过激光测量技术，使得测量出的结果精确有效。精度可以达到2mm-2ppm,测量的时间在3秒以内就可以发送到现场成绩处理系统。

III. 辅助设备

主要包括一些成绩指示设备和风速测量装置。

上述各类设备全部与预埋于体育场周边的专用通讯电缆连接，在比赛进行时通过专用插件连接在一起并且连接于现场成绩处理系统，并通过电脑联网，与整个体育场的成绩处理机房相连。

(2) 现场成绩处理

体育场计算机设备分布在比赛的各个位置，具体是体育场的计算机主机房，以及各个竞赛地点，其中包括检录处，成绩处理点，数据处理中心，编排记录组等，同时电视系统及现场显示屏系统还有若干设备连接到计算机网络中。所有比赛现场根据设计要求，在每一个具体比赛位置均有计时记分设备与计算机系统相连，现场成绩处理机通过网络接口连入计算机系统网络中，在数据处理机房、检录间、终点计时间、大屏幕控制室及编排记录组等所有需要架设网络工作站的位置均通过综合布线接口连入计算机网络环境中。系统原理图如下：

网络架构图

I. 系统结构设计

整个系统分赛前、检录、现场、统计和输出各部分实现的功能如下：

A：【赛前信息处理】

提前收集录入如下静态信息：

不同类型的运动会项目纪录，如世界纪录、亚洲纪录、全国纪录等。

参赛运动员姓名、号码、参赛项目等信息。

根据比赛规则确认赛次、赛程安排。

根据竞赛规则自动抽签产生第一赛次参赛运动员分组、分道信息。

B：【检录信息处理】

参赛运动员确认后需进行赛前检录，确认后信息通过网络将最终结果传送到各比赛现场。

C：【现场成绩处理】

实现与计时记分系统的连接（网络或串口），自动采集成绩信息。

根据竞赛规则进行成绩处理，排定比赛名次，完成进入下一轮（赛次）运动员资格编排。

根据不同需求产生各单项成绩公告、成绩册清样、数据库文件及文本文件。

D：【统计系统】

依照各竞赛项目团体名次、单项名次的排定方法，统计积分，确定名次。统计项目如下：

Ø 各代表团金、银、铜牌统计

Ø 平、破纪录统计

Ø 单项奖牌及得分统计

Ø 运动健将得分统计

E：【信息输出】

在赛前、赛中和赛后分别向现场显示屏系统、现场指挥系统、电视系统、电视评论员席、运动会中心机房提供各种类型的信息。其类型如下：

Ø 运动员出场信息

Ø 竞赛成绩

Ø 破纪录信息

Ø 奖牌、名次统计信息

II. 发布赛前信息

计时记分设备技术支持人员或操作人员要通过接收赛组编排信息，在现场比赛开始之前将比赛分组情况输入计时记分设备。

根据赛次的赛组编排结果，将赛组编排信息通过LED大屏设备进行信息发布，使观众了解即将开始的比赛与出场运动员名单以及比赛位置或出场顺序。现场评论员可以通过本系统了解赛次与赛程编排信息以及更深入地了解运动员及其它相关或感兴趣的信息如现场裁判员等。

同时，现场成绩处理模块将赛组编排的比赛状态信息置为进行之中状态，可能通过以赛组编排之进行中状态为线索来查询正在进行中的比赛信息。

III. 现场成绩记录

现场成绩记录根据比赛小项的不同以及比赛场馆与比赛场地的设备不同，可以分别通过外部通道服务系统来采集接收计时设备现场成绩数据、接收计分设备现场成绩数据以及人工手动录入等方式来完成现场成绩的记录。

在计时记分设备发生故障或通讯障碍的情况下，在原有记录成绩被判定无效的情况下，以及其它异常情况发生时，都可以通过人工手动方式来完成现场成绩记录的输入工作。

在比赛进行过程中计时记分设备将提供直接显示动态比赛成绩至场馆或比赛场地的LED大屏显示设备，同时列出世界纪录、亚洲纪录、全国运动会记录作为参考信息，以充分显示比赛的激烈程度的紧张气氛，使现场观众更加关注比赛并从中得到精神享受。

同时，现场成绩处理模块也可以接收计时记分设备的动态成绩，并播出至现场电视转播终端、现场评论席终端。在现场成绩创造新纪录时，即在LED大屏显示设备、电视转播终端、现场评论终端突出显示或闪烁显示所创造的新纪录。

