李國民，施蘭平

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基于UWB的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)應用研究

李國民1，施蘭平2

1.浙江理工大學 體育教研部, 浙江 杭州 310018; 2.浙江工商大學 體育工作部, 浙江 杭州 310018

以自主開發(fā)的基于超寬帶技術(shù)（UWB）中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，詳細分析了系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理和應用方面的問題，并通過對236名大學生進行測試后檢驗了系統(tǒng)在測試精度、效度等方面的可靠性。研究結(jié)果：1）超寬帶技術(shù)（UWB）在7種通用無線定位技術(shù)中精度最高，其精度誤差最小為6~15 cm；2）本系統(tǒng)定位標簽計時精確到納秒級別，每秒發(fā)送25次信號，信號傳播距離為150 m。在室外復雜的環(huán)境下，只要兩個定位標簽間隔50 cm以上，系統(tǒng)就能通過定位分辨前后次序確定名次；3）本系統(tǒng)在測量效度上比手動計時更加可靠，通過對比兩組數(shù)據(jù)之間的變異系數(shù)，UWB系統(tǒng)變異系數(shù)值比手動計時低，其測試成績效度比手動計時要高；4）本系統(tǒng)自動計圈計時，成績統(tǒng)計完全自動化，測試結(jié)束即可立刻查詢測試成績；5）本系統(tǒng)通過測試者指靜脈識別、定位標簽防拆卸、地圖電子圍欄、自動計圈計時等功能解決了手動秒表測試過程中作弊、替跑、抄近道等問題。研究結(jié)論：基于UWB設(shè)計開發(fā)的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)具有精度高、效率高、防作弊、成績統(tǒng)計功能強大、標簽功耗低、體積小等優(yōu)勢。

UWB；中長跑測試；耐力素質(zhì)；定位跟蹤；

1 前言

《國家學生體質(zhì)健康標準》不僅是學生體質(zhì)健康的評價標準，也是激勵學生參加身體鍛煉，促進學生體質(zhì)健康和發(fā)展學生核心素養(yǎng)體系的教育手段。我國學生體質(zhì)健康調(diào)研和監(jiān)測開始于1985年，經(jīng)過30多年持續(xù)監(jiān)測，其結(jié)果表明：“耐力素質(zhì)持續(xù)下降”是當前我國學生體質(zhì)健康存在的最大問題，而大學生尤為突出。因此，不斷加強對大學生耐力素質(zhì)項目跑的技術(shù)干預，改進耐力素質(zhì)項目的測試方法，就成為諸多高校探索實踐的熱點課題。

目前用于學生中長跑測試的計時方法主要有手動秒表計時、電動終點計時和射頻識別（RFID）計時3種，通過多年的實踐證實這3種計時方式各自存在一定的問題。手動秒表計時存在人為失誤，精度低，計時誤差可達0.24 s[2]，當出現(xiàn)學生對成績有疑問時無法查對。電動終點計時使用成本大，不能識別個體，只適合距離短、分道比賽、每組人數(shù)較少的項目[1]。射頻識別（RFID）計時實現(xiàn)了多人同時計時計圈，但射頻識別（RFID）技術(shù)存在著碰撞問題，當有多個感應標簽同時進入同一閱讀器時，閱讀器可能得不到準確識別，存在數(shù)據(jù)丟失的問題[4,9]，這就造成終點計時存在數(shù)據(jù)無法記錄的情況，所以目前采用射頻識別（RFID）計時測試的學校，還同時配備手動秒表計時，解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失的問題。超寬帶技術(shù)（Ultra-wideband,簡稱UWB)是一種不用載波，而采用時間間隔極?。{秒級）的脈沖通訊方式，是一種低耗電、高速傳輸?shù)臒o線個人局域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[11]。2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communication Commission, FCC）首次批準該技術(shù)應用于民用通信，同年4月，將3.1 GHz~10.6 GHz的頻帶免費授權(quán)給UWB 使用[7]。UWB具有非接觸、非視距、功耗低、安全性高、多徑分辨能力強和定位精度高等優(yōu)點[10]。國內(nèi)在2001年9月初發(fā)布的“十五”國家863計劃通信技術(shù)主題研究項目中，首次將“超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容，鼓勵國內(nèi)學者加強這方面的研究工作[5]。UWB技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)應用于足球運動員訓練與比賽時的定位與監(jiān)控中[6]。

