| 标题 | 基于RFID的高校马拉松比赛管理系统设计 |
| 范文 | 孙海晓 于忠 段渭军 摘 要： 在参赛人数众多的高校马拉松比赛中，传统的计时法已无法准确地记录每个运动员的名次和成绩。为了解决传统方法中出现的各种问题，采用RFID技术与数据库技术、网络编程技术相结合的方式，设计了基于无线射频的高校马拉松比赛管理系统。该系统具有自动采集数据、自动存储数据、自动显示数据的功能，避免了传统方式中统计与公示成绩时的不足。 关键词： 高校马拉松比赛； RFID； 数据库； 网络编程； 管理系统 中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0034?04 0 引 言 在高校马拉松比赛中，计时精度要求不高，为秒级。且此类比赛往往参赛队员数量众多，往往有上百人同时参赛。如果按照传统的人工手动计时法记录每个运动员的名次和成绩，不仅操作难度大，而且需要的裁判数量庞大，且不能保证万无一失。尽管现在也有比较成熟的终点摄像全自动电子计时设备，但对于百名以上的运动员和流动的终点线，该设备已无法完全准确的记录每个运动员的名次和成绩，终点摄像方法不再适用。因此，需要设计一个成本适中，精度高，能够识别出每一个个体的计时与管理系统，并将结果实时显示给观众。经过多因素比较，最终选择RFID作为此计时系统的数据接收端，数据库作为系统的数据存储端，Web系统应用作为数据的显示端。 1 研究背景 现代高效运动会的特点可归纳为：参赛运动人员、项目众多，记录、公告工作复杂，要求的准确性与精确性高等[1]。根据以上特点，高校运动会管理系统的主要功能有完整统计参赛人员信息，灵活的分类管理，及时准确的记录比赛信息，实时公布比赛动态，严格杜绝比赛过程中的作弊行为。由于近年来智能终端的发展，高校运动会管理系统还应具有满足运动员、教练员、观众等多方互动的需求。 面对如此多样的需求，如果使用传统的人工手动计时法，是无法全部满足的。于是，随着科技的发展，出现了红外线计时设备、终点全自动电子摄影/摄像计时设备[2]。但这些设备的不足之处也较为明显：它较适合距离短、每组参赛运动员数量在几十人以下、分道、计时精度不低于1/100 s的项目；而对于不分道、运动员在几十人以上以至万人、计时精度为秒级的项目（如田径长跑、竞走、马拉松、自行车等），要准确记录运动员到达终点的名次就很困难，需要裁判协助人工计圈，不仅难度大，而且需要的裁判数量庞大，人工记录还很容易出错，不能确保万无一失[3]。因此，需要找到一个成本适中，精度高，能够识别出每一个个体的计时终端，并将结果实时显示给观众。经过多因素比较，最终选择RFID作为此计时系统的数据接收端。 RFID无线射频识别系统被视为21世纪最重要的十大技术之一，虽然此技术存在已久，但直到美国的大型连锁超市Wal?Mart要求其各大供货商必须将商品贴上RFID电子标签后，RFID的大面积应用才就此展开。RFID技术在体育领域的应用早有先例，RFID设备已应用于1995年以来的各个大型马拉松比赛，1994年的柏林马拉松比赛由Champion Chip开了RFID技术运用的先河，参赛运动员身上粘贴了有个人信息的电子标签，通过设置在比赛起点、终点及途中的读写器的信息采集， 更为精确地监控了比赛的过程， 对运动员比赛成绩的测定更加精确。从此之后， 各种公路赛、越野滑雪、10项全能等比赛竞相运用RFID技术，计时效率大幅提高，例如1996年的洛杉矶马拉松、1996年伦敦马拉松、1996年的柏林马拉松、1996年亚特兰大夏季奥林匹克奥运会马拉松比赛等。在2000年6月的Broloppet半程马拉松比赛中，创纪录的对79 837名参赛者进行了计时。在2005年日本爱知县举办的世博会中，供应方提供了约2 000万张RFID门票，首次尝试在门票中集成微型芯片，以增加门票的防伪能力，为参观者提供高效服务。在2011年的纽约马拉松比赛中，出现了一款叫iMapMyRUN的新程序，它把智能软件和社交网络整合起来，为观众带来不一样的增强体验。这款新程序整合了RFID和GPS感应器的数据，提供了选手在整个跑道上的实时进展。RFID技术在摩托车场地赛、自行车场地赛等竞速比赛中得到了广泛运用。