CN112973098A - 一种自助式短跑项目自动测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种自助式短跑项目自动测试装置及测试方法，涉及运动器材和自助装置生产技术领域，包括测试管理云平台、自动检录去、测试等待区和短跑测试区，支持网上预约报名、自动检录、自动测试和计时、防作弊跑步检测。本发明有益效果：支持学生随时随地的开展无人值守式短跑测试，实现了个性化体测，降低教师的劳动强度，生物特征和预约凭证不需要传统实物的制作、发放和回收手持芯片(RFID射频卡)等工作，并且身份核验时不需要高清摄像设备，简化了自助式短跑体测的流程复杂度，节约了人力、物力成本，同时具有防作弊、测试结果更精准等优点。

Description

一种自助式短跑项目自动测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于运动器材和自助装置生产技术领域，具体涉及一种自助式短跑项目自动测试装置及测试方法。

背景技术

短跑是高校体测必选项目。受现有短跑测试手段限制，为了避免与学生上课冲突，高校通常会将体测短跑项集中安排在周末，以人工手计时方式进行。这导致高校体测短跑面临三个突出问题：

1）传统人工手计时容易产生误差，并且需要人工登记学生的短跑体测成绩，工作效率低、容易出错；

2）学生人数多，教师短跑体测教学任务量大、劳动强度高，增加了人力成本；

3）无法开展个性化短跑测试，学生的短跑测试不一定是在自己最佳状态时完成，成绩满意度不高。

因此，随着移动互联网通信技术和传感器网络技术在各行各业中的深入、广泛地应用，实施无人值守短跑自动化测试显得十分必要。

从技术特征上看，已公开的短跑自动化技术成果可以分为两大类。一类是自助式智能跑道技术。例如，发明专利“一种自助式智能跑道计时系统”（申请号为201910895789.4）设计了一个包括云端服务器、身份核验设备以及芯片阅读设备三部分的自助式智能跑道计时系统，参赛选手借助该系统刷身份证并通过人脸识别确认身份后，制作并携带具有人员特定信息的芯片，于规定路线进行跑步或步行运动，完成计时计距。第二类，跑步自动检测和计时技术。这类技术通常在起点和终点处各设置不同数量的RFID射频卡感应装置或高速线性摄像机，借助RFID射频卡识别技术或人体检测技术进行运动员身份识别或冲线检测，实现跑步自动计时。例如，发明专利“基于人脸与人体识别的直道跑步检测与计时系统及方法”（申请号为202010371837.2）借助在跑道终点和起点设置的高速摄像机和图像识别单元检测并跟踪人体，利用特定人体框底线与初始化时设定的跑道终点线做相交检测，判断被测试者是否冲线，进而通过计算冲线时间戳和法令时间戳的时间差实现跑步计时。

从学校无人值守式短跑测试角度看，上述短跑自动化技术成果存在的主要缺点和不足包括：

1）需要人工事先发放、制作和回收大量的手持芯片(RFID射频卡)，工作流程复杂；

2）为了提高计时和跑步检测的准确性，需要使用高速摄像机采集人像。该高速摄像机价格高昂、对光线等工作环境要求严格，且需要专业人员进行标定和日常维护，不利于一般高校广泛使用；

3）不支持预约功能，无法开展自助式短跑测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自助式短跑项目自动测试装置及测试方法，解决现有高校短跑自动化技术存在的工作流程复杂等问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种自助式短跑项目自动测试装置，包括：

中央控制器，支持Zigbee通信，包括计时器单元、移动通信模块；

测试管理云平台，包括短跑预约子系统和短跑测试子系统，测试管理云平台通过移动通信模块与中央控制器相连接，其中，短跑预约子系统用于实现人体生物识别获取、生成预约凭证、存储、匹配判定和移动短信发送功能；

自动检录区，设有分别通过Zigbee网关与中央控制器连接的语音模块一、人体感应模块一以及身份核验模块，其中人体感应模块一用于感知自动检录区是否有人体存入，并通过中央控制器控制自助式短跑项目自动测试装置的开启；

测试等待区，测试前的等待区域，其内设置人体感应模块二，人体感应模块二通过Zigbee网关与中央控制器连接；

短跑测试区，用于短跑测试，其包括起点线、终点线以及位于起点线和终点线之间的跑道，所述起点线处设有激光控制模块一，通过激光束遮挡检测，感知起跑指令发出之前人体身体部位的起跑线越线犯规和抢跑犯规，终点线处设有激光控制模块二，通过激光线遮挡检测，感知人体躯干的撞线行为；

