CN112687024A - 面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法和装置，其中方法包括：基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算该运动员经过相邻两个激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；基于第一定位时间和第二定位时间，查询激光计时器采集的第一撞线时间和第二撞线时间；基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；基于转换关系，对该运动员在第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。本发明减少了超宽带定位装置的赛道方向计时误差，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹点计时测量精度的显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及高精度定位技术领域，尤其涉及一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法和装置。
背景技术
短道速滑/速度滑冰的运动员轨迹测量和全程时间测算，涉及到赛时对抗场景下各运动员的身份识别、场中位置检测和赛段时间测量等技术，由于短道速滑和速度滑冰竞赛中运动员的滑行速度可以达到50km/h，同时激烈竞速状态下相互之间距离在分米级别，因此在滑行速度高、相互间隔低的情况下进行多人的轨迹和速度提取，对测量装置的采样时间精度和测量空间精度都提出了极高的要求。
目前普遍应用于短道速滑和速度滑行项目的时间或速度测量装置，多由激光计时器和高速摄像机构成，且两者多安装于赛场终点位置，用于获取运动员训练和比赛过程中通过终点线的时间信息。激光计时器目前常见种类可分为遮挡感知的感应式和基于TOF原理的测距式两种，由于物理原理简洁，单台设备在千元以下，通过在赛道周边分段部署，可以获取运动员通过各赛段的时间信息。但同时由于激光计时基于所接收激光信号的有无来记录时间，无法辨别多人重叠连续通过情况下的撞线时间。高速相机每秒采集上千帧的影像信息，通过识别影像帧中运动员位置变化情况，在没有严重视线遮挡的前提下，可以较为清晰地获取运动速度和撞线先后次序，对于多人场景的辨别性较高。但在前后遮挡严重的情况下，依然存在无法测量分辨的问题。此外，高速像机价格昂贵，不适用于以赛道边部署多台的方式进行分段计时、测速。
UWB（Ultra Wide Band，超宽带）定位传输技术是一种利用持续时间极短的脉冲来传输信息，并由此进行相对距离测量继而获得空间定位的技术方法，广泛应用在短距离定位场景中，具有信号穿透力强、原理简洁、测距精确等特点。
然而，由于基站与电子标签之间的信号接收时延、基站采样周期存在的相位差等因素的存在，电子标签和各个基站之间的测距时间存在误差，这种误差在短道速滑/速度滑冰应用场景下，由于运动员滑行速度高、场地范围较大，单个定位周期内运动员可能已经发生不可忽略的位移，导致电子标签和各基站之间的相对位置测算时间不一致、信息没有时间对齐，从而导致多个标签-基站距离形成的圆弧相交点不唯一，同时会导致UWB定位系统定位所得坐标点对应的采样时间存在偏差。
因此，如何克服现有系统方案上的不足，提高对高速、多人短道速滑/速度滑冰场景中各位运动员位置、时间信息进行采样的准确性，成为了冰上速滑跟踪计时任务中的核心问题。
发明内容
本发明提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法和装置，用以解决现有技术中UWB定位系统采样时间不准确的缺陷。
本发明提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，包括：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
根据本发明提供的一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，具体包括：
基于所述第一定位时间，以及所述第一撞线时间，确定所述定位时钟与所述激光计时器时钟间的时钟偏差；
基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述定位时钟与所述激光计时器时钟间的时钟漂移参数；
基于所述时钟偏差和所述时钟漂移参数，确定所述转换关系。
根据本发明提供的一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，所述基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间，具体包括：
基于相应激光计时器的激光线路在所述超宽带定位装置的空间坐标系中的表达式，确定所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标和定位时间；
基于所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位时间，以及所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标与相应激光计时器的激光线路之间的距离，计算所述任一运动员经过相应激光计时器时的定位时间。