IV. 发布现场比赛成绩结果

现场比赛成绩经打印通过现场裁判长签字确认后，即可以进行排名排序处理，并通过外部通道服务系统向LED大屏显示设备、现场电视转播终端、现场评论终端、赛场广播终端发布现场比赛成绩结果。同时通过比赛场馆资料服务中心中转将比赛成绩结果发送包括创新纪录成绩结果以及其它相关信息至数据处理中心，以供综合成绩处理、公众网上查询以及其它综合信息利用需要。

V. 赛次成绩处理

本系统支持同一个赛次在不同的比赛场馆、比赛场地进行。因此现场成绩需要通过上传并为数据处理中心所接收，对参加比赛的运动员/运动员集体/运动队进行根据同一赛次在不同分组中的比赛成绩进行排名与排序。以得出特定赛次的比赛成绩的排名与排序结果。为同一个项目的下一个赛次的编排与赛次分组编排提供依据，或为最终确定特定比赛小项的成绩名称与排序提供依据。

如果一个比赛小项自始至终均在同一比赛场馆进行，考虑运作效率，对于赛次成绩处理可以同现场计算机操作员在比赛场馆数据处理中心进行，并将结果通过内部公共服务系统提供的上传下载通道服务将赛次成绩处理结果传递至数据处理中心。

赛次成绩处理根据不同的比赛小项的特性可以通过场馆系统传送并发布到LED大显示设备、广播终端、评论席终端以及现场电视转播终端所主动查询获取。

VI. 现场成绩与单项名次处理

在特定比赛小项的全部赛次比赛结束后，成绩处理模块将根据运动小项的竞赛规则，依据现场成绩结果调用算法库对特定的比赛小项的最终成绩进行处理，并得出特定的比赛小项的最终成绩与排名排序。

比赛小项最终成绩处理结束后，现场成绩处理模块将相应的信息通过外部通道服务系统发布至不同终端以及提供网上查询。

3. 系统产品说明

3. 1产品概述

田径比赛是综合运动会中项目最多、参加人数最多、场地大、设备多，设备分布点变化大的项目，由于这些原因，为保证比赛的顺利进行，我司选用由原国家体育总局直属科研所昆明体育电子科研所研制的符合国际标准的现代化比赛所需的全套田径计时记分系统，电子计时记分系统作为田径比赛进行的一个重要环节涉及与多个外部系统的联接，在场地建设上要为该系统预留专用的管线、电缆井，在内外场地建造专用的控制室和摄影设施。从多方面保证计时记分系统工作稳定、可靠、准确、迅速，这个系统工作状态的好坏将直接关系到比赛效果。

3. 2系统的组成

田径计时记分系统分径赛设备和田赛设备和成绩公告显示屏三部份，其中

径赛设备组成：

A、网络化终点摄像计时及判读系统

B、径赛实时计时器

C、计圈器

D、超声波风速测量系统

E、抢跑监测系统

田赛设备组成：

A、激光测距仪

B、田赛成绩公告牌

C、延时计时器组成

D、超声波风速测量系统

系统框图如下图所示：

下面分别介绍。

 

A．网络化终点摄像计时及判读系统----径赛设备

1．系统简介

3CCD摄像终点计时及判读系统是国际上最新型的终点电动计时系统，它应用了先进的CCD（或CMOS）摄像技术、现代嵌入技术、网络技术、数据图像压缩处理技术、光学成像等光机电一系列高新技术，可应用于体育竞赛竞时项目，是国际国内体育大赛必不可少的计时设备，该系统能迅速准确、实时地判断出运动员冲刺终点线的先后名次并读出成绩，保证体育竞赛的公平、合理。

该系统具有计时精度高、操作简便、判读速度快、成本低廉等优点，可打印成绩单、打印图像及发送成绩。符合国际竞赛规则关于径赛终点全自动计时设备的要求。适合于各种级别的田径、自行车、赛马、赛艇、皮划艇、速滑等终点计时竞赛项目。

