含人工裁判执法的竞技运动中检含人工裁判执法的竞技运动中检测及传感器应用测及传感器应用篮球、足球运动中，传感器在裁判篮球、足球运动中，传感器在裁判对出界判球罚中的检测及转换应用对出界判球罚中的检测及转换应用背景介绍 随着社会的不断发展，竞技体育已经发展的随着社会的不断发展，竞技体育已经发展的越来越成熟，越来越规范。而随着各种运动的不越来越成熟，越来越规范。而随着各种运动的不断普及、竞技体育职业化的加强及电视转播水平断普及、竞技体育职业化的加强及电视转播水平的提高，喜爱和观看竞技运动的人也逐渐增多。的提高，喜爱和观看竞技运动的人也逐渐增多。可以说竞技体育是一种艺术的创造，给人一种既可以说竞技体育是一种艺术的创造，给人一种既激烈、精彩又和谐、优美的感觉。激烈、精彩又和谐、优美的感觉。 同样随着生活水平的提高运动员身体素质也同样随着生活水平的提高运动员身体素质也不断提高；随着科学水平的提高运动员的训练也不断提高；随着科学水平的提高运动员的训练也变得更科学化。于是运动员们不断超越极限使得变得更科学化。于是运动员们不断超越极限使得比赛变得更快速，动作变得更复杂，比赛进程变比赛变得更快速，动作变得更复杂，比赛进程变得更加不可思议。得更加不可思议。 可以说这一切都使得竞技体育的观赏性大大增强。但是同时带来的却是麻烦，对裁判判罚工作的麻烦。 由于职业化加强，比赛的每次判罚都会带来相应的的利益关系。比赛的前进方向的重要程度不断加强。 由于运动员本身能力增强了，很多当初规则制定时运动员做不出来的动作现在可以了，即便规则为此不断改变，但很多人工判罚的比赛裁判还是很难在瞬间仅用肉眼做出正确的判断，争议判罚越来越多。 由于电视转播技术的提高，观众通过先进的转播技术常能发现裁判的误判。但是裁判又必须作出实时的判罚而不能每次判罚都中止比赛去看录像。 这一切反而又使比赛的观赏性、公平程度、公正程度下降。这势必会影响竞技体育事业的发展。 是谁？到底是谁把球打出底线？2010总决赛第二场关键判罚却因争议！？ 即使有多角度细致慢速的录像回放，依然要用眼睛去看录像，无法实质性解决问题！ 两次移动掩护犯规的争议判罚 判罚难度在于掩护犯规的多个标准：1、掩护球员站定时间；2、进攻球员启动时间；3、掩护者与防守者身体接触位置；4、是否有附加的肢体动作。 这一系列复杂的判罚标准莫说要裁判在一瞬间作出正确判断，就是反复观看慢放录像依然说不清道不明。 2010年南非世界杯最具争议亦是最明显的一次误判。赛后，裁判也承认这是误判，却无法改变结果。由于足球比赛的特殊性，裁判不可能中途暂停比赛去看录像回放，裁判的当即判罚即为最终判罚。 若能在球过线瞬间立即有反馈经传感器及相关处理传达至裁判员那儿，如此误判便不再可能发生。看台上都说进了越位判罚是足球比赛判罚中又一极易出现争议且可能直接导致进球有效或无效，从而改变整场比赛结果的判罚。而大多数情况越位判罚是由边裁决定的，而边裁要在高速且多变的往返跑中快速准确的作出判断真的是非常艰难（1、要在看到传球人的出球时刻的同时看清接球球员的位置；2、要迅速找到过最后两名防守球员中靠前一位球员身体且平行于底线的水平线的位置位置）问题提出 由于竞技体育种类繁多，不可能一一探讨，由于竞技体育种类繁多，不可能一一探讨，故本次研究我挑选了两项具有代表性的人工裁判故本次研究我挑选了两项具有代表性的人工裁判执法的运动进行具体研究，即篮球和足球。执法的运动进行具体研究，即篮球和足球。 同样，若把这两项运动的所有规则与判罚都同样，若把这两项运动的所有规则与判罚都一一做细致讨论，即是不可能也是不必要的。所一一做细致讨论，即是不可能也是不必要的。