自动检录区、测试等待区和短跑测试区三者之间采用封闭方式连接。

本发明所述起跑线和终点线之间靠起点侧敷设一压力感应模块，压力感应模块距离起跑线的距离为0cm，压力感应模块通过Zigbee网关与中央控制器连接，检测并判断在起跑指令发出之前足部是否存在踩压线犯规。

本发明所述压力感应模块为带状、宽度不少于8cm，长度和跑道同宽。

本发明所述起点线和终点线两侧各对称设置一个六菱形防碰撞柱，起点线两侧分别设置防碰撞柱一和防碰撞柱二，终点线两侧分别防碰撞柱三和防碰撞柱四，起点线两侧的六菱形防碰撞柱上分别设置人体感应模块三和人体感应模块四，终点线两侧的六菱形防碰撞柱上分别设置人体感应模块五和人体感应模块六，人体感应模块三、人体感应模块四、人体感应模块五以及人体感应模块六分别通过Zigbee网关与中央控制器相连接。

本发明所述人体感应模块一、人体感应模块二、人体感应模块三、人体感应模块四、人体感应模块五以及人体感应模块六由人体电红外传感器和Zigbee元件组成，用于在水平100度锥角范围内的人体检测和信号传输。

本发明所述激光控制模块一分为激光接收器和激光发射器两部分，共5束激光，安装于跑道起点线两侧的防碰撞柱上，光束距离地面依次为5厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米；所述激光控制模块二分为激光接收器和激光发射器两部分，共5束激光，安装于跑道终点线两侧的防碰撞柱上，光束距离地面依次为60厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。

利用所述的自助式短跑项目自动测试装置进行短跑项目自动测试的方法，包括以下步骤：

（1）短跑测试预约：借助测试管理云平台的预约子系统，交互式地生成短跑测试预约凭证；

（2）短跑测试自动检录：利用自动检录区的语音模块一、人体感应模块一、身份核验模块和中央控制器，根据短跑测试等待区的人体检测结果，交互式地完成预约凭证核验，进入测试等待区；

（3）短跑测试准备：借助中央控制器和测试等待区的人体感应模块二、中央控制器完成短跑测试前的设备状态管理；

（4）短跑测试和计时：利用中央控制器及其计时器单元完成短跑测试和计时。

本发明所述步骤（1）中短跑测试预约的具体方法为：

1.1、短跑测试候选人通过测试管理云平台的预约子系统，输入个人信息、预约日期、场地、身高相关的预约信息；

1.2、根据预约日期、场地状态等信息，预约子系统与短跑测试候选人交互式地确定短跑测试时间段；

1.3、预约子系统采集候选人生物特征F1，生成预约凭证C1，并将F1和C1存储在测试管理云平台中，其中预约凭证C1为二维码或验证码；

1.4、利用网络传输技术，预约子系统将预约凭证C1发送至短跑测试候选人的移动终端设备上。

本发明所述步骤（3）中短跑测试准备的具体内容包括：

3.1、当短跑测试等待区的人体感应模块二检测到人体后，通过Zigbee通信网关向中央控制器发出短跑测试准备指令；

3.2、中央控制器接收到短跑测试准备指令后，通过Zigbee通信网关向短跑跑道上的人体感应模块三、人体感应模块四、人体感应模块五以及人体感应模块六发出人体检测指令；

3.3、中央控制器根据步骤3.2返回信息确定是否有人体存在，如果没有人体存在，则通过Zigbee通信网关启动跑道起点的激光控制模块一、压力感应模块和终点的激光控制模块二，并重置计时器单元，进行测试等待状态；否则等待15秒后，继续执行步骤3.1。

本发明所述步骤（4）中短跑测试和计时的具体方法为：

4.1、中央控制器借助语音模块二发出“准备”指令，并通过Zigbee通信网关向起点的激光控制模块一、压力感应模块发出检测信号；

4.2、根据起点的激光控制模块一、压力感应模块的检测信号，中央控制器判断是否存在足部压线或人体越线犯规和抢跑犯规，如果不存在犯规现象，则并行地通过语音模块二发出“开始”声音、向计时器单元发出“开始”计时指令、向起点的激光控制模块一发出“开始”检测指令；如果存在犯规现象，则语音提示短跑测试者犯规，系统暂停2分钟后，再次执行步骤4.1的操作；