根据本发明提供的一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，当多名运动员在任一激光计时器处重叠撞线时，还包括：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员经过所述任一激光计时器时的第三定位时间；
基于所述任一激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，对所述第三定位时间进行转换，得到所述任一运动员在所述任一激光计时器处的撞线时间；
其中，所述转换关系是基于首位撞线运动员经过所述任一激光计时器及其下一激光计时器时的定位时间，以及所述任一激光计时器及其下一激光计时器采集的所述首位撞线运动员的撞线时间确定的。
根据本发明提供的一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，所述首位撞线运动员是基于如下步骤确定的：
确定在所述任一激光计时器及其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间已被校正的候选运动员；
从所述候选运动员中筛选出在所述任一激光计时器处的撞线时间与所述第三定位时间最接近的运动员，作为所述首位撞线运动员。
根据本发明提供的一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，所述激光分段计时装置包括一个主控激光计时器和若干个副机激光计时器；
任一副机激光计时器采集的撞线时间是基于所述任一副机激光计时器与所述主控激光计时器之间的时钟偏差和时钟漂移参数，对所述任一副机激光计时器的计时时间进行转换后得到的。
本发明还提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时装置，包括：
定位时间测算单元，用于基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
撞线时间匹配单元，用于基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
时钟转换关系确定单元，用于基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
定位时间校正单元，用于基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
本发明还提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时系统，包括：超宽带定位装置和激光分段计时装置；
其中，超宽带定位装置包括布置于赛场周边的定位基站和佩戴于运动员身上的电子标签，用于对赛场中的运动员进行定位信息采集；
激光分段计时装置包括若干个激光计时器，用于检测运动员通过各赛段的撞线时间；
所述激光分段计时装置采集的撞线时间用于校正所述超宽带定位装置采集的每位运动员的定位信息中的定位时间，得到每位运动员的移动时空信息。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的步骤。
本发明提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法和装置，通过激光分段计时器采集的撞线时间以及超宽带定位装置采集的定位时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，并基于该转换关系，对超宽带定位装置采集的定位时间进行校正，减少了超宽带定位装置的赛道方向计时误差，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹跟踪精度与计时测量精度的显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的结构示意图；
图2为本发明提供的跟踪计时场景的示意图；
图3为本发明提供的重叠撞线的示意图；
图4为本发明提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时装置的结构示意图；
图5为本发明提供的激光分段计时装置的结构示意图；
图6为本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
1、2、3、4：定位基站；5：发令装置；6：主控装置； 7：主控激光计时器；
8、9、10、11：副机激光计时器；12、13、14、15、16：电子标签。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的结构示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤110，基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算该运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
步骤120，基于第一定位时间和第二定位时间，查询得到第一激光计时器和第二激光计时器分别采集的该运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
步骤130，基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
步骤140，基于转换关系，对该运动员在第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
