李 然

（西安航空學(xué)院，陜西西安，710077）

田賽距離測(cè)量中全站儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 然

（西安航空學(xué)院，陜西西安，710077）

本文提出了將智能全站儀這種精密測(cè)量?jī)x器廣泛應(yīng)用于田賽項(xiàng)目測(cè)量中，并結(jié)合其他科技元素用于解決田賽項(xiàng)目中跳遠(yuǎn)、投擲等項(xiàng)目的測(cè)量及數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)、準(zhǔn)確地裁定和報(bào)告比賽成績(jī)。

全站儀；田賽；測(cè)量

1 全站儀

全站儀之所以稱(chēng)之為全站型電子測(cè)距儀，主要是因其一次安置儀器即可完成該測(cè)站上全部的測(cè)量工作。全站儀是一種集水平角、垂直角、距離、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)，具有自動(dòng)化、高精度、靈活性等特點(diǎn)，因其優(yōu)勢(shì)頗多，減少了工作人員大量的工作，如今已被廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等多種精密工程測(cè)量領(lǐng)域。

2 田賽距離測(cè)量中全站儀應(yīng)用的可行性分析

2.1 專(zhuān)業(yè)支撐，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前絕大多數(shù)高校田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)參加人數(shù)僅占學(xué)生總數(shù)的15%~25%，這一數(shù)據(jù)切實(shí)的說(shuō)明了高校田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)僅局限于極少數(shù)熱愛(ài)體育運(yùn)動(dòng)的學(xué)生，如此的結(jié)果難以達(dá)到全體學(xué)生共同鍛煉、共同參與、共同提高、共同競(jìng)爭(zhēng)的目的。

基于此，若是各高校傳授測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)或是相似專(zhuān)業(yè)的學(xué)生相關(guān)的測(cè)量技術(shù)以及測(cè)量?jī)x器設(shè)備的使用，并在課余時(shí)間對(duì)其培訓(xùn)，使專(zhuān)業(yè)學(xué)生熟練掌握田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)各項(xiàng)比賽的測(cè)量技術(shù)，組成田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)測(cè)量服務(wù)隊(duì)。如此，不僅會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)測(cè)量知識(shí)的積極性，真正將課本中的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中去，同時(shí)可提高各高校運(yùn)動(dòng)會(huì)測(cè)量工作的效率，促進(jìn)高校體育事業(yè)的發(fā)展。

2.2 實(shí)時(shí)、自動(dòng)、準(zhǔn)確地裁定和報(bào)告比賽成績(jī)，節(jié)省人力資源的耗費(fèi)

體育競(jìng)賽中，無(wú)論是與奧運(yùn)會(huì)相關(guān)的國(guó)際重大賽事，還是國(guó)內(nèi)各大高校舉辦的春季、秋季等這樣的小型賽事，運(yùn)動(dòng)會(huì)的競(jìng)技性本身就決定了競(jìng)賽過(guò)程及結(jié)果必須保證公平性和公正性。將智能全站儀應(yīng)用于各高校的田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)中，能夠克服傳統(tǒng)測(cè)量方式中不能避免的一些外部條件造成的誤差。

3 全站儀測(cè)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)原理

本文采用的實(shí)驗(yàn)方法主要是自由測(cè)定位法的原理及余弦定理的數(shù)學(xué)模型。余弦定理作為一種常見(jiàn)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，應(yīng)用起來(lái)簡(jiǎn)單便捷，采用該方法能夠輕而易舉地解算未知測(cè)站點(diǎn)的相關(guān)信息。此外，自由測(cè)站定位法具有諸多優(yōu)點(diǎn)——受地形限制少、測(cè)站選擇靈活、野外施測(cè)工作簡(jiǎn)單等。

4 田賽全站儀自動(dòng)測(cè)定系統(tǒng)及技術(shù)路線

本文測(cè)量工具采用功能、費(fèi)用較為適宜的南方NTS一360R電子全站儀，主要原因在于南方NTS一300系列具備了電子全站儀測(cè)角、測(cè)距、數(shù)據(jù)運(yùn)算等一系列基礎(chǔ)功能，再通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高科技技術(shù)聯(lián)結(jié)在一起，使得其在實(shí)際田賽距離測(cè)量中能夠起到顯著的效果。利用電子全站儀裁判員能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)鎖定和觀測(cè)記錄，經(jīng)輕輕觸碰按鍵，便可將運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)中心主控室，由其驗(yàn)證確保公平、公正、準(zhǔn)確后，實(shí)時(shí)、自動(dòng)地將比賽結(jié)果顯示在賽場(chǎng)的大屏幕上，避免了人為地對(duì)結(jié)果造假。

5 實(shí)例應(yīng)用

在體育賽事中，一般將田賽分為跳躍和投擲兩類(lèi)項(xiàng)目，其中跳躍包括跳遠(yuǎn)、三級(jí)跳遠(yuǎn)、跳高、撐桿跳高等項(xiàng)目；投擲包括擲鐵餅、推鉛球、擲標(biāo)槍、擲壘球、擲鏈球等項(xiàng)目。兩類(lèi)項(xiàng)目的表現(xiàn)形式和場(chǎng)地是有區(qū)別的。本文主要選取具有跳躍類(lèi)、投擲類(lèi)項(xiàng)目代表性的跳遠(yuǎn)和擲鐵餅項(xiàng)目為實(shí)例，以起跳位置到全站儀安置點(diǎn)之間的距離為尺度展開(kāi)。