2006年的足球世界杯赛使用了RFID门票， 其在高尔夫、田径等体育运动中的运用也取得了良好的效果[4]。2010年，上海世博会也使用了RFID电子票务系统，此次世博会会期半年，其庞大的票务系统是有史以来最大规模的射频识别技术门票应用案例，将积累丰富的管理手段和经验，为RFID技术在其他领域的推广奠定基础，将大大推动我国射频识别技术和产业的发展[5]。 2 基于RFID的高校马拉松比赛管理系统的 总体设计 本高校马拉松比赛管理系统如图1所示，共包括数据采集系统，数据库，后台管理系统和前台显示系统四个部分。系统工作流程是：以RFID设备作为数据采集设备，数据被采集之后，自动经后台管理系统存放于数据库中。数据库中的数据由两部分组成，一部分是来自RFID设备采集到的自动插入的数据，另一部分是管理员通过后台手动输入的运动员信息。后台管理系统负责对整个系统的控制，包括参数设定，信息输入等。数据库中的数据最后通过前台显示系统，显示在各种可联网的终端屏幕上，可以使观众以及运动员及时全面的了解比赛实况。具体细节设计如下： （1） 数据采集系统。其主要功能是采集数据，即当携带有RFID标签的运动员通过RFID采集点时，会被RFID设备读取到ID、通过时间、RSSI等信息。 （2） 数据库。其数据库的主要功能是存储比赛所需要的信息以及比赛过程中产生的信息，包括系统的登录信息、RFID设备采集点个数的信息、比赛项目信息、教练信息、运动员信息、裁判信息、训练信息和比赛信息等。 （3） 后台管理系统。系统后台主要由管理员操作，完成与数据库的交互工作，从而达到控制比赛、管理系统的目的，后台管理系统的主要功能有密码修改，教练信息，裁判信息，学生信息，训练设置，比赛设置，赛道设置，退出管理。 （4） 前台显示系统。其主要功能是自动提取数据库中的数据，并将信息实时的显示到终端设备上，前台显示的信息由系统根据数据库保存的数据自动生成，无需任何人工操作。 图1 系统总体设计 2.1 数据采集系统 本设计采用RFID设备作为数据采集的主体，RFID设备的工作原理为：阅读器（Reader）通过天线（Antenna）发射一特定频率的无线电波能量给标签（Tag），用以驱动标签（Tag）电路将内部的数据送出，此时阅读器（Reader）便依序接收解读数据，送给应用程序做相应处理[6]，如图2所示。 目前国际上没有关于RFID计时设备的官方标准，参考部分美国田径协会（USATF）所颁布的相关标准，该系统应达到的性能要求如下： （1） 对运动员的采集，不需要运动员比赛过程中有任何操作即可实现； （2） 计时精度为0.2 s； （3） 电子标签及其外封装在一起的重量及外形、佩戴方式应基本不对运动竞技产生任何影响； （4） 当多个运动员密集通过时能可靠采集而不遗漏； （5） 响应速度快，在运动员快速经过时能可靠采集运动员信息而不遗漏； （6） 要求整个系统的操作直观、方便，并便于现场快速组装、布置； （7） 要求有提供运动员计时参考的可视化界面； （8） 应该能够拓展到其他田径项目中应用。 图2 RFID设备工作原理图 所以整个FRID系统必须围绕上述标准进行合理设计。 （1） RFID设备的选型 具有高可靠性和高稳定性；b.标签应该体积小、重量轻，方便封装后给运动员携带，并且不影响运动员的竞技状态；阅读距离应达到一定要求，最好在10 m左右；另外，RFID产品最好是经过封装后的，并方便进行技术二次开发。 常用的RFID工作频率有1 255 kHz、134.25 kHz、13.56 MHz和902～928 MHz等[7]。经过对RFID行业内相关公司产品进行调研之后发现，目前市场上已经有很多提供RFID产品的公司。经过比较分析，选用工作频段为902～928 MHz的超高频RIFID设备，读取距离可达8～12 m。 （2） 数据采集点的设计 经调研，在田径类体育比赛中，需要采集到的运动员信息数据大致分为三类，一是入场信息，二是检录信息，三是比赛信息。所以本系统应相应的设置入场采集点、检录采集点和赛道采集点共三类信息采集点。实际比赛中，运动员将RFID标签置于鞋带处，每经过读取点一次，都会被记录一次数据。之后将数据按需存储于数据库中。 （3） 数据的处理 使用RFID设备可以直接采集到的数据有运动员ID、数据采集时间和RSSI值，然后根据RSSI值结合三边测量法[8]计算出运动员与跑道内侧之间的距离长度（distance）。最后将运动员ID、数据采集时间和计算出的运动员与跑道之间的距离长度放入数据库中，即完成了一次对运动员运动信息的采集。 2.2 数据库设计 数据库的设计由phpMyAdmin工具来进行操作。phpMyAdmin是一个以PHP语言为基础，以Web?Base方式架构在网站主机上的MySQL的可视化数据库管理工具，phpMyAdmin的使用方便了数据库开发者和管理员直接用Web对MySQL数据库进行管理。使用phpMyAdmin操作数据库的方式相比于使用cmd的操作方式更加直观。 在本系统中，数据库是存储数据的主要工具，所以在开发系统之前一定要为数据库制定明确的功能目标。由于本系统的设计目的是为了满足高校对体育比赛管理的需求，且以RFID设备作为数据信息的采集端，所以在对本系统的MySQL数据库进行设计时，应使其具备如下功能：管理用户权限功能，存储静态信息功能，存储动态信息功能，增删改查功能，登录日志功能，操作日志功能，错误日志功能[9]。数据库中的数据表设计如图3所示。 图3 RFID数据表关系图 其中： pwd_all表：保存登录信息，用以验证管理员的登录。 track表：保存RFID设备的采集点个数的信息。 project表：保存比赛项目信息。 coach表：保存教练的个人信息和本人参与的比赛项目信息。 athlete：保存运动员信息，主要包括个人信息和所属教练信息等。 referee：保存裁判的个人信息。 train：保存训练信息。 competition：保存比赛信息。 2.3 后台管理系统 系统后台主要功能是与数据库交互，由管理员操作，包括比赛前向数据库录入运动员信息，比赛中自动向数据库中插入比赛实时数据。同时，管理员也可以对不合理的数据进行手动修改。 后台管理系统界面如图4所示。 图4 后台管理系统界面 后台管理系统由管理员使用密码登录，主要栏目有：密码修改，教练信息，裁判信息，学生信息，训练设置，比赛设置，赛道设置，退出管理。其中： 密码修改：允许管理员修改自己的登录密码。 教练信息：对教练信息进行设置。 裁判信息：对裁判信息进行设置。 学生信息：对学生的个人信息进行设置。 训练设置：对训练信息进行设置。 比赛设置：对比赛信息进行设置。 赛道信息：对赛道读取点个数的信息进行设置。 退出管理：退出管理系统。 每次训练或比赛后，将比赛数据以excel文件形式保存，文件名为“运动员编号_教练编号_日期.xls”，方便日后的查询和管理。文件保存后将数据库中的训练或比赛数据重置为空，等待下次使用。 2.4 前台显示系统 系统前台的主要功能是自动提取数据库中的数据，并实时显示给教练、运动员和观众。系统前台分为教练模式、运动员模式和观众模式。教练模式以教练员账号密码登录，可以允许教练观看自己名下运动员的比赛实况和历史记录，方便教练员在赛前赛中和赛后对运动员做出指导；运动员模式以运动员账号密码登录，比赛中运动员可以通过随身的显示设备看到自己的比赛数据，便于运动员及时对自己做出调整；观众模式无需账号便可直接登录，登录后可以全程观看各个运动员的比赛数据或只选择关注部分感兴趣的运动员。 三种模式下的显示方式大致相同。页面内容主要由两部分组成，左侧部分显示运动员的姓名速度名次等文字信息，右侧部分显示运动员的速度变化趋势折线图。页面以大字体显示各项信息，且页面中只显示最近10条变化的信息。每一个通过读取点的运动员的信息将被置顶，直到下一个运动员通过读取点时，下一运动员的信息置顶，前一条信息位置放到第二位，以此类推。 因为计算机主要采用的是RGB颜色标准，其颜色范围为#000000～#FFFFFF，校级比赛中运动员的号码布一般为三位阿拉伯数字，运动员数量不会超过千人，所以可以以运动员的号码乘以1 000来惟一确定每个运动员的信息显示时的文字颜色和折线颜色。这样可以使运动员快速识别自己的信息，也可使观众清晰的看到每个运动员之间的差距。 折线图主要采用Ajax技术，每秒钟局部刷新一次，折线图简图如图5所示。 