具体地，在比赛正式开始前，会首先开启超宽带定位装置以实时获取场上各个运动员的定位信息。其中，运动员的定位信息包括每次定位时的定位时间以及此时运动员的定位坐标。当发令系统给出比赛开始信号后，激光分段计时装置中的各个激光计时器开始计时，分别检测运动员的撞线时间。其中，任一激光计时器采集的撞线时间是某一运动员通过该激光计时器的激光线路的时间。
超宽带定位装置可以同时获取各个穿戴于运动员身上的电子标签的ID编号、定位
坐标和采集定位坐标时刻的UWB系统内部时间，即定位时间，可以用
四元组表
示，其中I表示电子标签的ID编号，t表示定位时间，
表示电子标签所在定位坐标。
对于任一运动员而言，基于超宽带定位装置采集的该运动员的定位信息，可以测算出该运动员经过相邻两个激光计时器中的第一激光计时器的时间——第一定位时间，以及经过第二激光计时器的时间——第二定位时间。其中，第二激光计时器为第一激光计时器在赛道方向上的下一个相邻激光计时器。第一定位时间和第二定位时间均为UWB系统时间维度下的时间。虽然超宽带定位装置连续两次定位之间存在时间差，超宽带定位装置难以在运动员刚好经过激光计时器时进行定位，但是由于超宽带定位装置的采样频率较高，连续两次定位之间运动员的移动可以视为匀速运动，因此可以基于该运动员的定位信息，测算出其经过任一激光计时器时的定位时间。
由于超宽带定位装置和激光分段计时装置的系统时间偏差较小，因此可以基于第一定位时间和第二定位时间，结合轨迹时序分析，查找第一激光计时器和第二激光计时器采集的与第一定位时间和第二定位时间距离最近的时间，作为该运动员的第一撞线时间和第二撞线时间。此时，也完成了激光计时器采集的撞线时间和该运动员的身份匹配。
根据第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，分析当该运动员在第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时，超宽带定位装置的系统时间和激光分段计时装置的系统时间之间的关系，得到第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系。基于该转换关系，可以对该运动员在第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正，将超宽带定位装置的时间维度与激光分段计时装置的时间维度对齐，修正了超宽带定位装置的计时误差，提高了超宽带定位装置的时间精度，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹跟踪精度与计时测量精度的显著提升，为精确评估运动员滑行技巧、分析速度策略、优化体能分配提供了宝贵的数据依据。
基于上述步骤，在运动员之间不存在重叠撞线导致部分运动员的撞线时间无法测量的情况下，可以依次修正各个运动员的定位时间，同时也完成了激光计时器采集的撞线时间和各个运动员的身份对应。
本发明实施例提供的方法，通过激光分段计时器采集的撞线时间以及超宽带定位装置采集的定位时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，并基于该转换关系，对超宽带定位装置采集的定位时间进行校正，减少了超宽带定位装置的赛道方向计时误差，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹跟踪精度与计时测量精度的显著提升。
基于上述实施例，步骤130具体包括：
基于第一定位时间，以及第一撞线时间，确定定位时钟与激光计时器时钟间的时钟偏差；
基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，确定定位时钟与激光计时器时钟间的时钟漂移参数；
基于时钟偏差和时钟漂移参数，确定转换关系。
具体地，将第一撞线时间与第一定位时间相减，可以得到第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟间的时钟偏差，即可以利用以下公式计算上述时钟偏差：
其中，i为第一激光计时器的编号， 
为时钟偏差， 
为第一撞线时间， 
为第一
定位时间。
基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，可以通过计算第一定位时间和第二定位时间之间的差值与第一撞线时间和第二撞线时间之间的差值的比例，确定定位时钟与激光计时器时钟间的时钟漂移参数。例如，可以采用以下公式确定时钟漂移参数：
其中，j为第二激光计时器的编号， 
为时钟漂移参数， 
为第二撞线时间， 
为第二定位时间。
基于上述时钟偏差和时钟漂移参数，可以确定第一激光计时器和第二激光计时
器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系。即，转换关系可以为： 
。
其中， 
为该运动员在相邻的第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时，对
齐到激光分段计时装置的时间维度下的定位时间， 
为超宽带定位装置采集的定位时间。
基于上述任一实施例，步骤110具体包括：
基于相应激光计时器的激光线路在超宽带定位装置的空间坐标系中的表达式，确定该运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标和定位时间；