本研究以自主開發(fā)的基于超寬帶技術(shù)（UWB）中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，詳細分析了系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理和應用方面的問題，并通過對236名大學生進行測試后檢驗了所設(shè)計系統(tǒng)在測試原理、測試精度和效度等方面的問題。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

在《國家學生體質(zhì)健康標準》測試過程中，通過隨機數(shù)碼表不重復抽樣方法選取大一到大四男、女大學生共236人為研究對象，基本情況如表1所示。

表1 研究對象基本情況表

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料調(diào)研

通過以“超寬帶技術(shù)”“中長跑測試”“運動計時”“運動軌跡”“終點計時”為關(guān)鍵詞，在中國知識資源總庫(CNKI)數(shù)據(jù)庫檢索所得的40余篇文獻進行深入分析，為本研究提供理論基礎(chǔ)和實證參考。

2.2.2 軟件工程

以Windows系統(tǒng)為操作平臺，通過矢量化圖形技術(shù)，給使用者提供可視化的操作界面，系統(tǒng)原型軟件的開發(fā)使用Visual Studio .net為開發(fā)工具來完成。

2.2.3 實驗測試

在《國家學生體質(zhì)健康標準》測試時，通過隨機數(shù)碼表方法選擇236名男、女學生參加中長跑測試，其中男生測試1 000 m，女生測試800 m。測試時同時使用手動秒表計時和UWB定位跟蹤系統(tǒng)計時，每位同學測試中長跑時，同時獲得2種計時方法的測試成績。測試使用設(shè)備：超寬帶(UWB)無線電收發(fā)設(shè)備，該設(shè)備由美國Zebra公司生產(chǎn)。UWB系統(tǒng)的定位精度可通過合理的接收器安裝，理論上實現(xiàn)15 cm以內(nèi)的實時定位；定位標簽（超寬頻信號發(fā)射裝置）佩戴方式為采用肩帶，定位標簽固定在右肩上，標簽更新率為25 Hz。手動秒表計時采用多人共用一塊秒表計時的方式進行。

測試方法：每個學生右肩佩戴UWB定位標簽，按要求分組進行測試。

測試前：信息處理。將學生信息導入UWB測試系統(tǒng)，學號、姓名、性別與UWB定位標簽ID號對應，每組測試人數(shù)為15人，最后導出一份名單用于秒表成績記錄。

測試中：充分做好準備活動，按測試前的分組進行測試。先進行女生800 m測試，然后再進行男生1 000 m測試。終點處安排一位測試教師秒表計時，2名志愿者負責秒表計時成績記錄工作。

測試后：收集整理測試成績，進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

2.2.4 數(shù)理統(tǒng)計

3 結(jié)果與分析

3.1 UWB中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1 硬件連接

一組簡單的UWB定位系統(tǒng)主要是由3個部分組成：1）定位標簽(Tag)，它是通過電池供電，能夠發(fā)射UWB信號；2）傳感器(Sensor)，它是固定在已知坐標的位置上，能夠接收從定位標簽發(fā)送過來的信號；3）軟件平臺(Software Platform)，主要包括是定位處理器、軟件系統(tǒng)和核心算法。它能夠綜合所有位置信息，獲取、分析、計算并傳輸信息給用戶和其他相關(guān)信息系統(tǒng)?；赨WB的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)以超寬帶（UWB）定位技術(shù)為核心，結(jié)合信息定位技術(shù)（LBS），采用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)來布置測試系統(tǒng)：在標準田徑場四周布設(shè)固定8個已知坐標位置信息的傳感器，實現(xiàn)整個田徑場范圍內(nèi)定位標簽發(fā)射的信號接收，傳感器接收的信號被同步傳送到軟件平臺，通過一定算法后保存到計算機服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)使用美國Zebra公司生產(chǎn)的超寬帶無線電收發(fā)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)及安全性獲得歐盟電子技術(shù)標準化委員會、美國國家認證的測試實驗室MET實驗室、中華人民共和國工業(yè)和信息化部認證。這為其在中長跑測試系統(tǒng)的應用提供了相當有利的條件，其性能及安全性可以滿足要求，同時具有體積小、抗干擾、性能好、供電時間長、數(shù)據(jù)存儲容量大、定位精度高和數(shù)據(jù)及時反饋等優(yōu)點。系統(tǒng)硬件參數(shù)見表2。