4.3、计时器单元生成“开始”时间戳T1并存储在中央控制器的寄存器中；起点的激光控制模块一检测到遮挡后触发中央控制器的外部中断，中央控制器生成“起跑”时间戳T2并进行存储；

4.4、中央控制器将T1和T2存储后，进行“抢跑”犯规判定：如果T2小于T1或T2-T1小于0.2秒，则中央控制器结束计时器单元计时操作并提示犯规，暂停2分钟后，再次执行步骤4.1操作，否则执行步骤4.5操作；

4.5、当终点人体感应模块五、人体感应模块六联合感知到人体，且激光控制模块二感知到遮挡后，向中央控制器发送人体遮挡指令；

4.6、中央控制器接收到人体遮挡指令后，向计时器单元发出“停止计时指令”，生成“停止”时间戳T3；

4.7、中央控制器使用T3-T1计算本次计时成绩，并行地进行语音提示和调用测试管理云平台的服务接口将T1、T2和T3传输给服务器，结束本次短跑测试，进入“短跑测试自动检录（P2）”。

本发明的有益效果是：1）配合测试管理云平台的短跑测试预约和自动检录、自动计时功能，可以支持学生随时随地的开展无人值守式短跑测试，实现了个性化体测，降低了教师的劳动强度。

2）生物特征和预约凭证不需要传统实物的制作、发放和回收手持芯片(RFID射频卡)等工作，并且身份核验时不需要高清摄像设备，简化了自助式短跑体测的流程复杂度，节约了人力、物力成本。

3）起点和终点分别设置人体感应模块，且自动检录区、测试等待区和短跑测试区三者之间采用封闭方式连接，不但保证了短跑测试者的合法性，而且通过封闭区域内的人体检测，防止了替代跑步等作弊。

4）跑道终点的激光控制模块二激光束的布局方式更加接近我国人体身高和躯干长度的比例特征，更满足短跑计时规则，提高了短跑成绩计算的精度。

5）起点的压力感应模块敷设方式，可以防止短跑测试者压线犯规，配合激光控制模块一的越线和抢跑犯规检测，使本发明防作弊功能更准确，更适合在无人值守短跑测试中应用。

6）防碰撞立柱设计可以在原跑道上架设，从而在保证日常体育运动安全的基础上，实现无人值守式短跑测试。

附图说明

图1为本发明自助式短跑项目自动测试装置的安装结构示意图；

图2为本发明自助式短跑项目自动测试装置的连接结构框图；

图3为本发明防碰撞立柱安装结构示意图；

图4为本发明跑道起点的激光控制模块一安装结构示意图；

图5为本发明跑道终点的激光控制模块二安装结构示意图；

图6为本发明跑道起点的压力感应模块结构及敷设示意图；

图7为本发明跑道起点和终点的人体感应模块安装结构示意图；

图8为本发明自动测试方法的整体工作流程图；

图9为本发明短跑测试预约实现流程图；

图10为本发明短跑测试自动检录实现流程图；

图11为本发明短跑测试准备实现流程图；

图12为本发明短跑测试和计时实现流程图。

图中标记：1、自动检录区，2、测试等待区，3、短跑测试区，4、起点线，5、终点线，6、中央控制器，7、人体感应模块一，8、人体感应模块二，9、人体感应模块三，10、人体感应模块四，11、人体感应模块五，12、人体感应模块六，13、身份核验模块，14、语音模块一，15、语音模块二，16、压力感应模块，17、激光控制模块一，18、激光控制模块二，19、防碰撞柱一，20，防碰撞柱二，21，防碰撞柱三，22、防碰撞柱四，23、计时器单元，24、移动通信模块，25、测试管理云平台，26、跑道，27、激光发射器一，28、激光接收器一，29、激光发射器二，30、激光接收器二。

具体实施方式

本发明提供了一种支持预约的自助式短跑项目自动测试装置，其包括测试管理云平台25、中央控制器6、身份核验模块13、计时器单元23、移动通信模块24、激光控制模块一17、激光控制模块二18、Zigbee网关、语音模块一14、语音模块二15、人体感应模块一7、人体感应模块二8、人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11、人体感应模块六12、压力感应模块16、自动检录区1、测试等待区2和短跑测试区3等构成。特别的，人体感应模块一7、人体感应模块二8、人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11以及人体感应模块六12主要由人体热释电红外传感器和Zigbee元件组成，用于在水平100度锥角范围内的人体检测和信号传输。