基于该运动员经过相应激光计时器前后的定位时间，以及该经过相应激光计时器前后的定位坐标与相应激光计时器的激光线路之间的距离，计算该运动员经过相应激光计时器时的定位时间。
具体地，在开始跟踪计时之前，可以对各个激光计时器在超宽带定位装置的空间
坐标系中的位置进行标定，从而获取到激光计时器的激光线路与赛道内外两侧的两个交点
位置。图2为本发明实施例提供的跟踪计时场景的示意图，如图2所示，以激光计时器7为例，
其激光线路与赛道边缘的交点对应的UWB定位坐标分别为 
和 
，其中 
表示与赛道外侧边缘的交点， 
表示和赛道内侧的交点。同样地，可以获取其
他激光计时器测量线的激光线路与赛道内外两侧的两个交点的定位坐标，这里可以使用 
和 
进行表示，其中N表示赛道边部署的激光计时器的数量。
按照上述方式，为每个激光计时器标定激光线路与赛道边缘的交点坐标，从而可以确定各个激光计时器的激光线路在超宽带定位装置的空间坐标系中的表达式。根据各个激光计时器的激光线路的表达式，一方面可以更加方便地利用超宽带定位装置获取的运动员定位信息判定其与各激光计时器激光线路的绝对距离，继而完成激光计时器采集的撞线时间和运动员的身份匹配，另一方面也可以利用激光计时器获取的撞线时间对超宽带定位装置采集的定位时间进行校对，修正超宽带定位装置中电子标签和各个定位基站之间的距离测算误差，提高超宽带定位装置对高速运动目标的定位计时精度。
假设经过测量已知UWB定位系统的综合采样频率为f U ，综合采样时间间隔为τU，τU
在毫秒级别，同时在符合实际竞赛场景条件的前提下，假设非并肩重叠运动员之间的移动
时间差异大于τU。超宽带定位装置采集的该运动员的定位信息表示为 
，相应激光计时器的激光线路表达式为f T (x,y)。其
中，ts和te分别是单次比赛计时的开始和结束时间，M为运动员的数量，I为该运动员携带电
子标签的ID编号。
基于各个定位坐标到直线f T (x,y)的距离，可以筛选出该运动员在经过该激光计
时器的前一时刻和后一时刻采集的定位信息分别为 
和 
，其中 
，从而得到该运动员经过相应激光计时器前
后的定位坐标 
、 
和定位时间 
、 
。计算定位坐标 
和 
间的连线与激光线路f T (x,y)的交点P，并计算 
和 
与P间的距
离d1和d2。
由于超宽带定位装置的采样时间足够短，因此可合理假设运动员以匀速通过该激
光计时器的激光线路，因此该运动员经过该激光计时器时的定位时间 
与其经过相应激光
计时器前后的定位时间 
、 
存在以下关联关系：
对上式进行求解，可以得到该运动员经过该激光计时器时的定位时间 
为： 
。
由于短道速滑/速度滑冰竞速激烈，各赛段都可能出现多名运动员重叠撞线或接连通过激光计时器的情况，继而导致靠后通过激光线路的运动员的撞线时间无法检测。
对此，基于上述任一实施例，当多名运动员在任一激光计时器处重叠撞线时，该方法还包括：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算该运动员经过该激光计时器时的第三定位时间；
基于该激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，对第三定位时间进行转换，得到该运动员在该激光计时器处的撞线时间；
其中，转换关系是基于首位撞线运动员经过该激光计时器及其下一激光计时器时的定位时间，以及该激光计时器及其下一激光计时器采集的首位撞线运动员的撞线时间确定的。
具体地，图3为本发明实施例提供的重叠撞线的示意图，如图3所示，当多名运动员（如图3中佩戴电子标签15和16的运动员）在任一激光计时器处重叠撞线时，运动员间的距离较小，激光计时器仅能采集到首位撞线运动员（如图3中佩戴电子标签15的运动员）的撞线时间。因此，对于首位撞线运动员而言，超宽带定位装置和该激光计时器均能正常采集其定位时间和撞线时间，从而可以基于上述任一实施例提供的跟踪计时方法，确定该激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，并对该首位撞线运动员在该激光计时器与其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。因此，为了确定与该首位撞线运动员接连撞线的其他运动员的撞线时间，可以基于该激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，对靠后运动员的定位时间进行校对，反推出该运动员在该激光计时器处的撞线时间。其中，上述的转换关系是基于首位撞线运动员经过该激光计时器及其下一激光计时器时的定位时间，以及该激光计时器及其下一激光计时器采集的首位撞线运动员的撞线时间确定的。
具体而言，假设超宽带定位装置采集的该靠后运动员的定位信息为 
，该激光计时器的激光线路的表达式为f T (x,y)。计算该运动员对应的各
定位坐标与该激光线路之间的距离，找出该运动员经过该激光计时器前后的定位坐标 
、 
和定位时间 
、 
。基于运动员在撞线前后是匀速运动的假设，可以
推算得到该运动员经过该激光计时器时的第三定位时间 
。此处，可以采用上述实施例中
采用的定位时间测算方式计算该定位时间，在此不再赘述。
基于首位撞线运动员的定位时间和撞线时间确定得到的该激光计时器与其下一
激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，可以应用于该靠后运动员的撞线
时间推算。例如，假设该转换关系为 
，其中j为首位撞线运动员的ID编号。
将该运动员的第三定位时间代入到该转换关系中，可以计算得到该运动员在该激光计时器
处的撞线时间。
基于上述任一实施例，首位撞线运动员是基于如下步骤确定的：
