長期以來，體育運(yùn)動(dòng)中的計(jì)時(shí)和定位都是通過人工操作實(shí)現(xiàn)，不僅數(shù)據(jù)量十分龐大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，也失去了實(shí)時(shí)的意義，為了解決這些問題，人們研究和發(fā)展了各種各樣的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(Automatic Identification Technology，AIDT)，將人們從繁冗的重復(fù)的又不十分精確的手工勞動(dòng)中解放出來，提高體育運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)與定位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。RFID技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，為利用一種高效穩(wěn)定的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)體育運(yùn)動(dòng)中的計(jì)時(shí)與定位系統(tǒng)提供了解決方案。

　　1 RFID技術(shù)原理和特點(diǎn)

　　RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification，即射頻識(shí)別，它是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，屬于非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始興起并逐漸走向成熟。

　　1．1 RFID技術(shù)簡介

　　RFID技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)的簡稱，它是一種先進(jìn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)及其空間耦合、傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止的或移動(dòng)的待識(shí)別物品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。射頻(Radio Frequency，RF)專指具有一定波長可用于無線電通信的電磁波，RFID技術(shù)以無線通信和存儲(chǔ)器技術(shù)為核心，伴隨著半導(dǎo)體和大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟而進(jìn)入實(shí)用化階段，RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信和計(jì)算機(jī)等技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于物流、制造、公共信息服務(wù)等行業(yè)，可大幅提高管理與運(yùn)作效率，降低成本。全球最大的管理咨詢公司和技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商埃森哲公司實(shí)驗(yàn)室的首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為RFID是一種突破性的技術(shù)： “第一是可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體；第二是其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須依靠激光來讀取信息；第三是可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)別，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，存儲(chǔ)的信息量也非常大” 。

　　1．2 RFID系統(tǒng)基本組成

　　一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫器(Reader)、天線(Antenna)和中間件(Middle—Ware)組成，如圖l所示。

　　1．3 RFID系統(tǒng)工作原理

　　圖1給出了RFID的系統(tǒng)組成，其基本工作流程是：讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)簽將自身編碼等信息通過內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后通過中間件送到后臺(tái)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的條件設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

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　1．4 RFID技術(shù)特點(diǎn)

　　RFID以無線方式進(jìn)行雙向通信，不受空間限制，可快速地進(jìn)行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換．與目前廣泛使用的條形碼、磁卡、Ic卡等自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　(1)數(shù)據(jù)的讀寫(read write)功能。通過RFID讀寫器不需接觸獲取數(shù)據(jù)，讀取標(biāo)簽信息至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，且可一次處理多個(gè)標(biāo)簽，并可以將相關(guān)數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽，供系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。

　　(2)容易小型化和多樣化的形狀：RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀的限制，可以實(shí)現(xiàn)多種多樣的物理封裝形式。此外，RFID標(biāo)簽可往小型化發(fā)展，方便應(yīng)用在不同產(chǎn)品。

　　(3)耐環(huán)境性。條碼容易受到臟污會(huì)無法識(shí)別，但RFID標(biāo)簽經(jīng)封裝處理后對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)卻有強(qiáng)有力的抗污性。并且，RFID在黑暗或強(qiáng)光環(huán)境下，也可以讀取數(shù)據(jù)。

　　(4)可重復(fù)使用。由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫入信息，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用。如被動(dòng)式ILHD，不需要電池就可以使用，沒有維護(hù)保養(yǎng)的需要。

　　(5)穿透性。RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話，也可以進(jìn)行穿透通信。

　　(6)數(shù)據(jù)的記憶容量大。數(shù)據(jù)容量會(huì)隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴(kuò)大，未來物品所需攜帶的信息量愈來愈大，對(duì)標(biāo)簽所能擴(kuò)充容量的需求也在增加，RHD標(biāo)簽可擁有大容量的存儲(chǔ)空間。

　　2 系統(tǒng)研究

　　2．1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　為保證在體育運(yùn)動(dòng)中計(jì)時(shí)與定位的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下指標(biāo)：

　　(1)對(duì)攜帶RHD標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)員具有自動(dòng)識(shí)別和區(qū)域定位功能；
　　(2)可進(jìn)行大批量識(shí)別，準(zhǔn)確度大于99％，誤報(bào)率低于0．1％；
　　(3)RHD標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)員攜帶方便，牢固，不易脫落；
　　(4)抗干擾能力強(qiáng)，電池兼容性較好，并對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