2．系统组成

全套系统由专用网络化终点摄像头、发令传感装置、计时控制及成绩判读机、激光打印机、可擦写光驱、UPS 电源组成基本计时系统,如图。

3. 系统原理

利用3CCD摄像器件采集运动员冲刺终点线瞬间的窄缝图像（全彩色图像），由专用网络终点摄像头内的控制电路对该图像进行数字化处理并与对应时间叠加，形成运动员冲刺终点瞬间的连续窄缝数字图像，存入动态存储器中，通过网络接口与计时控制及成绩判读机相连，并将图像和时间数据高速传输到计时控制及成绩判读机，该机将图像数据重建在显示器上显示，裁判通过移动垂直时标线到运动物体的某一特定部位（按竞赛规则规定），按一下鼠标键确认后，就自动读出成绩，成绩自动排序，并打印成绩表，发送成绩。每项比赛完毕，图像和时间数据及判读成绩可存入硬盘中，长期保存。

4、系统功能

• 由声转换成电讯号，经电缆传输自动启动计时（延时小于1/1000 秒），当运动员通过终点线时被专用网络化终点摄像头摄入图像，再经过处理组成带时标的图像，组成起点、终点无人为因素的客观、公正的全自动计时。
• 数据图像硬盘或光盘存储。
• 计时控制及成绩判读机可作图像放大、伪彩色变换、边缘提取等图像处理。
• 判读出成绩由激光打印机直接打印输出，经USB接口可传到竞赛网络计算机，从而将成绩传到显示牌、 成绩编排等处。
• 被记录的图像和处理后的图像可由激光打印机打印。

成绩判读软件及主机

5、主要技术参数

3CCD进口工业级彩色高速摄像机

RGB分光棱镜

千兆网口图像数据输出

像素列宽4K

计时时钟准确度＜2×10-7，稳定度＜２ｘ10-7

窄缝采样间隔：最高1／14000秒

可判精度：最高1／5000秒

采集终线图像窄缝宽度：14ｕｍ

图像:灰度等级：256级

终点线光照度：≥2200Ｌｘ

终点设备在交流电瞬间停电时，ＵＰＳ备用电源可在15分钟内不丢数据

终点设备交流220Ｖ±10％供电，功耗1200瓦，发令装置由9Ｖ电池供电

工作温度：-5℃－35℃

 

B．径赛实时计时器----径赛设备

1．简介

本设备能直观地在竞赛中给运动员和观众提供从发令计时的实时进行情况，属完整的半自动计时设备。径赛实时计时器不仅能与全自动终点摄像计时配合使用（配有相互接口），在一些竞时项目更换终点传感方式后就是符合规则的正式计时装置，如自行车、滑雪、滑冰等。此外还可用于径赛的训练等，它是多用途计时设备。

2、组成

径赛实时计时器由计时控制计算机、打印机、红外光电拦切装置，7位7段超高亮度LED显示牌组成，计时控制计算机能自动接收来自发令传感器的讯号启动计时器工作，接收来自运动物体经过终点瞬时的光电拦切信号，自动停止计时；同时输出一路控制设在场内的时间公告牌，另一路可输出到实时时间视频叠加为电视提供滚动时间视频信号。成绩可由打印机打印。

3．主要技术参数

室外高亮度LED数码计时牌

时钟LED8字:宽128MM高256MM

亮度0-255灰度级可调

数码LED8字颜色：红色标配，蓝色、黄色、琥珀色可选

数码LED8字数位：7位

支持时间显示：0.0--9:59:59:99

通讯方式:RS485

传输距离:1200米

控制方式:有线

连接方式:4*0.75平方电缆,航空插头

供电电压：12V

功率：100W

防水等级：IP65

C．计圈器----径赛设备

供径赛长距离比赛中记录运动员所跑圈数，三面显示方便观众和运动员观看。改变圈数用控制器人工键入。自带铜质摇铃。

技术指标如下：

室外高亮度LED数码记圈器

时钟LED8字:宽128MM高256MM

亮度0-255灰度级可调

数码LED8字颜色：红色标配，蓝色、黄色、琥珀色可选

数码LED8字数位：2位

显示方向：3面（360度）

支持时间显示：00—99

控制器可供人工键入用

配有脚轮便于移动

供电电压：12V

功率：100W

防水等级：IP65

D、超声波风速测量系统----径赛设备

用于比赛中运动员跑运过程中风速的测量，360度风向测量，支持各个角度的取正、取负。风速分辨率0.1米/秒，最大支持9.99米/秒。它包括360度超声波风速仪、三面LED室外高亮风速显示屏、多功能风速测量控制器及风速测量控制手柄。