1）测试管理云平台25通过移动通信模块24和中央控制器6连接，包括短跑预约子系统和短跑测试子系统，所有数据存储在云端的数据库中。其中，短跑预约子系统支持人体生物识别获取、存储和匹配判断功能，支持预约凭证生成、存储、匹配判定和移动短信发送功能。

2）中央控制器6包括计时器单元23、移动通信模块24，并支持Zigbee通信。

3）语音模块一14、人体感应模块一7、身份核验模块13和中央控制器6连接，安置在自动检录区1内。其中，人体感应模块一7用于感知自动检录区1是否有人体存入，并控制自助式短跑项目自动测试装置的开启。

4）人体感应模块二8安置在测试等待区2，通过Zigbee网关和中央控制器6连接，用于测试等待区2的人体探测和数据传输。

5）激光控制模块一17、人体感应模块三9、人体感应模块四10、语音模块二15、压力感应模块16安置在短跑测试区3，通过Zigbee网关和中央控制器6连接。

6）跑道起点和终点两侧各对称敷设一对六棱形防碰撞柱，其中起点线两侧分别敷设防碰撞住一19和防碰撞柱二20，终点线两侧分别敷设防碰撞住三21和防碰撞柱四22，人体感应模块三9和人体感应模块四10分别安装在跑道起点的防碰撞柱一19和防碰撞柱二20上，联合用于短跑起点区域的人体探测和数据传输。人体感应模块五11和人体感应模块六12安装在跑道终点两侧的防碰撞柱三21和防碰撞柱四22上，联合用于短跑终点区域的人体探测和数据传输。

7）压力感应模块16为带状、宽度不少于8厘米、长度和跑道的宽度相同，敷设于起跑线4和终点线5之间、靠起点侧，且压力感应模块16的长度方向沿跑道的宽度方向设置，压力感应模块16距离起跑线0厘米。压力感应模块16通过Zigbee网关和中央控制器6连接,检测、判断在起跑指令发出之前足部是否存在踩压线犯规。

8）激光控制模块一17安装在跑道起点，通过激光束遮挡检测，感知起跑指令发出之前人体身体部位的起跑线越线犯规和抢跑犯规现象。激光控制模块一17分为激光接收器一27和激光发射器一28两部分，共5束激光，分别安装于跑道起点线4两侧的防碰撞柱二20和防碰撞住一19上，光束距离地面依次为5厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。

9）激光控制模块二18安装在跑道终点，通过激光束遮挡检测，感知人体躯干的撞线行为。激光控制模块二18分为激光接收器二30和激光发射器二29两部分，共5束激光，分别安装于跑道终点线5两侧的防碰撞柱四22和防碰撞柱三21上，光束距离地面依次为60厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。

特别的，一方面，短跑计时的原则是，从发令枪发出的烟或闪光开始，计时员启动秒表，当运动员的躯干( 不包括头、颈、臂、手、脚) 的任何部分抵达终点线后沿垂直平面的瞬间计时员停表；另一方面，我国人体躯干通常占身高的60%左右。本发明激光控制模块二距离地面的分布特征可以保证，只有当人体躯干遮挡激光光束时计时器单元终止计时。

10）自动检录区1、测试等待区2和短跑测试区3三者之间采用封闭方式连接，保证一旦通过检录短跑测试候选人将确定并防止作弊。

利用上述支持预约的自助式短跑项目自动测试装置进行测试的方法为：

1）短跑测试预约（P1）：借助测试管理云平台25的预约子系统，交互式地生成短跑测试预约凭证。具体步骤是：

S1：短跑测试候选人通过测试管理云平台25的预约子系统，输入个人信息、预约日期、场地、身高等预约信息。

S2：根据预约日期、场地状态等信息，预约子系统与短跑测试候选人交互式地确定短跑测试时间段。

S3：预约子系统采集候选人生物特征F1，生成预约凭证C1（通常是二维码或验证码），并将F1和C1存储在测试管理云平台25中。

S4：利用网络传输技术，预约子系统将预约凭证C1发送至短跑测试候选人的移动终端设备上。

2）短跑测试自动检录（P2）：借助语音模块一14、人体感应模块一7、身份核验模块13和中央控制器6，根据短跑测试等待区2的人体检测结果，交互式地完成预约凭证核验，进入测试等待区。具体步骤是：