表2 系統(tǒng)硬件參數(shù)表

3.1.2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

基于UWB的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)軟件設(shè)計包括主控界面和定位軟件兩部分。主控界面由6大模塊構(gòu)成，分別是工具欄、菜單欄、標簽欄、監(jiān)控界面、報警欄和狀態(tài)欄。定位軟件包括了4大模塊：分別是數(shù)據(jù)源設(shè)置、系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫管理以及網(wǎng)絡(luò)通信。為了實現(xiàn)定位標簽的定位跟蹤，采用到達時間差法（TDOA）作為本定位系統(tǒng)的定位算法。軟件開發(fā)環(huán)境主要應用Microsoft Visual Studio 10版，數(shù)據(jù)庫使用Access 2003中文版，用C#為軟件開發(fā)語言完成了定位軟件系統(tǒng)的設(shè)計。

TDOA定位算法是測量定位標簽發(fā)射的信號到達不同固定位置傳感器的時間差，利用雙曲線的特性，建立雙曲線方程組，采用相應的算法解方程組，得出定位標簽的位置，TDOA定位的雙曲線模型見圖1。

圖1 TDOA定位雙曲線模型

Figure 1. TDOA Positioning Hyperbolic Model

假設(shè)有3個參考節(jié)點分別是BS1、BS2和BS3，定位標簽到3個固定位置傳感器的距離分別是d1、d2和d3。定位標簽到BS1和BS2之間的距離差d21=d2-d1，依據(jù)雙曲線原理，定位標簽位于以BS1, BS2為焦點，以d21為焦距的雙曲線上；同理可知定位標簽也必然位于以BS1、BS2為焦點，以d31為焦距的雙曲線上[3]：因此，2條雙曲線的交點就是定位標簽的位置。

3.1.3 軟件結(jié)構(gòu)

3.1.3.1 主控界面結(jié)構(gòu)

菜單欄、工具欄的功能是配置各模塊的參數(shù)，設(shè)計的菜單欄包括文件、視圖、設(shè)置3個彈出菜單。工具欄的功能主要是管理跟蹤區(qū)域顯示效果并刷新。把跟蹤區(qū)域嵌入到主窗體容器中，載入主窗體的時候，會載入跟蹤區(qū)域視圖，顯示實時跟蹤情況。標簽信息欄和報警欄的功能是顯示系統(tǒng)的狀態(tài)。

3.1.3.2 定位軟件結(jié)構(gòu)

1. 網(wǎng)絡(luò)通信。中長跑定位跟蹤系統(tǒng)通過超寬帶UWB的網(wǎng)絡(luò)通信，用以太網(wǎng)連接的方式把定位標簽、定位傳感器、定位處理器及服務(wù)器組網(wǎng)連接，能夠?qū)崟r接收來自客戶端的命令信息，以及能夠?qū)崟r上傳定位標簽的狀態(tài)及其它的測量信息。

2. 測量數(shù)據(jù)采集。通過網(wǎng)絡(luò)通信，定位傳感器獲得定位標簽實時的位置信息以及ID信息后再上傳服務(wù)器軟件。

3. 定位標簽坐標位置計算。如何把獲得的定位標簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具體坐標位置，這主要是通過一定的算法實現(xiàn)，通過計算轉(zhuǎn)化后的坐標位置可以實時顯示、實時觀測讀取標簽數(shù)據(jù)。

4. 參數(shù)設(shè)置信息。各個硬件組成部分的參數(shù)設(shè)置可以從配置文件中讀取，如傳感器配置、IP地址配置和坐標位置信息等。

5. 地圖參數(shù)。為了更直觀的顯示定位標簽相對于真實環(huán)境中的位置，將田徑場各條跑道以一定比例畫出，并在服務(wù)器軟件平臺界面顯示。

6. 報警及處理。在報警監(jiān)視系統(tǒng)運行時，定位標簽進入電子圍欄、定位標簽數(shù)據(jù)發(fā)送和接收異常、傳感器之間斷開連接等，提供警報以及各類處理工作。

7. 客戶端界面。中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)的工作原理是依據(jù)UWB技術(shù)為定位標簽提供精確的定位。這要求整個服務(wù)器軟件具有高效的數(shù)據(jù)處理能力和較高的數(shù)據(jù)響應速度，以滿足整個定位過程的實時性要求。此外，軟件的直觀性和易用性也是需要考慮的重要問題。因此，需要設(shè)計用戶接口，讓用戶無需深入了解整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就可以方便直觀地使用系統(tǒng)。