所以本次研究的主题是：怎样利用传感技术解决球以本次研究的主题是：怎样利用传感技术解决球出界时裁判对球权的实时判罚（足球中进球与否出界时裁判对球权的实时判罚（足球中进球与否与球是否出界的判罚标准实际上是一致的）。与球是否出界的判罚标准实际上是一致的）。问题分析对出界的判罚主要需解决两个问题：1、球是否出界（足球中是否进球）？2、是谁将球碰出界？即出界前谁最后触球？1、球是否出界这里需简单介绍对出界球判罚中篮球与足球的不同规则：这里需简单介绍对出界球判罚中篮球与足球的不同规则：1 1）篮球：球接触界外地面或压线才算出界。若运动员持）篮球：球接触界外地面或压线才算出界。若运动员持球，则球与运动员身体一体，此时运动员身体任一部分接球，则球与运动员身体一体，此时运动员身体任一部分接触界外地面均算作出界。触界外地面均算作出界。2 2）足球：球的整体位于边线或端线外沿之外为出界，整）足球：球的整体位于边线或端线外沿之外为出界，整体位于球门线外沿之外为进球。体位于球门线外沿之外为进球。 此处整体即球的圆投影，此处整体即球的圆投影，而整体在线外延之外包括球在空中而投影已经在线外沿以而整体在线外延之外包括球在空中而投影已经在线外沿以外的情况。外的情况。3 3）两者不同点比较：）两者不同点比较：a a、篮球：球场线为界外；足球：球、篮球：球场线为界外；足球：球场线为界内。场线为界内。b b、篮球：球接触界外地面为出界；足球：、篮球：球接触界外地面为出界；足球：接触界外地面或空中已处在界外均为出界接触界外地面或空中已处在界外均为出界2、是谁将球碰出界对于球权判罚，二者规则相同。即一方将球碰触出界外，则球权归另一方。这里需要探讨一个问题双方同时触球，篮球中，若双方同时触球（即使是在出界前），将判罚争球。足球中这个问题讨论的意义不大，即便是进球也只是是否为乌龙球的争议罢了。问题解决方案设想（足球中讨论是否进球）逐步分析：逐步分析：1 1、最初我想使用最简单的压力传感器检测界外部、最初我想使用最简单的压力传感器检测界外部分是否存在球的压力。但有几点行不通：分是否存在球的压力。但有几点行不通：1 1）界外）界外部分存在太多不同的压力，如要单单分辨和感应部分存在太多不同的压力，如要单单分辨和感应球的压力，这种传感器实现起来十分困难。球的压力，这种传感器实现起来十分困难。2 2）篮）篮球中球员持球即一体的规则，使得球员持球出界球中球员持球即一体的规则，使得球员持球出界（尤其是持球踩线）难以感应。（尤其是持球踩线）难以感应。3 3）足球中球在空）足球中球在空中出界也为出界，这种非接触式的感应压力传感中出界也为出界，这种非接触式的感应压力传感器无法实现。器无法实现。2、以上问题导致我需要一种非接触或者非应力性接触的传感器去实现。这个方向让我想到了感光的传感器，利用球对光线的遮蔽进行出界检测。但问题随之出现，比赛中遮光的物体是在太多，遮光情况的出现更是难以预料。3、于是我改变思路，首先要做的是要从整体上知道我需要的是什么样的检测方法和传感器，而非片面的从单一方向解决问题。4、逐一列出检测条件：1）接触与非接触均能准确检测到。2）运动场上其他因素能被排除在检测内容之外。3）为增大检测的可靠性，最好是各个检测者又互为检测对象。4）检测结果能立即反馈到裁判员那里。5、根据以上条件，主要的检测传感器最佳的位置应该是在球上，而场地上和球员身体上需要安装的是球上的附属感应装置。互为检测而已球为主。且需要主传感器在感应的同时能自行处理所感应的信息。所以传感器应是智能传感器。方案提出与实现1 1、根据设想，解决方法为：在球上安装智能传感、根据设想，解决方法为：在球上安装智能传感器，在场地和运动员身上安装其附属传感器。