S5：当短跑测试自动检录区1的人体感应模块一7检测到人体后，通过Zigbee通信网关向中央控制器6发出自动检录指令。

S6：中央控制器6接收到自动检录指令后，通过Zigbee通信网关向短跑测试等待区2的人体感应模块二8发出人体检测指令。

S7：中央控制器6根据返回信息检测是否有人体存在，如果没有人体存在，则执行步骤S8；否则，提示短跑测试候选人耐性等待，并执行步骤S6。

S8：中央控制器6利用身份核验模块13和语音模块一14，语音交互式地指引获取短跑测试候选人的生物特征F2和预约凭证C2，通过借助移动通信模块24，将生物特征F2和预约凭证C2上传至测试管理云平台25。

S9：测试管理云平台25接收到生物特征F2和预约凭证C2后，通过与保存云平台数据库中的生物特征F1和预约凭证C1进行匹配性判定，核验短跑测试候选人的合法性，并将核验结果下发给中央控制器6。

S10：中央控制器6接到核验结果标记，如果是核验成功标记，则利用语音模块一14的语音提示功能，交互式地与短跑测试候选人完成预约确认和检录，并指引其进入短跑测试等待区2；否则，执行步骤S11。特别地，完成检录的同时，中央控制器6应借助移动通信模块24，调用测试管理云平台25的服务接口，将短跑测试候选人的预约凭证C1的状态设置为已使用。

S11：提示短跑测试候选人核验失败及失败原因，并询问短跑测试候选人是否继续核验，如果同意继续核验，则执行S8操作，否则终止短跑测试自动检录操作。

3）短跑测试准备（P3）:借助人体感应模块二8、中央控制器6等完成短跑测试前的设备状态管理。具体步骤是：

S12：当短跑测试等待区2的人体感应模块二8检测到人体后，通过Zigbee通信网关向中央控制器6发出短跑测试准备指令。

S13：中央控制器6接收到短跑测试准备指令后，通过Zigbee通信网关向短跑跑道上的人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11、人体感应模块六12发出人体检测指令。

S14：中央控制器6根据步骤S13返回信息，检测是否有人体存在，如果没有人体存在，则通过Zigbee通信网关启动跑道起点的激光控制模块一17、压力感应模块16和终点的激光控制模块二18，并重置计时器单元23，进入测试等待状态；否则等待15秒后，继续执行步骤S12。

4）短跑测试和计时（P4）：借助中央控制器6及其计时器单元23等完成短跑测试和计时。具体步骤是：

S15：中央控制器6借助语音模块二15发出“准备”指令，并通过Zigbee通信网关向起点的激光控制模块一17、压力感应模块16发出检测信号。

S16：根据起点的激光控制模块一17、压力感应模块16的检测信号，中央控制器6判断是否存在足部压线或人体越线犯规和抢跑犯规，如果不存在犯规现象，则并行地通过语音模块二15发出“开始”声音、向计时器单元23发出“开始”计时指令、向起点的激光控制模块一17发出“开始”检测指令；如果存在犯规现象，则语音提示短跑测试者犯规，系统暂停2分钟后，再次执行步骤S15。

S17：计时器单元23生成“开始”时间戳T1并存储在中央控制器6的寄存器中；起点的激光控制模块一17检测到遮挡后触发中央控制器6的外部中断，中央控制器6生成“起跑”时间戳T2存储在寄存器中。

S18：中央控制器6将T1和T2存储在寄存器中，进行“抢跑”犯规判定。如果T2小于T1或T2-T1小于0.2秒，则中央控制器6结束计时器单元23计时操作并提示犯规，暂停2分钟后，再次执行S15，否则执行S19步操作。

S19：当终点人体感应模块五11、人体感应模块六12联合感知到人体，且激光控制模块二18感知到遮挡后，向中央控制器6发送人体遮挡指令。

S20：中央控制器6接收到人体遮挡指令后，向计时器单元23发出“停止计时指令”，生成“停止”时间戳T3。

S21：中央控制器6使用T3-T1计算本次计时成绩，并行地进行语音提示和调用测试管理云平台25的服务接口将T1、T2和T3传输给服务器，结束本次短跑测试。特别地，如果短跑测试者犯规2次，系统提示终止本次短跑测试。

