计时系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于比赛计时的计时系统，本发明还涉及一种用于比赛计时的计时方法。

背景技术

目前体育比赛的电子计时系统输出的都是最终成绩，无法监控运动员比赛过程中的实时速度和位置。在一些比赛中，例如越野赛、公开水域游泳比赛中，除最终成绩外，还需要时刻关注运动员的实时位置和身体状况，确保运动员的人身安全，保障在出现异常后及时到达现场进行处理。

一般而言，场地赛具有相对固定的线路，运动员的活动范围极为有限，对所适配的计时系统的要求也相对较低，对于如越野赛、公开水域游泳比赛而言，受随机因素的影响比较大，不容易实时确定运动员的位置。同时，例如在公开水域，水文条件可能会比较复杂，运动员的身体状况一旦出现问题，极易发生危险，当前的计时系统欠缺对运动员身体状况进行监控的单元。

发明内容

在本发明的实施例中，提供了一种易于确定运动员位置，且能够有效确保运动员安全的计时系统，在本发明的实施例中，还提供了一种计时方法。

在本发明的实施例中，提供了一种计时系统，应用于在开放区域组织的比赛，所述计时系统包括：

主机；

发令系统，与所述主机连接，主机在发令系统发令后开始计时；

传输基站群，在给定的开放区域布设并以所述主机为上层节点建立网络，使该开放区域的任何位置至少被三座传输基站所覆盖；

定位模块，每一配置给运动员该定位模块具有唯一的ID，与所述传输基站群间基于三点定位法确定运动员的位置；该定位模块至少配有手动求救指令发出单元，以通过传输基站群向主机发出第一求指令；

终点检测模块，与所述主机连接，以检测运动员到达终点的时刻。

可选地，所述定位模块包括用于监测运动员身体状况的穿戴式装置。

可选地，穿戴式装置包括心率传感器；

相应地，于定位模块侧独立存储或主机侧数据库存储有佩戴该定位模块的运动员的心率经验数据，根据心率传感器监测到的心率数据与心率经验数据的比对确定是否发出第二求救指令。

可选地，定位模块配有用于检测运动员运动姿态的陀螺仪。

可选地，所述主机配有屏幕或在配有屏幕的情况下配有独立的告警装置。

在本发明的实施例中，还提供了一种适配于前述计时系统的计时方法，应用于在开放区域组织的比赛，所述计时方法包括：

比赛发令后开始计时；

基于分布在给定的开放区域的传输基站群中传输基站与运动员所佩戴定位模块间的距离，利用三点定位法确定运动员的位置，实时或间隔预定时间后发送给作为传输基站群上层节点的主机；

若运动员主动通过定位模块或定位模块自主向主机发出求救指令，该求救指令绑定有运动员的当前位置；

当前运动员到达终点，主机对该运动员的计时截止，直至全部运动员完赛。

可选地，一场比赛具有一个或者多个发令，以适配同一比赛中的不同出发组的计时；

相应地，每一出发组以该出发组对应的发令时为计时起点。

可选地，实时监测运动员的身体状况，与当前运动员的身体状况的经验数据相比对，若超差大于给定的阈值时，所述定位模块自主向主机发出求救指令。

可选地，定位模块实时监测佩戴该定位模块的运动员姿势和运动参数，实时或间隔地向主机发送绑定运动员ID的姿势和运动参数数据。

可选地，求救指令基于运动员主动而具有第一求救指令，并基于定位模块的自主而具有第二求救指令；

相应地，求救指令被分类管理，且至少为第二求救指令配有分级管理；

响应所述求救指令，主机侧发出用以区分不同求救指令或级别的求救信号。

在本发明的实施例中，于例如公开水域预先布设传输基站群，该传输基站群以主机为上层节点构建网络。同时，为每一位运动员配设定位模块，根据定位模块与传输基站群中传输基站的距离，可以通过三点定位法确定运动员的位置。而定位模块侧还至少配有由运动员可直接控制的用于发出求救指令的求救指令发出单元，用于保障运动员的安全性。从而有效的适配在开放区域，运动员不容易定位，且一旦出现健康问题，不容易对运动员进行救援的问题；相应地，一般而言，开放区域的比赛一般运动员众多，单个运动员定位困难，通过唯一ID标识的定位模块，利用三点定位法可确定运动员的位置；如果运动员出现健康问题，则根据定位位置也可以快速的找到相关运动员，从而确保了运动员的安全。