图5 前台显示系统赛况折线图 图中[d1]代表比赛距离，[d2]代表运动员距离赛道外边缘的距离，时间为运动员每次通过读取点时的读秒时间。 3 系统开发环境简介 本设计采用三层体系结构对系统进行架构，三层架构模式在系统的性能、交互性、安全性以及扩展性等方面都具有很强的优势，同时也为系统的维护和管理提供了方便[10]。Web方式下RFID签到系统系统开发环境为：Windows+ Apache+PHP+MySQL（WAMP）。高校马拉松比赛管理系统主要在Windows操作系统上运行，开发语言采用PHP语言，后台数据库采用MySQL数据库，服务器采用Apache服务器。PHP是主流的网站开发语言，具有执行效率高、代码运行快、实用性好、功能强大、成本较低等特性。MySQL是主流的关系型数据库管理系统，源代码的可移植性好，支持多种操作系统，体积小，查询速度快，适合小规模运用。Apache是世界使用排名第一的Web服务器软件。它可以运行在几乎所有广泛使用的计算机平台上，由于其跨平台和安全性被广泛使用，是最流行的Web服务器端软件之一。 4 结 语 本系统的设计弥补了高校中对于体育训练和比赛管理中的不足，可以使比赛更加透明化，使训练更加科学化。有利于减轻管理人员的负担，提高教练员的训练效果，增强运动员的比赛积极性，增加观众的参与热情。同时，本系统所采用的设备成本低，便于在高校中推广使用。 参考文献 [1] 张永东.高校田径运动会管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2010. [2] 洪玉明，容观澳.新型CCD摄像终点计时及判读系统[J].体育科学，1999（19）：15?17. [3] 祝建平.竞时自动计圈及计时系统研究设计[D].北京：清华大学，2005. [4] 付善民.射频识别技术RFID在体育中的运用[J].体育科技文献通报，2009（9）：129?130. [5] 向辉.RFID射频识别技术在上海世博会中的广泛应用[N/OL].[2013?08?26]. http：//www.stexpo.gov.cn/structure/sbkpdetail_26308_1.html. [6] 杨阳.基于RFID技术的校园一卡通系统安全研究[D].天津：天津大学，2011. [7] 李志宁.RFID：令人期待的技术[J].中国计算机用户，2004（19）：57?58. [8] 李文仲，段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007. [9] 张毅.RFID标签封装设备数据库系统设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2009. [10] 张云坤.WEB方式下RFID签到系统[D].苏州：苏州大学，2005. 裁判信息：对裁判信息进行设置。 学生信息：对学生的个人信息进行设置。 训练设置：对训练信息进行设置。 比赛设置：对比赛信息进行设置。 赛道信息：对赛道读取点个数的信息进行设置。 退出管理：退出管理系统。 每次训练或比赛后，将比赛数据以excel文件形式保存，文件名为“运动员编号_教练编号_日期.xls”，方便日后的查询和管理。文件保存后将数据库中的训练或比赛数据重置为空，等待下次使用。 2.4 前台显示系统 系统前台的主要功能是自动提取数据库中的数据，并实时显示给教练、运动员和观众。系统前台分为教练模式、运动员模式和观众模式。教练模式以教练员账号密码登录，可以允许教练观看自己名下运动员的比赛实况和历史记录，方便教练员在赛前赛中和赛后对运动员做出指导；运动员模式以运动员账号密码登录，比赛中运动员可以通过随身的显示设备看到自己的比赛数据，便于运动员及时对自己做出调整；观众模式无需账号便可直接登录，登录后可以全程观看各个运动员的比赛数据或只选择关注部分感兴趣的运动员。 三种模式下的显示方式大致相同。页面内容主要由两部分组成，左侧部分显示运动员的姓名速度名次等文字信息，右侧部分显示运动员的速度变化趋势折线图。页面以大字体显示各项信息，且页面中只显示最近10条变化的信息。