其中，人体感应模块一7、人体感应模块二8、人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11以及人体感应模块六12主要由人体热释电红外传感器（采用XKC-003K4芯片）和Zigbee元件（采用JN5168芯片）组成，可以在水平100度锥角、2-5米范围内感知人体，将信号采用Zigbee协议传输给中央控制器6。

测试管理云平台25通过移动通信模块24和中央控制器6连接，包括短跑预约子系统和短跑测试子系统，采用Springboot+VUE开发。短跑预约子系统采用微信小程序方式实现，支持通过人脸识别接口提取面部生物特征及人脸特征匹配运算；支持生成用6位随机字符串表示的预约凭证，该凭证仅在预约其内有效，预约成功后调用短信发放功能，将6位随机字符串发送至短跑测试者提供的手机上。

中央控制器6是一台华研工控机平板电脑（TPC-6315A-PE6A），通过RS232串口扩展一个GSM/GPRS模块SIM900A芯片实现互联网访问，通过RS232串口扩展一个W5500芯片与Zigbee网关通信。同时，中央控制器6采用CPU中断请求方式实现计时器单元23的计时功能。

如图1和图2所示，语音模块一14、人体感应模块一7、身份核验模块13安置在自动检录区1内，通过Zigbee网关和中央控制器6连接。其中，人体感应模块一7用于感知自动检录区1是否有人体存入，并控制自助式短跑项目自动测试装置的开启；语音模块一14是一个标准的扬声器通过蓝牙协议和中央控制器6连接；身份核验模块13由一个标准Web摄像头和使用OpenCV开发一个人脸识别特征提取的软件模块构成，安装在中央控制器6上。

人体感应模块二8安置在测试等待区2，通过Zigbee网关和中央控制器6连接，用于测试等待区2的人体探测和数据无线传输。

如图3所示，跑道起点和终点两侧各对称敷设一对六棱形防碰撞柱（高200厘米，边长为5厘米），防碰撞柱一19和防碰撞柱二20的底面中心分别与跑道起点线4的两端重合，防碰撞柱三21和防碰撞柱四22的底面中心分别同跑道终点线5的两端重合。

激光控制模块一17、激光控制模块二18、人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11、人体感应模块六12以及压力感应模块16安置在短跑测试区2。人体感应模块一7、人体感应模块二8、人体感应模块三9、人体感应模块四10、人体感应模块五11、人体感应模块六12和压力感应模块16采用Zigbee协议，通过Zigbee网关与中央控制器6进行通信；语音模块二15是一个标准的扬声器，通过蓝牙协议和中央控制器6连接。

如图7所示，人体感应模块三9和人体感应模块四10分别安装在跑道起点的防碰撞柱一19和防碰撞柱二20上，距离地面1.3米，保证水平100度锥角，联合用于短跑起点区域内的人体探测和数据传输；人体感应模块五11和人体感应模块六12分别安装在跑道终点的防碰撞柱三21和防碰撞柱四22上，距离地面1.3米，保证水平100度锥角，联合用于短跑终点区域内的人体探测和数据传输。

如图6所示，压力感应模块16采用埋入式压力传感器，为带状、宽度不少于8厘米、长度和跑道同宽，敷设于起跑线和终点之间、靠起点侧，距离起跑线0厘米。压力感应模块16用于检测、判断在起跑指令发出之前足部是否存在踩压线犯规。

如图4所示，激光控制模块一17安装在跑道起点，通过激光束遮挡检测感知人体身体部位的起跑线越线犯规或抢跑犯规现象。在图4中，激光控制模块一17采用对射型激光传感器，分为激光接收器一28和激光发射器一27两部分，共5束激光，分别安装于跑道起点线两侧的防碰撞柱二20和防碰撞柱一19上，光束距离地面依次为5厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。

如图5所示，激光控制模块二18安装在跑道终点，通过激光束遮挡检测感知人体躯干的撞线行为。在图5中，激光控制模块二18采用对射型激光传感器，分为激光接收器二30和激光发射器二29两部分，共5束激光，安装于跑道终点线两侧的防碰撞柱三21和防碰撞柱四22上，光束距离地面依次为60厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。由于短跑计时的原则是，从发令枪发出的烟或闪光开始，计时员启动秒表，当运动员的躯干( 不包括头、颈、臂、手、脚) 的任何部分抵达终点线后沿垂直平面的瞬间计时员停表。按照图5所示的特征部署，激光控制模块二18可以保证只有当人体躯干遮挡激光光束时，中央控制器6才访问计时器单元23终止计时。