　　2．2 總體方案

　　(1)系統(tǒng)描述?；赗FID技術(shù)的運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)與定位系統(tǒng)，以先進(jìn)的RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫、數(shù)字信號(hào)處理、微弱信號(hào)檢測等技術(shù)，通過RFID讀寫器非接觸式讀取運(yùn)動(dòng)員隨身攜帶(或運(yùn)動(dòng)設(shè)備上，如：賽車、自行車、賽艇等)的RFID電子標(biāo)簽，從而確定運(yùn)動(dòng)員通過該讀寫器的時(shí)間，然后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊(根據(jù)賽場規(guī)模選擇無線或者有線傳輸模塊)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控終端，獲取實(shí)時(shí)的計(jì)時(shí)和定位數(shù)據(jù)；并在運(yùn)動(dòng)員通過讀寫器控制區(qū)域時(shí)向RFID電子標(biāo)簽寫入相關(guān)區(qū)域代碼，為賽后核查區(qū)域定位數(shù)據(jù)提供依據(jù)。該系統(tǒng)使得利用自動(dòng)化設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)員計(jì)時(shí)和定位的設(shè)想成為可能，可以廣泛應(yīng)用于馬拉松、鐵人三項(xiàng)、賽車、滑雪、山地自行車等比賽運(yùn)動(dòng)中，還可以通過此系統(tǒng)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的通過區(qū)域，若在比賽過程出現(xiàn)事故，可以提高救援人員的反應(yīng)速度，達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)員安全性的目的。

　　2)系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分包括：檢測通道、RFID 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 監(jiān)拉終端讀寫器、傳輸模塊、監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和RFID標(biāo)簽；軟件部分包括：后臺(tái)數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件。如圖2所示。

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圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu) 

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3．1 硬件選型

　　系統(tǒng)硬件選型主要包括RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器、RFID天線、傳輸模塊、監(jiān)控終端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。因?yàn)橄到y(tǒng)是應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)與定位上，所以對(duì)于RFID的檢測速度、檢測距離、識(shí)別數(shù)量都有較高的要求，根據(jù)RFID技術(shù)系統(tǒng)的分類，選用860MHz～960MHz頻率范圍內(nèi)帶用戶存儲(chǔ)空間的無源RFID電子標(biāo)簽，該頻率的RFID系統(tǒng)的特點(diǎn)是識(shí)別距離可達(dá)l0米以上，穿透能力強(qiáng)，具有良好的防水性，適合應(yīng)用在環(huán)境變化極大，很潮濕，灰塵大，道路泥濘，溫差變化大等惡劣的比賽環(huán)境中。

　　系統(tǒng)的檢測通道由RFID讀寫器和RFID天線組成，RFID天線可以根據(jù)不同比賽的實(shí)際需求選用不同的類型，如賽車比賽中可部署為地感式，馬拉松比賽可部署為懸掛式，山地自行車比賽可部署為定向式。

　　系統(tǒng)根據(jù)不同的比賽場地選用有線或無線傳輸模塊，例如在較小的比賽場地(體育場內(nèi))可以采用有線傳輸模塊，通過局域網(wǎng)連接各區(qū)域讀寫器、監(jiān)控終端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。對(duì)于較大的比賽場地如滑雪、山地自行車、馬拉松賽場等采用無線GSM傳輸模塊，無線傳輸相關(guān)計(jì)時(shí)和定位數(shù)據(jù)。

　　監(jiān)控終端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用相應(yīng)性能的計(jì)算機(jī)即可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

　　3．2 軟件設(shè)計(jì)

　　通過對(duì)系統(tǒng)的需求分析，可以知道系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分為三大部分：賽前數(shù)據(jù)管理、賽間數(shù)據(jù)管理、賽后數(shù)據(jù)管理。

　　(1)賽前數(shù)據(jù)管理。比賽之前，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中將參賽運(yùn)動(dòng)員相關(guān)數(shù)據(jù)與RFID電子標(biāo)簽自身唯一ID號(hào)綁定，并通過RFID讀寫器初始化RFID電子標(biāo)簽中的用戶存儲(chǔ)空間。

　　(2)賽間數(shù)據(jù)管理。比賽期間，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過部署在賽場不同位置的檢測通道(由RFID讀寫器和RFID天線組成)時(shí)，檢測通道向RFID電子標(biāo)簽的用戶區(qū)域?qū)懭胂嚓P(guān)區(qū)域信息，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)時(shí)地傳送到監(jiān)控中心，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，通過相關(guān)輸出接口傳送給裁判、救援或觀眾的信息屏上。