确定在该激光计时器及其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间已被校正的候选运动员；
从候选运动员中筛选出在该激光计时器处的撞线时间与第三定位时间最接近的运动员，作为首位撞线运动员。
具体地，由于首位撞线运动员在该激光计时器处的撞线时间是可以正常采集的，而撞线时间能够正常采集的运动员在该激光计时器与其下一激光计时器之间的定位时间均会通过上述任一实施例提供的跟踪计时方法进行校正，因此可以确定在该激光计时器及其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间已被校正的候选运动员，以缩小筛选范围。
考虑到多名运动员重叠撞线时，各个运动员的真实撞线时间应当十分接近，而靠后运动员推算得到的第三定位时间与真实撞线时间也比较接近，因此，可以从候选运动员中筛选出在该激光计时器处的撞线时间与第三定位时间最接近的运动员，作为首位撞线运动员。
基于上述任一实施例，激光分段计时装置包括一个主控激光计时器和若干个副机激光计时器；
任一副机激光计时器采集的撞线时间是基于该副机激光计时器与主控激光计时器之间的时钟偏差和时钟漂移参数，对该副机激光计时器的计时时间进行转换后得到的。
具体地，激光分段计时装置可以包括一个主控激光计时器和若干个副机激光计时器。在比赛开始后，各个激光计时器会开始计时并检测各运动员的撞线时间。然而，由于各个副机激光计时器与主控激光计时器之间存在一定的计时延迟和时钟漂移，为了减少或抵消各个副机激光计时器在计时过程中存在的计时误差，可以对副机激光计时器的计时时间进行校正。此处，可以获取主控激光计时器的计时时间Tm以及各个副机激光计时器的计时时间Ti’，利用各个副机激光计时器与主控激光计时器之间的时钟偏差βi，以及各个副机激光计时器的时钟漂移参数αi，通过公式Ti=αi*Ti’+βi对各个副机激光计时器的计时时间进行转换，得到对应的副机激光计时器在主控激光计时器时钟下的撞线时间。
下面对本发明提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时装置进行描述，下文描述的分段跟踪计时装置与上文描述的分段跟踪计时方法可相互对应参照。
基于上述任一实施例，图4为本发明实施例提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时装置的结构示意图，如图4所示，该装置包括：定位时间测算单元410、撞线时间匹配单元420、时钟转换关系确定单元430和定位时间校正单元440。
其中，定位时间测算单元410用于基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算该运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
撞线时间匹配单元420用于基于第一定位时间和第二定位时间，查询得到第一激光计时器和第二激光计时器分别采集的该运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
时钟转换关系确定单元430用于基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
定位时间校正单元440用于基于转换关系，对该运动员在第一激光计时器和第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
本发明实施例提供的装置，通过激光分段计时器采集的撞线时间以及超宽带定位装置采集的定位时间，确定第一激光计时器和第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，并基于该转换关系，对超宽带定位装置采集的定位时间进行校正，减少了超宽带定位装置的赛道方向计时误差，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹跟踪精度与计时测量精度的显著提升。
基于上述任一实施例，时钟转换关系确定单元430具体用于：
基于第一定位时间，以及第一撞线时间，确定定位时钟与激光计时器时钟间的时钟偏差；
基于第一定位时间、第二定位时间、第一撞线时间和第二撞线时间，确定定位时钟与激光计时器时钟间的时钟漂移参数；
基于时钟偏差和时钟漂移参数，确定转换关系。
基于上述任一实施例，定位时间测算单元410具体用于：
基于相应激光计时器的激光线路在超宽带定位装置的空间坐标系中的表达式，确定该运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标和定位时间；
基于该运动员经过相应激光计时器前后的定位时间，以及该经过相应激光计时器前后的定位坐标与相应激光计时器的激光线路之间的距离，计算该运动员经过相应激光计时器时的定位时间。
基于上述任一实施例，当多名运动员在任一激光计时器处重叠撞线时，该装置还包括重叠撞线时间测算单元，该重叠撞线时间测算单元用于：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算该运动员经过该激光计时器时的第三定位时间；
基于该激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，对第三定位时间进行转换，得到该运动员在该激光计时器处的撞线时间；
其中，转换关系是基于首位撞线运动员经过该激光计时器及其下一激光计时器时的定位时间，以及该激光计时器及其下一激光计时器采集的首位撞线运动员的撞线时间确定的。