5.1 田賽跳躍類(lèi)的軸向水平距離測(cè)量

早期，田賽跳躍類(lèi)項(xiàng)目的軸向水平距離測(cè)量主要是依賴(lài)于皮尺、拉鋼尺來(lái)完成的，之后使用手持測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距，此類(lèi)方法雖簡(jiǎn)單易操作，但是不能就運(yùn)動(dòng)員偏離軸向時(shí)的距離進(jìn)行客觀度量。下文筆者將對(duì)電子全站儀測(cè)量的具體方法及原理一一進(jìn)行討論。

（1）定軸線。為確定參考坐標(biāo)系X軸，需先將測(cè)量中需要的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)A、B點(diǎn)設(shè)置于田賽的測(cè)距跑道中心上適宜的位置，A、B點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，軸線定位精度越高。

（2）坐標(biāo)系建立。在A、B兩基準(zhǔn)點(diǎn)任意一點(diǎn)上安置電子全站儀，并測(cè)出兩基準(zhǔn)點(diǎn)之間的水平距離，以B點(diǎn)為中心，坐標(biāo)為B（0,0）；A點(diǎn)坐標(biāo)為（-AB，0）。

（3）儀器安置點(diǎn)確定。在距離比賽沙坑附近合適的位置固定觀測(cè)墩點(diǎn)C，在B點(diǎn)以A點(diǎn)定向測(cè)出C點(diǎn)的假定坐標(biāo)C（Xc，Yc）。

當(dāng)正式比賽時(shí)，按照準(zhǔn)備工作將C點(diǎn)設(shè)為測(cè)站點(diǎn)，即全站儀的固定位置。按極坐標(biāo)原理測(cè)定任意一點(diǎn)P的假定坐標(biāo)為(Xp，Yp)，跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員軸向水平距離用Xp表示，運(yùn)動(dòng)員偏離軸線的距離則用Yp表示。此外，注意信息顯示系統(tǒng)要同時(shí)將各位運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)同步顯示于大屏幕。

5.2 實(shí)例分析

本文選擇了本校五名運(yùn)動(dòng)員，分別在半徑約為10m，20m處安置了電子全站儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所得數(shù)據(jù)如表1~2所示。

5.3 田賽投擲類(lèi)的徑向水平距離測(cè)量

田賽投擲類(lèi)的徑向水平距離測(cè)量同樣可按照跳躍類(lèi)距離測(cè)量的方法及原理，但值得注意的是徑向水平距離測(cè)量應(yīng)采用的計(jì)算結(jié)果作為大屏幕同步顯示值，而并非使用假

定坐標(biāo)的直接測(cè)量值。按照跳躍類(lèi)項(xiàng)目的具體步驟，投擲類(lèi)的徑向水平距離測(cè)量應(yīng)嚴(yán)格按照賽事規(guī)定，投擲距離S一般小于100米，測(cè)站設(shè)于圓心C點(diǎn)的左前方或右前方投擲區(qū)域以外，使d1小于20米。

5.4 測(cè)距精度

對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差現(xiàn)象，筆者認(rèn)為其一般由以下三方面組成：（1）測(cè)量?jī)x器的誤差。每一種測(cè)量?jī)x器都具有一定限度的精密度，最終會(huì)造成觀測(cè)結(jié)果受其影響。為了將誤差值降到最低，我們應(yīng)在測(cè)量前對(duì)儀器檢驗(yàn)、調(diào)試和校正。（2）人為誤差。觀測(cè)結(jié)果的質(zhì)量會(huì)受到觀測(cè)人員對(duì)測(cè)量技術(shù)掌握的熟練程度、工作態(tài)度的直接影響。（3）外界條件誤差。田賽項(xiàng)目主要集中于室外，因此外界的環(huán)境條件對(duì)其測(cè)量工作有一定的影響，觀測(cè)員應(yīng)及時(shí)記錄準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行調(diào)試。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，表明電子全站儀應(yīng)用于田賽距離測(cè)量中切實(shí)可行，筆者提議將電子全站儀測(cè)量技術(shù)推廣形成一種模式，充分發(fā)揮其高精度、自動(dòng)化、公平公正等特性。

李然（1981----），男，山西臨汾人，碩士，講師，研究方向：體育教育訓(xùn)練。

Design and implementation of field distance measurement of total station instrument

Li Ran
(Xi’an Aeronautical university，shaanxi xi’an，710077)

This paper presents intelligent total station the precision measuring instruments are widely used in the field of project measurement,combined with other elements of technology is used to solve the measurement of long jump,throwing events in the field of project and datamanagement issues,to achieve real-time,automatic,accurate decision and report competition results.

total station instrument;field measurement

表1 全站儀在距離起跳點(diǎn)10m處所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 全站儀在距離起跳點(diǎn)20m處所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)