具体实施方式

在本发明的实施例中，在开放区域组织的比赛是指非场地比赛，或者说与场地比赛并列的比赛形式，例如在公开水域组织的游泳比赛，摩托车越野赛，汽车越野赛，马拉松，在如环青海湖等非场地自行车比赛。这类比赛的共有属性是参赛人员一般比较多，比赛的组织者无法照顾到每一名运动员，并且在比赛进行过程中，参赛人员的运动轨迹比较复杂，人员分布也比较广。对于安全性而言，如在公开水域组织的游泳比赛，一旦运动员出现溺水情况，往往无法及时对外发出告警，或者即便是有告警也无法被准确定位的情况。

需知，计时系统往往是一个系统，而不是单一的纯粹以计时为目的的设备，当前的计时系统往往集成了较多的功能单元。

在本发明的实施例中，计时系统主要由发令系统、定位模块、传输基站、处理主机、提醒系统，以及终点检测模块组成。下面先对计时系统的基本构成逐一进行说明。

发令系统：首先，关于发令，其本初的意思是发出命令或者号令，在比赛中常见的发令设备是发令枪，而在本发明优选的实施例中，法令系统是可以与主机间连接的电子设备，但并不排除如发令枪的使用，随着技术的发展，发令枪本身也配有与主机通信的通信模块，以向主机主令地提供一个出发时刻。在一些实施例中，发令可以集成在主机侧，并配属能够发出声音和/或光的外设，发令时，相应的外设同时动作，如发出比赛开始的声响。另需注意的是，某些非场地赛，因人员众多，可以有多个发令或者多个批次的发令。再如汽车拉力赛，车辆通常一辆一辆的发车，发令的数量往往与赛车的数量完全一致。

定位模块：与计时系统相同的定义，定位模块当前也不仅仅单指如GPS模块、北斗导航模块，而是集成了这些模块的集成电路，单就如GPS模块而言，其本身集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并且通常还配有一些外围电路。在本发明的实施例中，受各种使用环境的限制，其可以包含外壳，对于应用于如在公开水域组织的比赛，还需要考虑外壳的防水级别，相应地，定位模块所适配的集成电路被保护在外壳内。

在本发明的一些实施例中，集成电路由主控CPU、UWB定位模块、陀螺仪、心率传感器、电池以及配套外围电路组成。其中UWB定位模块配合传输基站，实现UWB定位模块的位置计算；陀螺仪通过对身体状态的监控，判断运动员的姿势和运动参数，用来计算运动员的速度和运动形态；心率传感器采集运动员的心率，作为判断运动员健康状况的一个重要依据。以上，产生位置数据、陀螺仪数据和心率数据，这些数据统称为比赛数据。而例如主机侧数据库存储的用于与比赛数据相比对的数据统称为经验数据。

位置数据、陀螺仪数据和心率数据均通过UWB定位模块传输到基站。外壳将集成电路纳入，可以在外壳上配置如求救按钮。还可以为集成电路配置充电模块；当按下求救按钮时，UWB定位模块向基站发送预先设定的求救指令，并把定位模块的位置和ID 通过主机侧的例如屏幕呈现给比赛组织者。充电模块提供触点或无线的充电方式。

关于定位模块，可以根据比赛的形式选择不同的装设方式，如游泳比赛，可以将定位模块佩戴在运动员的腕部、头部、北部等位置，而对于例如汽车拉力赛，则可以将定位模块安装在汽车上，自行车比赛则可以将定位模块安装在自行车上。

传输基站：为了满足定位的要求，传输基站至少配有三座，从而在预定的比赛场所形成传输基站群。传输基站主要用来实时接收定位模块发送过来的上述数据，如位置数据、陀螺仪数据、心率数据，这些数据可以分开发送，也可以统一封装后发送，还可以分别封装，分时发送。