3.2 UWB中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)定位與測試精度

3.2.1 定位精度

表3是目前常用的7種無線定位技術(shù)精度統(tǒng)計表。這7種定位技術(shù)之間各有利弊，在定位精度上存在較大的差異。其中超寬帶（UWB）定位精度最好，理論定位精度為6~15 cm。而目前在中長跑測試中常用的射頻識別（RFID）技術(shù)精度在5 cm~5 m，這會造成中長跑測試時，終點閱讀器可能在測試者離終點5 m處就感應到信號而停止計時，這也是造成射頻識別（RFID）計時系統(tǒng)精度低的主要原因。因此，射頻識別（RFID）技術(shù)只能滿足于精度要求不是很高的定位需求。對于中長跑測試計時有高精度定位需求應用，超寬帶（UWB）技術(shù)有很大的優(yōu)勢：厘米級的定位精度、低能耗、收發(fā)器體積小、多徑分辨率高[5]。

表3 通用定位技術(shù)精度統(tǒng)計表

3.2.2 定位算法

無線定位的精度主要依靠定位算法，常用的算法有4種：信號強度定位法（RSS）、信號到達角度定位法（AOA）、信號到達時間定位法（TOA）和信號到達時間差定位法（TDOA）。通過查閱相關(guān)文獻對4種定位算法的分析，雖然4種算法都可以實現(xiàn)定位，但由于定位測量的數(shù)據(jù)以及測量方式不同，導致在定位精度上存在很大不同。RSS定位算法是通過信號強度與距離對應關(guān)系來估算距離，定位精度低，只能進行粗略定位；AOA定位算法比 RSS 定位算法理論上分析應該更精確，但是，在復雜環(huán)境中多徑干擾下，到達角度方向識別能力大幅下降，只適合作為輔助定位；TOA定位算法是基于信號到達基站時間的測距方法，任何影響傳播時間的因素都會對測距產(chǎn)生誤差，其最大難點是目標節(jié)點和基站之間時鐘無法完全同步，而實際可用性不高；本系統(tǒng)采用的TDOA定位算法是利用信號到達基站的時間差進行測量，時鐘同步要求有所降低，定位基站之間只需要用線纜連接就可以解決問題，而且相對不同基站的信號到達時間進行差值計算會消除部分誤差，提高了定位精度。

3.2.3 定位標簽

本系統(tǒng)采用的定位標簽每秒可發(fā)送25次信號，信號傳播的距離達到150 m，位置固定的傳感器每接收到一次信號就對其進行一次定位計算，計時精確到納秒級別，定位原理如圖4所示。在二維平面內(nèi)，已知3個位置固定的傳感器坐標信息1、2和3，當定位標簽位于3個傳感器接收信號范圍內(nèi)時，將周期性地向3個傳感器發(fā)送UWB無線信號，UWB無線信號傳播速率已知，而定位標簽與3個位置固定的傳感器的距離不同，信號到達3個傳感器存在時間差，利用傳感器已知位置坐標信息，通過公式推導和結(jié)合解析理論知識即可求出定位標簽的位置坐標X。

圖2 定位標簽TDOA算法定位原理

Figure 2. Positioning Principle of Mobile Tag TDOA Algorithm

3.2.4 實際測試精度

為了檢驗本系統(tǒng)測試結(jié)果的準確性，抽取一組女學生800 m跑測試數(shù)據(jù)進行檢測。通過檢測，在室外復雜的環(huán)境下，只要兩個定位標簽間隔50 cm以上，本系統(tǒng)就能通過定位分辨前后次序，特別是在終點沖線時的名次判斷也非常精準。另外，通過系統(tǒng)平臺軟件統(tǒng)計，參加本組800 m跑測試的15名女學生，系統(tǒng)測距如表4所示，本組測距均值為80 011 cm，實際測距誤差為±50 cm，測距誤差率僅為0.0625%，由此可以認為本系統(tǒng)的測距精度接近了UWB理論定位的精度。

表4 800 m測試結(jié)果統(tǒng)計表

3.3 測試效度評估

UWB定位測試系統(tǒng)的有效性是本系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵指標，UWB定位精度直接體現(xiàn)在學生的測試成績上，通過與手動秒表記錄236名學生成績之間的結(jié)果比較可以看出本系統(tǒng)的準確性。目前全國各類學校的學生中長跑測試，基本采用手動秒表計時，《國家學生體質(zhì)健康標準》評分標準也是按手動秒表計時成績進行制定。因此，同時采用手動秒表計時與UWB系統(tǒng)計時，對測試結(jié)果進行比較分析，可以很好的檢驗出本系統(tǒng)測試成績準確度和有效性。