如图1所示，本发明的自动检录区、测试等待区和短跑测试区三者之间采用封闭方式连接，保证一旦通过检录短跑测试候选人将确定，并防止作弊。具体实施时，自动检录区进入测试等待区的出入口设置闸机，控制测试人员出入，而测试等待区和短跑测试区放置在体育场地内，从而达到全封闭的效果。

Claims (10)

1.一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，包括：

中央控制器（6），支持Zigbee通信，其包括计时器单元（23）和移动通信模块（24）；

测试管理云平台（25），包括短跑预约子系统和短跑测试子系统，测试管理云平台（25）通过移动通信模块（24）与中央控制器（6）相连接，其中，短跑预约子系统用于实现人体生物识别获取、生成预约凭证、存储、匹配判定和移动短信发送功能；

自动检录区（1），设有分别通过Zigbee网关与中央控制器（6）连接的语音模块一（14）、人体感应模块一（7）以及身份核验模块（13），其中人体感应模块一（7）用于感知自动检录区（1）是否有人体存入，并通过中央控制器控制自助式短跑项目自动测试装置的开启；

测试等待区（2），测试前的等待区域，其内设置人体感应模块二（8），人体感应模块二（8）通过Zigbee网关与中央控制器（6）连接；

短跑测试区（3），用于短跑测试，其包括起点线（4）、终点线（5）以及位于起点线（4）和终点线（5）之间的跑道（26），所述起点线（4）处设有激光控制模块一（17），通过激光束遮挡检测，感知起跑指令发出之前人体身体部位的起点线越线犯规和抢跑犯规，终点线（5）处设有激光控制模块二（18），通过激光线遮挡检测，感知人体躯干的撞线行为；

自动检录区（1）、测试等待区（2）和短跑测试区（3）三者之间采用封闭方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，所述起点线（4）和终点线（5）之间靠起点侧敷设一压力感应模块（16），压力感应模块（16）距离起点线（4）的距离为0cm，压力感应模块（16）通过Zigbee网关与中央控制器（6）连接，检测并判断在起跑指令发出之前足部是否存在踩压线犯规。

3.根据权利要求2所述的一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，所述压力感应模块（16）为带状、宽度不少于8cm，长度和跑道（26）同宽。

4.根据权利要求1所述的一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，所述起点线（4）和终点线（5）两侧各对称设置一个六菱形防碰撞柱，起点线（4）两侧分别设置防碰撞柱一（19）和防碰撞柱二（20），终点线两侧分别防碰撞柱三（21）和防碰撞柱四（22），起点线（4）两侧的六菱形防碰撞柱上分别设置人体感应模块三（9）和人体感应模块四（10），终点线（5）两侧的六菱形防碰撞柱上分别设置人体感应模块五（11）和人体感应模块六（12），人体感应模块三（9）、人体感应模块四（10）、人体感应模块五（11）以及人体感应模块六（12）分别通过Zigbee网关与中央控制器（6）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，所述人体感应模块一（7）、人体感应模块二（8）、人体感应模块三（9）、人体感应模块四（10）、人体感应模块五（11）以及人体感应模块六（12）由人体电红外传感器和Zigbee元件组成，用于在水平100度锥角范围内的人体检测和信号传输。

6.根据权利要求4所述的一种自助式短跑项目自动测试装置，其特征在于，所述激光控制模块一（17）分为激光接收器一（28）和激光发射器一（27）两部分，共5束激光，安装于跑道起点线（4）两侧的防碰撞柱一（19）和防碰撞住（20）上，光束距离地面依次为5厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米；所述激光控制模块二（18）分为激光接收器二（30）和激光发射器二（29）两部分，共5束激光，安装于跑道终点线（5）两侧的防碰撞柱三（21）和防碰撞柱四（22）上，光束距离地面依次为60厘米、75厘米、95厘米、115厘米和130厘米。

7.利用权利要求1-6中任一所述的自助式短跑项目自动测试装置进行短跑项目自动测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）短跑测试预约：借助测试管理云平台（25）的预约子系统，交互式地生成短跑测试预约凭证；