每一个通过读取点的运动员的信息将被置顶，直到下一个运动员通过读取点时，下一运动员的信息置顶，前一条信息位置放到第二位，以此类推。 因为计算机主要采用的是RGB颜色标准，其颜色范围为#000000～#FFFFFF，校级比赛中运动员的号码布一般为三位阿拉伯数字，运动员数量不会超过千人，所以可以以运动员的号码乘以1 000来惟一确定每个运动员的信息显示时的文字颜色和折线颜色。这样可以使运动员快速识别自己的信息，也可使观众清晰的看到每个运动员之间的差距。 折线图主要采用Ajax技术，每秒钟局部刷新一次，折线图简图如图5所示。 图5 前台显示系统赛况折线图 图中[d1]代表比赛距离，[d2]代表运动员距离赛道外边缘的距离，时间为运动员每次通过读取点时的读秒时间。 3 系统开发环境简介 本设计采用三层体系结构对系统进行架构，三层架构模式在系统的性能、交互性、安全性以及扩展性等方面都具有很强的优势，同时也为系统的维护和管理提供了方便[10]。Web方式下RFID签到系统系统开发环境为：Windows+ Apache+PHP+MySQL（WAMP）。高校马拉松比赛管理系统主要在Windows操作系统上运行，开发语言采用PHP语言，后台数据库采用MySQL数据库，服务器采用Apache服务器。PHP是主流的网站开发语言，具有执行效率高、代码运行快、实用性好、功能强大、成本较低等特性。MySQL是主流的关系型数据库管理系统，源代码的可移植性好，支持多种操作系统，体积小，查询速度快，适合小规模运用。Apache是世界使用排名第一的Web服务器软件。它可以运行在几乎所有广泛使用的计算机平台上，由于其跨平台和安全性被广泛使用，是最流行的Web服务器端软件之一。 4 结 语 本系统的设计弥补了高校中对于体育训练和比赛管理中的不足，可以使比赛更加透明化，使训练更加科学化。有利于减轻管理人员的负担，提高教练员的训练效果，增强运动员的比赛积极性，增加观众的参与热情。同时，本系统所采用的设备成本低，便于在高校中推广使用。 参考文献 [1] 张永东.高校田径运动会管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2010. [2] 洪玉明，容观澳.新型CCD摄像终点计时及判读系统[J].体育科学，1999（19）：15?17. [3] 祝建平.竞时自动计圈及计时系统研究设计[D].北京：清华大学，2005. [4] 付善民.射频识别技术RFID在体育中的运用[J].体育科技文献通报，2009（9）：129?130. [5] 向辉.RFID射频识别技术在上海世博会中的广泛应用[N/OL].[2013?08?26]. http：//www.stexpo.gov.cn/structure/sbkpdetail_26308_1.html. [6] 杨阳.基于RFID技术的校园一卡通系统安全研究[D].天津：天津大学，2011. [7] 李志宁.RFID：令人期待的技术[J].中国计算机用户，2004（19）：57?58. [8] 李文仲，段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007. [9] 张毅.RFID标签封装设备数据库系统设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2009. [10] 张云坤.WEB方式下RFID签到系统[D].苏州：苏州大学，2005. 裁判信息：对裁判信息进行设置。 学生信息：对学生的个人信息进行设置。 训练设置：对训练信息进行设置。 比赛设置：对比赛信息进行设置。 赛道信息：对赛道读取点个数的信息进行设置。 退出管理：退出管理系统。 每次训练或比赛后，将比赛数据以excel文件形式保存，文件名为“运动员编号_教练编号_日期.xls”，方便日后的查询和管理。文件保存后将数据库中的训练或比赛数据重置为空，等待下次使用。 2.4 前台显示系统 系统前台的主要功能是自动提取数据库中的数据，并实时显示给教练、运动员和观众。系统前台分为教练模式、运动员模式和观众模式。