基于上述任一实施例，该装置还包括首位撞线运动员确定单元，该首位撞线运动员确定单元用于：
确定在该激光计时器及其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间已被校正的候选运动员；
从候选运动员中筛选出在该激光计时器处的撞线时间与第三定位时间最接近的运动员，作为首位撞线运动员。
基于上述任一实施例，激光分段计时装置包括一个主控激光计时器和若干个副机激光计时器；
任一副机激光计时器采集的撞线时间是基于该副机激光计时器与主控激光计时器之间的时钟偏差和时钟漂移参数，对该副机激光计时器的计时时间进行转换后得到的。
基于上述任一实施例，本发明实施例还提供了一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时系统。该系统包括：超宽带定位装置和激光分段计时装置；
其中，超宽带定位装置包括布置于赛场周边的定位基站和佩戴于运动员身上的电子标签，用于对赛场中的运动员进行定位信息采集；
激光分段计时装置包括若干个激光计时器，用于检测运动员通过各赛段的撞线时间；
激光分段计时装置采集的撞线时间用于校正超宽带定位装置采集的每位运动员的定位信息中的定位时间，得到每位运动员的移动时空信息。
具体地，如图2所示，分段跟踪计时系统包括：超宽带定位装置和激光分段计时装置。其中，超宽带定位装置包含布置于赛场周边的定位基站1、2、3、4和佩戴于运动员身上的电子标签12、13、14，用于对赛场中的运动员进行定位信息采集。激光分段计时装置包括若干个激光计时器8、9、10、11构成，用于检测运动员通过各赛段的撞线时间。
图5为本发明实施例提供的激光分段计时装置的结构示意图，如图5所示，激光分段计时装置包含一个发令装置、主控装置、若干个激光计时器、显示单元和数据输出单元，其中发令装置用于产生计时开始信号，并发出提醒声光信号指示运动员开始比赛。主控装置接收计时开始信号后，给主控激光计时器和副机激光计时器发送计时开始信号，使其进入撞线信号检测和撞线时间采集状态，接收来自不同激光计时器的计时信息，该计时信息包含了时间信息以及各个激光计时器的ID编号信息。依靠这些字段信息，主控装置能够接收并辨别来自不同激光计时器的时间测量信息，由此来分辨运动员已经行进到哪一段赛道，以及自开始已经耗费的滑行时间信息。在计时过程中，主控装置还可以通过数据输出模块，给出各个激光计时器采集到的时间信号，通过系统的信息号接口发送给其他需要相关计时信息的系统，或利用显示模块显示相关的计时信息。
将超宽带定位装置和激光分段计时装置获取的运动员身份信息、定位信息和撞线时间进行时空融合，利用激光分段计时装置采集的撞线时间校正超宽带定位装置采集的每位运动员的定位信息中的定位时间，可以得到每位运动员的移动时空信息，从而减少超宽带定位装置的赛道方向计时误差。其中，移动时空信息包括每位运动员的滑行轨迹、赛段滑行时间、全程滑行速度等信息。
将超宽带定位装置和激光分段计时装置进行结合，避免了使用价格高昂、易受视线遮挡的高速相机测速方案，整体装置架构简单，场地部署方便，应用测量原理简洁可靠，且贴合了短道速滑/速度滑冰运动项目训练和比赛中对全程各赛段滑行时间、滑行轨迹信息的采集需求，具有现实具体的应用价值，同时也为同类型的冰上竞速项目提供了有价值的技术参考。
本发明实施例提供的系统，将超宽带定位装置和激光分段计时装置进行优势互补，整体装置架构简单，场地部署方便，应用测量原理简洁可靠，且利用激光分段计时装置来分段校正超宽带定位装置的赛道方向计时误差，使得该系统能够实现分米精度的滑行轨迹数据和微秒级别的赛段滑行时间信息，实现了高速、激烈竞速条件下轨迹跟踪精度与计时测量精度的显著提升。
基于上述任一实施例，超宽带定位装置包括多个定位基站；多个定位基站所在位置围成的区域覆盖全部赛道区域；
激光分段计时装置包括主控激光计时器和若干个副机激光计时器，主控激光计时器部署在赛程的结束位置，副机激光计时器部署在赛道的其他位置。
具体地，在使用跟踪计时系统之前，需要安装超宽带定位装置和激光分段计时装置。UWB定位装置的安装。如图2所示，超宽带定位装置包括定位基站1、2、3、4和佩戴在运动员身上的电子标签12、13、14构成。定位基站的安装位置可以满足所在位置围成的区域覆盖全部赛道区域，例如可以分置于短道速滑/速度滑冰竞技场地的四个顶角，从而能够获取并回应来自比赛赛道场地中任何位置处佩戴在运动员身上电子标签的无线脉冲信号，并根据接收信号的强弱或收发信号的时间延迟来测算各标签与定位基站之间的相对距离，进而由此推算出标签信号发射时刻在赛场中间所处的空间位置。
激光分段计时装置包括一个发令装置5、一台主控装置6、一个主控激光计时器7和若干副机激光计时器8、9、10、11。其中，发令装置5安置在靠近比赛起点位置处，方便比赛运动员听到发令器发出的比赛开始信号。在赛程结束位置处部署主控激光计时器，用于获取各运动员通过赛程终点的时间信息。赛道的其他位置处也可以分别布置若干副机激光计时器，例如副机激光计时器8、9、10、11，用于获取运动员通过其他赛段的时间。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(CommunicationsInterface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，该方法包括：基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种面向短道速滑或速度滑冰项目分段跟踪计时的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，该方法包括：基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，该方法包括：基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，包括：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