器，在场地和运动员身上安装其附属传感器。2 2、智能传感器（、智能传感器（intelligent sensor intelligent sensor ）：对外界信）：对外界信息具有一定的检测、自诊断、数据处理以及自适息具有一定的检测、自诊断、数据处理以及自适应能力的传感器。其作用是对于诸如热、光、力、应能力的传感器。其作用是对于诸如热、光、力、声、运动等物理或化学的刺激做出反应，感受被声、运动等物理或化学的刺激做出反应，感受被测刺激后定量地将其转化为电信号，信号调理电测刺激后定量地将其转化为电信号，信号调理电路对该信号进行放大、调制等处理，再由变送器路对该信号进行放大、调制等处理，再由变送器转化成适于记录和显示的形式输出。转化成适于记录和显示的形式输出。 3、对此传感器的要求：1）主传感器结构坚固，性能稳定。因为不论篮球或足球，在比赛进行中都时刻都会受到很强烈的力的作用，需要传感器在长时间受撞击的情况下仍能稳定工作。2）主传感器能智能处理和反馈检测结果。需要球内传感器与其附属传感器相互检测，使球内传感器知道自己处于何处、和谁相接处。3）附属传感器要有自己的特性。使得其在被检测时让主传感器判断出此传感器的特点。4 4、检测原理：球检测球场或运动员。、检测原理：球检测球场或运动员。1 1）判断是）判断是否出界：由球内的智能传感器自行感应自己处于否出界：由球内的智能传感器自行感应自己处于球场的哪个位置（附属传感器要能够让主传感器球场的哪个位置（附属传感器要能够让主传感器分辨场地不同位置）。再由球内智能传感器的微分辨场地不同位置）。再由球内智能传感器的微处理装置根据所处的位置判定是否出界并及时反处理装置根据所处的位置判定是否出界并及时反馈至裁判处。特殊情况：篮球中队员持球出界情馈至裁判处。特殊情况：篮球中队员持球出界情况。若球与球员相接处，则传感器智能装换，由况。若球与球员相接处，则传感器智能装换，由球员身上的附属传感器代替主传感器做判断及处球员身上的附属传感器代替主传感器做判断及处理工作。理工作。2 2）判断谁碰出界：球每次和运动员接触）判断谁碰出界：球每次和运动员接触都做信息存储，下一次换队接触便更新信息存储都做信息存储，下一次换队接触便更新信息存储（要求不同球队运动员身上的附属传感器有主传（要求不同球队运动员身上的附属传感器有主传感器可辨别的差异），直至出界，球内传感器将感器可辨别的差异），直至出界，球内传感器将最新的球员接触情况的信息存储反馈给裁判，裁最新的球员接触情况的信息存储反馈给裁判，裁判由此判定。判由此判定。待解决技术问题1、由于球场各类因素多变，突发情况过多且不定，所以很难就单一物理量做检测转换，所以需要智能传感器能综合感应各种物理量并作装换。2、主传感器与附属传感器间的感应连接及功能共用，附属传感器要有标识功能令主传感器能辨别代表不同意义的附属传感器。小结与后记以上仅是我的创新设想，更多的是我对这一问题以上仅是我的创新设想，更多的是我对这一问题的思考与解决方式的理论推理。这一设想还存在的思考与解决方式的理论推理。这一设想还存在着许多不实际的地方和待解决的技术问题。着许多不实际的地方和待解决的技术问题。但我是真的非常喜欢观赏竞技运动，也非常希望但我是真的非常喜欢观赏竞技运动，也非常希望上述方式可以实现并解决这些问题。提供给竞技上述方式可以实现并解决这些问题。提供给竞技比赛一个客观上相对公平公正的环境，技术上消比赛一个客观上相对公平公正的环境，技术上消灭这类比赛中的人为误判灭这类比赛中的人为误判李宗阳22080123电气08-1班