3.3.1 兩種測試方法結(jié)果變異系數(shù)比較

變異系數(shù)是衡量樣本觀測值離散程度的重要統(tǒng)計量，其值越大說明數(shù)據(jù)越分散。用UWB中長跑定位跟蹤系統(tǒng)測試與手動秒表計時兩種方法對236位男、女學生分別進行 1 000 m或800 m測試，測試結(jié)果統(tǒng)計和兩種測量方法變異系數(shù)見表5。從表5中兩種測試方法的變異值發(fā)現(xiàn)，通過秒表計時得出的變異系數(shù)（CV%）是12.92，UWB測試方法的變異系數(shù)（CV%）是12.89，在變異系數(shù)值上秒表測試方法比UWB測試方法要大，由此說明手動秒表計時在成績離散度上比UWB要高，成績的精度比UWB要低。因為是同一組人同時跑步所得出的兩種統(tǒng)計成績，由此可以認為，UWB測試成績和秒表計時成績無差異，在成績精度上UWB測試比秒表計時要更加精準。

3.3.2 兩種測試方法結(jié)果差異性檢驗

兩種測試結(jié)果采用配對檢驗，檢驗兩種測試方法的測試成績是否存在差異。檢驗結(jié)果見表6和表7。

表5 兩種測試計時方法變異系數(shù)CV比較

表6 成對樣本相關(guān)系數(shù)

表7 成對樣本檢驗

從表6可以看出，兩種測試結(jié)果存在顯著相關(guān)關(guān)系，由此可以推斷兩組數(shù)據(jù)之間無差異，測量的精度接近。從表7可以看出，兩種測試成績不存在差異（T=-1.881，=0.61>0.05），說明UWB計時系統(tǒng)完全能達到目前的中長跑測試要求，具備較高的準確度和有效性，可以替代手動秒表計時。

4 討論

1. 成績精度上達到并超過了手動秒表計時成績。手動秒表計時測試，是目前全國各類學校進行中長跑測試的傳統(tǒng)方法，通過對比基于UWB的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)成績和手動秒表計時成績，雙方成績統(tǒng)計數(shù)據(jù)之間>0.05（無顯著性差異），說明本系統(tǒng)測試成績符合中長跑測試要求。此外，在通過兩種方法測量同一組受試者的數(shù)據(jù)分析中，本系統(tǒng)所測量數(shù)據(jù)變異系數(shù)比手動秒表要低，表明了本系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲得值的離散度比手動秒表計時低，因此在測試精度上比手動秒表計時更加準確。

2. 在自動計圈計時和測試效率上優(yōu)勢明顯。基于UWB的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)將超寬帶技術(shù)(UWB)和位置信息技術(shù)（LBS）應用在中長跑項目測試中，以超寬帶（UWB）定位跟蹤技術(shù)為核心，結(jié)合信息定位技術(shù)（LBS），設(shè)計了中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)，可自動計圈計時，實現(xiàn)了中長跑自助測試的目的，解決中長跑測試時需要記錄學生行進圈數(shù)和成績的急迫問題，具有明顯的實際意義。在測試效率上，本系統(tǒng)可以多組多人同時連續(xù)進行，不需要人工記錄終點的名次與成績，測試效率非常高。而手動秒表計時，只能一組測試完成并在終點處記錄好名次和成績后才能進行下一組測試。通過實際操作比較，本系統(tǒng)自動計時測試效率比手動秒表計時測試高。本系統(tǒng)可以長期對測試者的測試數(shù)據(jù)進行收集，對測試者的體能、狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)有全面的了解，并可根據(jù)各項數(shù)據(jù)制定相應的鍛煉計劃等。