风速仪主要技术参数：

风速

测量范围 0 to 40m/s

分辨率 0.01m/s

阀值 0.01m/s

精度 ±1%±0.05m/s (0 to 30m/s)

±3% (30 to 40m/s)

风向

测量范围 0 to 360°

仰角范围 ±60°

分辨率 0.1°

精度 ±2°(1 to 30m/s)

±5°(30 to 40m/s)

串行输出

串行输出 RS-232 or RS-485

波特率：1200 to 38400

刷新率：4to 32 Hz (用户可选择)

360度超声波风速仪

E、抢跑监测系统----径赛设备

通过带电子传感器的塑胶跑道专用起跑器，检测运动员的起跑反应时间，并根据竞赛规则规定，判定是否有运动员起跑犯规。该设备由电子监测起跑器、100米起端监跑及扩声设备、200米起端监跑及扩声设备、400米起端监跑及扩声设备组成。支持报警声耳机输出。

主要技术参数：

支持10跑道数据采集

计时时钟准确度＜2×10-7，稳定度＜２ｘ10-7

延时误差：小于1/1000秒

压力测量：0-150KG

分辨率：0.6KG

支持扩声设备

支持耳机声音输出

支持成绩打印

A、激光测距仪----田赛设备

激光测距仪该仪器利用激光测量原理，测量跳远、标枪、铅球、链球田赛项目运动员的成绩，并将成绩传给田赛管理计算机，从而实现成绩的处理和公告。

主要技术参数：

全中文显示，操作简单方便

数字/字母键输入，野外输入更加方便

丰富的应用测量程序，如道路测设软件、对边测量、悬高测量、面积计算、偏心测量、新点设置、坐标测量、坐标放样等等，极大地方便了工程应用

超大容量内存，数据管理方便简捷

坐标：24000已知点

数据采集点：24000观测点

装备长效电池，作业时间长达10小时

特别耐用，防水防尘等级达IP54级

测角精度：±2”/5”，绝对法测角，无需过零检验

测距精度：±（2mm+2ppm*D）

测程：2km/单棱镜

高速测距：精测1.2秒，粗测0.7秒，跟踪0.4秒

B、田赛成绩公告牌----田赛设备

田赛成绩公告牌是用LED显示器件，显示运动员号码、次数、成绩及成功或失败信息。它由专用田赛成绩公告牌控制器控制，也可由联网微机控制并可旋转。

显示牌主要技术参数：

运动员号码显示四位：

0000-9999

次数显示一位：0-9

成绩显示四位：0.00-99.99

显示牌向左或向右旋转90度，自动回位

室外双基本LED显示屏

I3 4G 500G RS485接口

显示屏像素：1580MM*960MM

点间距：10MM

显示颜色：红绿黄

颜色灰度级：256

C．延时计时器----田赛设备

该设备供田赛使用，根据国际田径竞赛规定，当运动员准备完毕后，必须在规定的时间内完成动作，该机就是为完成此功能给裁判和运动员提供依据，同时也使观众和运动员本身了解时间进行情况。

1、技术参数：

由单片机控制。

支持0-9.99秒计时及显示

支持亮度调节

支持测量/复位功能

支持声光提示

防水等级：IP65

牌面钟由分、十秒、秒递减显示。

最大计时9分50秒，根据规则和实际进行情况，由拨码盘任意选择计时数。

电压：交流220V±10V整机耗电220W。

D、超声波风速测量系统----田赛设备

用于比赛中过程中风速的测量，360度风向测量，支持各个角度的取正、取负。风速分辨率0.1米/秒，最大支持9.99米/秒。它包括360度超声波风速仪、三面LED室外高亮风速显示屏、多功能风速测量控制器及风速测量控制手柄。

风速仪主要技术参数：

风速

测量范围 0 to 40m/s

分辨率 0.01m/s

阀值 0.01m/s

精度 ±1%±0.05m/s (0 to 30m/s)

±3% (30 to 40m/s)

风向

测量范围 0 to 360°

仰角范围 ±60°

分辨率 0.1°

精度 ±2°(1 to 30m/s)

±5°(30 to 40m/s)

串行输出

串行输出 RS-232 or RS-485

波特率：1200 to 38400

刷新率：4to 32 Hz (用户可选择)