2.根据权利要求1所述的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，具体包括：
基于所述第一定位时间，以及所述第一撞线时间，确定所述定位时钟与所述激光计时器时钟间的时钟偏差；
基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述定位时钟与所述激光计时器时钟间的时钟漂移参数；
基于所述时钟偏差和所述时钟漂移参数，确定所述转换关系。
3.根据权利要求1所述的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，所述基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间，具体包括：
基于相应激光计时器的激光线路在所述超宽带定位装置的空间坐标系中的表达式，确定所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标和定位时间；
基于所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位时间，以及所述任一运动员经过相应激光计时器前后的定位坐标与相应激光计时器的激光线路之间的距离，计算所述任一运动员经过相应激光计时器时的定位时间。
4.根据权利要求1所述的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，当多名运动员在任一激光计时器处重叠撞线时，还包括：
基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员经过所述任一激光计时器时的第三定位时间；
基于所述任一激光计时器与其下一激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系，对所述第三定位时间进行转换，得到所述任一运动员在所述任一激光计时器处的撞线时间；
其中，所述转换关系是基于首位撞线运动员经过所述任一激光计时器及其下一激光计时器时的定位时间，以及所述任一激光计时器及其下一激光计时器采集的所述首位撞线运动员的撞线时间确定的。
5.根据权利要求4所述的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，所述首位撞线运动员是基于如下步骤确定的：
确定在所述任一激光计时器及其下一激光计时器之间移动时采集的定位时间已被校正的候选运动员；
从所述候选运动员中筛选出在所述任一激光计时器处的撞线时间与所述第三定位时间最接近的运动员，作为所述首位撞线运动员。
6.根据权利要求1所述的面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法，其特征在于，所述激光分段计时装置包括一个主控激光计时器和若干个副机激光计时器；
任一副机激光计时器采集的撞线时间是基于所述任一副机激光计时器与所述主控激光计时器之间的时钟偏差和时钟漂移参数，对所述任一副机激光计时器的计时时间进行转换后得到的。
7.一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时装置，其特征在于，包括：
定位时间测算单元，用于基于超宽带定位装置采集的任一运动员的定位信息，计算所述任一运动员分别经过激光分段计时装置中相邻的第一激光计时器与第二激光计时器时的第一定位时间和第二定位时间；
撞线时间匹配单元，用于基于所述第一定位时间和所述第二定位时间，查询得到所述第一激光计时器和所述第二激光计时器分别采集的所述任一运动员的第一撞线时间和第二撞线时间；
时钟转换关系确定单元，用于基于所述第一定位时间、所述第二定位时间、所述第一撞线时间和所述第二撞线时间，确定所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间定位时钟与激光计时器时钟的转换关系；
定位时间校正单元，用于基于所述转换关系，对所述任一运动员在所述第一激光计时器和所述第二激光计时器之间移动时采集的定位时间进行校正。
8.一种面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时系统，其特征在于，包括：超宽带定位装置和激光分段计时装置；
其中，超宽带定位装置包括布置于赛场周边的定位基站和佩戴于运动员身上的电子标签，用于对赛场中的运动员进行定位信息采集；
激光分段计时装置包括若干个激光计时器，用于检测运动员通过各赛段的撞线时间；
所述激光分段计时装置采集的撞线时间用于校正所述超宽带定位装置采集的每位运动员的定位信息中的定位时间，得到每位运动员的移动时空信息。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述面向短道速滑或速度滑冰项目的分段跟踪计时方法的步骤。
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