教练模式以教练员账号密码登录，可以允许教练观看自己名下运动员的比赛实况和历史记录，方便教练员在赛前赛中和赛后对运动员做出指导；运动员模式以运动员账号密码登录，比赛中运动员可以通过随身的显示设备看到自己的比赛数据，便于运动员及时对自己做出调整；观众模式无需账号便可直接登录，登录后可以全程观看各个运动员的比赛数据或只选择关注部分感兴趣的运动员。 三种模式下的显示方式大致相同。页面内容主要由两部分组成，左侧部分显示运动员的姓名速度名次等文字信息，右侧部分显示运动员的速度变化趋势折线图。页面以大字体显示各项信息，且页面中只显示最近10条变化的信息。每一个通过读取点的运动员的信息将被置顶，直到下一个运动员通过读取点时，下一运动员的信息置顶，前一条信息位置放到第二位，以此类推。 因为计算机主要采用的是RGB颜色标准，其颜色范围为#000000～#FFFFFF，校级比赛中运动员的号码布一般为三位阿拉伯数字，运动员数量不会超过千人，所以可以以运动员的号码乘以1 000来惟一确定每个运动员的信息显示时的文字颜色和折线颜色。这样可以使运动员快速识别自己的信息，也可使观众清晰的看到每个运动员之间的差距。 折线图主要采用Ajax技术，每秒钟局部刷新一次，折线图简图如图5所示。 图5 前台显示系统赛况折线图 图中[d1]代表比赛距离，[d2]代表运动员距离赛道外边缘的距离，时间为运动员每次通过读取点时的读秒时间。 3 系统开发环境简介 本设计采用三层体系结构对系统进行架构，三层架构模式在系统的性能、交互性、安全性以及扩展性等方面都具有很强的优势，同时也为系统的维护和管理提供了方便[10]。Web方式下RFID签到系统系统开发环境为：Windows+ Apache+PHP+MySQL（WAMP）。高校马拉松比赛管理系统主要在Windows操作系统上运行，开发语言采用PHP语言，后台数据库采用MySQL数据库，服务器采用Apache服务器。PHP是主流的网站开发语言，具有执行效率高、代码运行快、实用性好、功能强大、成本较低等特性。MySQL是主流的关系型数据库管理系统，源代码的可移植性好，支持多种操作系统，体积小，查询速度快，适合小规模运用。Apache是世界使用排名第一的Web服务器软件。它可以运行在几乎所有广泛使用的计算机平台上，由于其跨平台和安全性被广泛使用，是最流行的Web服务器端软件之一。 4 结 语 本系统的设计弥补了高校中对于体育训练和比赛管理中的不足，可以使比赛更加透明化，使训练更加科学化。有利于减轻管理人员的负担，提高教练员的训练效果，增强运动员的比赛积极性，增加观众的参与热情。同时，本系统所采用的设备成本低，便于在高校中推广使用。 参考文献 [1] 张永东.高校田径运动会管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2010. [2] 洪玉明，容观澳.新型CCD摄像终点计时及判读系统[J].体育科学，1999（19）：15?17. [3] 祝建平.竞时自动计圈及计时系统研究设计[D].北京：清华大学，2005. [4] 付善民.射频识别技术RFID在体育中的运用[J].体育科技文献通报，2009（9）：129?130. [5] 向辉.RFID射频识别技术在上海世博会中的广泛应用[N/OL].[2013?08?26]. http：//www.stexpo.gov.cn/structure/sbkpdetail_26308_1.html. [6] 杨阳.基于RFID技术的校园一卡通系统安全研究[D].天津：天津大学，2011. [7] 李志宁.RFID：令人期待的技术[J].中国计算机用户，2004（19）：57?58. [8] 李文仲，段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007. [9] 张毅.RFID标签封装设备数据库系统设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2009. [10] 张云坤.WEB方式下RFID签到系统[D].苏州：苏州大学，2005. |
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