（2）短跑测试自动检录：利用自动检录区（1）的语音模块一（14）、人体感应模块一（7）、身份核验模块（13）和中央控制器（6），根据测试等待区（2）的人体检测结果，交互式地完成预约凭证核验，进入测试等待区（2）；

（3）短跑测试准备：借助中央控制器（6）和测试等待区（2）的人体感应模块二（8）、中央控制器（6）完成短跑测试前的设备状态管理；

（4）短跑测试和计时：利用中央控制器（6）及其计时器单元（23）完成短跑测试和计时。

8.根据权利要求7所述的利用自助式短跑项目自动测试装置进行短跑项目自动测试的方法，其特征在于，所述步骤（1）中短跑测试预约的具体方法为：

1.1、短跑测试候选人通过测试管理云平台（26）的预约子系统，输入个人信息、预约日期、场地、身高相关预约信息；

1.2、根据预约日期、场地状态等信息，预约子系统与短跑测试候选人交互式地确定短跑测试时间段；

1.3、预约子系统采集候选人生物特征F1，生成预约凭证C1，并将F1和C1存储在测试管理云平台（26）中，其中预约凭证C1为二维码或验证码；

1.4、利用网络传输技术，预约子系统将预约凭证C1发送至短跑测试候选人的移动终端设备上。

9.根据权利要求7所述的利用自助式短跑项目自动测试装置进行短跑项目自动测试的方法，其特征在于，所述步骤（3）中短跑测试准备的具体内容包括：

3.1、当测试等待区（2）的人体感应模块二（8）检测到人体后，通过Zigbee通信网关向中央控制器（6）发出短跑测试准备指令；

3.2、中央控制器（6）接收到短跑测试准备指令后，通过Zigbee通信网关向短跑跑道上的人体感应模块三（9）、人体感应模块四（10）、人体感应模块五（11）以及人体感应模块六（12）发出人体检测指令；

3.3、中央控制器根据步骤3.2返回信息确定是否有人体存在，如果没有人体存在，则通过Zigbee通信网关启动跑道起点的激光控制模块一（17）、压力感应模块（16）和终点的激光控制模块二（18），并重置计时器单元（23），进行测试等待状态；否则等待15秒后，继续执行步骤3.1。

10.根据权利要求7所述的利用自助式短跑项目自动测试装置进行短跑项目自动测试的方法，其特征在于，所述步骤（4）中短跑测试和计时的具体方法为：

4.1、中央控制器（6）利用语音模块二（15）发出“准备”指令，并通过Zigbee通信网关向起点的激光控制模块一（17）、压力感应模块（16）发出检测信号；

4.2、根据起点的激光控制模块一（17）、压力感应模块（16）的检测信号，中央控制器（6）判断是否存在足部压线或人体越线犯规和抢跑犯规，如果不存在犯规现象，则并行地通过语音模块二（15）发出“开始”声音、向计时器单元（23）发出“开始”计时指令、向起点的激光控制模块一（17）发出“开始”检测指令；如果存在犯规现象，则语音提示短跑测试者犯规，系统暂停2分钟后，再次执行步骤4.1的操作；

4.3、计时器单元（23）生成“开始”时间戳T1并存储在中央控制器（6）的寄存器中；起点的激光控制模块一（17）检测到遮挡后触发中央控制器（16）的外部中断，中央控制器（6）生成“起跑”时间戳T2并进行存储；

4.4、中央控制器（6）将T1和T2存储后，进行“抢跑”犯规判定：如果T2小于T1或T2-T1小于0.2秒，则中央控制器（6）结束计时器单元（23）计时操作并提示犯规，暂停2分钟后，再次执行步骤4.1操作，否则执行步骤4.5操作；

4.5、当终点的人体感应模块五（11）、人体感应模块六（12）联合感知到人体，且激光控制模块二（18）感知到遮挡后，向中央控制器（6）发送人体遮挡指令；

4.6、中央控制器（6）接收到人体遮挡指令后，向计时器单元（23）发出“停止计时指令”，生成“停止”时间戳T3；

4.7、中央控制器（6）使用T3-T1计算本次计时成绩，并行地进行语音提示和调用测试管理云平台（26）的服务接口将T1、T2和T3传输给服务器，结束本次短跑测试。

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