3. 解決了很多手動秒表計時所遇到的問題。本系統(tǒng)自助測試不需要發(fā)令，系統(tǒng)會自動記錄到測試者通過起點線和終點線的時刻，從而實現(xiàn)測試計時的功能，因此就不會出現(xiàn)測試時搶跑的問題，進而提高了測試成績的準確性及測試效率。此外，在運動軌跡上，本系統(tǒng)測試時定位標簽每秒可發(fā)送信號25次，系統(tǒng)對定位標簽每秒可進行25次定位。在測試過程中，把每次定位的點連接起來，就形成了測試時的運動軌跡。運動軌跡的顯示，可對測試者進行跟蹤，對在測試過程抄近路的情況直接進行顯示，對測試成績的有效性提供了準確的判斷。手動秒表計時，測試者沒有運動軌跡顯示。在中長跑測試過程中，作弊的情況主要有替跑、少跑、抄近路等情況。本系統(tǒng)在測試前，通過指靜脈身份識別系統(tǒng)，對測試者的身份進行確認，然后再綁定定位標簽，定位標簽具有防拆卸功能，解決了替跑的問題。本系統(tǒng)在測試過程中，在終點設(shè)置了檢測功能，如果檢測少通過一次，則不會計算成績，解決了少跑的問題。本系統(tǒng)結(jié)合田徑場跑道的二維地圖設(shè)置了電子圍欄，在測試過程中測試者定位點有越過電子圍欄的情況，系統(tǒng)可進行報警提示，判定為抄近路，因此本系統(tǒng)通過電子圍欄解決了抄近路的問題。手動秒表計時測試時，只能依靠肉眼來解決各種作弊的情況，工作量較大且精確性很低。

4.在成績統(tǒng)計上實現(xiàn)了自動化。測試時，本系統(tǒng)通過定位標簽終點時刻與起點時刻的計算得出測試成績，并將測試成績自動記錄到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)能自動進行所有測試者的名次排列。測試結(jié)束后立刻能查詢各種統(tǒng)計結(jié)果，功能強大，效率極高。手動秒表計時，必須在終點線處安排測試工作人員，當測試者通過終點線時，先記錄測試者完成測試的名次，同時依次記錄測試成績，當全部測試者完成測試后，再根據(jù)名次與對應的成績進行匹配和登記，當存在錯誤時還需要再復核，工作強度大，工作效率低。

表8 兩種測試方法比較一覽表

5 結(jié)論

基于UWB技術(shù)設(shè)計開發(fā)的中長跑定位跟蹤測試系統(tǒng)具有精度高、效率高、防作弊、成績統(tǒng)計功能強大、標簽功耗低、體積小等優(yōu)勢，極具推廣應用價值。

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Applied Research on Location Tracking System of Middle-Distance Race Based on UWB Techniques

LI Guo-min1, SHI Lan-ping2

1.Zhejiang Sci-Tech University, Hangxhou 310018, China;2.Zhejiang Gongshang University,Hangzhou 310018, China.

The study is based on the self-developed, ultrawideband (UWB)-based positioning and tracking test system for middle-distance race. Problems in system architecture, operation principle and application are analyzed. The reliability of the system in its precision, validity and other aspects has been tested towards 236 college students. Results: 1) The ultrawideband technology (UWB) used by the system has the highest precision among 7 kinds of general wireless positioning technologies with a minimum accuracy error of 6-15cm; 2) The positioning label timing of the system can be accurate to nanosecond level, transmitting signal 25 times per second with a signal propagation distance of 150 meters. In a complex outdoor environment, as long as the distance between two positioning labels exceeds 50 cm, the system can distinguish the sequence and determine the ranking through positioning; 3) The system is more reliable in measurement validity than manual timing. Through the comparison of the coefficient of variation between two groups of data, the variation of UWB system is lower than that of manual timing while its test result validity is higher; 4) The system is equipped with the automatic lap timing, fully automated test scores and immediate query results after the test; 5) The finger vein recognition of testers, anti-disassembly of positioning label, map electronic fence, automatic lap timing and other functions of the system help solve cheating, alternate running, short cut and other problems during the test. Conclusion: UWB-based positioning and tlacking test system for middle-distance race has many advantages, such as high precision, high efficiency, cheating prevention, powerful function for result statistics, low power consumption of label, small volume.

G818

A

1002-9826(2018)06-0103-06

10.16470/j.csst.201806014

2018-02-24；

2018-07-13

浙江省高等教育課堂教學改革項目(1160XJ2916069); 浙江省教育廳一般項目(Y201534567); 浙江工商大學高等教育改革項目(1160KU21723)。

李國民,男,講師,主要研究方向為體育教學與學生體質(zhì)健康干預, E-mail: zstutc@126.com。

施蘭平,男,講師,碩士,主要研究方向為大學生健康體適能干預與促進, E-mail: suke2011@126. com。