传输基站接收上述数据，与定在模块多次通信，实现模块定位，并将数据通过网络发送给主机；接收陀螺仪数据和心率数据，将数据传递给主机。

传输基站与作为上层节点的主机间的传输方式包括有线传输、无线传输、移动数据传输等。

传输基站与定位模块间的传输方式主要采用无线传输或移动数据传输。

主机：主机可以是一台，也可以是多台计算机，并配置相应的外设，如赛场大屏幕，比赛组织侧的小屏幕，以及告警装置等。主机与传输基站通过网络连接，接收并处理定位数据、陀螺仪数据和心率数据。主机侧的数据库储存每位运动员的相应信息，该信息包括但不限于运动员的身体机能数据，如静态心率、运动心率等。同时，对这些信息预设的参数，以判断参赛者的位置和身体状况是否正常，如果不正常，向如提醒系统发出指令，提醒系统动作。

主机侧所连接或者所配的外设检测到运动员到达终点后，记录到达终点的时间，并进行排序和成绩处理。

提醒系统：提醒系统可以作为主机的外设，也可以独立配置，提醒系统提供但不限于告警。在一些实施例中，提醒系统可以由手机APP、大屏幕、警示器等组成。

其中，手机APP和大屏幕中显示参赛者的实时位置和状况，当有异常发生时，进行报警。警报级别根据预先设置可分为多类、多级，分别表示不同的状况。警报方式包括屏幕上显示特定颜色和字符、发出声音、屏幕闪烁灯。

提醒系统还可以包括警示器，警示器是佩戴在裁判员身上的一个装置，可以发出声音和震动，不同的警告级别发出不同的声音，并配有不同的震动频率和时间。

终点检测：对于计时精度要求高的比赛，在终点配备触摸板和/或摄像头。触摸板上安装压力传感器，当运动员触碰时，压力传感器将数据发送给主机，主机根据定位模块的ID和压力传感器值进行计时。摄像头采集到边的运动员的影像，通过人脸识别、编号识别或人工识别，判断参赛者的身份，与计时数据统一发送到主机，实现精确计时。

关于计时方法，依赖于前述的计时系统，其包括以下步骤：

1.主机录入运动员信息，制定出发批次，并且为从数据库中调用相关运动员的经验数据，以匹配比赛数据。

2.在比赛区域，安装多个传输基站，形成传输基站群，需确保比赛区域中任何位置都被至少3个传输基站所覆盖。

3.在主机侧，确定传输基站的位置和运动员必经的区域，并进行校准；必要时匹配比赛区域的地图，建立该地图的坐标数据，或者直接调用经纬数据。

4.针对某一个出发批次，发令系统发令，主机针对该出发批次开始计时；相应地，每一个出发批次对应一个出发时刻。

可以理解的是，如果只有一个出发批次，在一个比赛周期内，发令系统只有一个发令。

5.定位模块与传输基站之间每隔一段时间进行校时，同步时钟；

6.定位模块每隔一段时间，例如0.5秒，向传输基站发送包含自身ID和当前时间T1的定位指令；

7.各个传输基站接收到定位指令后，整合当前时间T2与包含ID和发送时间T1的定位指令，发送给主机计算或者传输基站自动完成相应计算；

定位模块与单个传输基站的距离按照公式：（T2-T1）×C计算，C是光速；

获取到定位模块与任意3个传输基站的距离数据后，例如3个基站的坐标分别为（a1,b1,c1）、（a2,b2,c2）、（a3,b3,c3），定位模块到三个基站的距离分别是l1、l2、l3，设定位模块的坐标为（x,y,z），3个未知数，3个方程，即可以确定出定位模块的位置，此即三点定位法。

8.主机记录下当前定位模块的当前位置和T1，存储到指定的数据库中，并显示在屏幕上；

9.主机根据位置判断是否经过某个设定区域，到达当前的设定区域后，记录实时时间。

10.当到达终点区域时，主机侧数据库记录到达终点的时间，作为比赛时间。

为提高精度，可使用终点检测系统，配合定位模块完成计时；在这种情况下，计时以终点检测系统为准。

当基站在一定时间内（t）没有接收到定位模块信号，说明佩戴定位模块的运动员存在风险，向提示系统发送最后一次出现的位置、预警级别等信息，提示主机通知裁判员进行处理。

定位模块记录陀螺仪数据和心率数据，每隔一段时间将数据发送到主机。

主机根据陀螺仪数据判断运动员姿态，发现异常通知提示系统；主机根据心率数据判断运动员的实时心率，当心率的比赛数据与经验数据的差超过预设的区间时，进行报警。