实时轨迹跟踪系统在定向运动赛事中应用的优化路径研究
——以2019年全国定向锦标赛为例

（成都体育学院 四川 成都 610041）

前言

定向运动比赛多为野外场地且比赛区域通常较大，对于赛事的安全监管，对于满足人们观赏性以及对于运动员、教练员的训练或比赛提供客观的数据等方面来分析，发现常规定向运动赛是需要得到具有建设性意义的举措去完善。

实时轨迹跟踪系统是用手持终端将卫星定位的数据通过GSM/GPRS网络发送到系统服务器，服务器将含有终端的位置、速度、移动方向以及协调世界时的定位数据基于卫星地图进行实时位置展绘。实时轨迹跟踪系统除了能将赛事提供较好的安全保障外，还可以满足广大参与者的观赏感，也可以为运动员或教练员的比赛以及训练提供科学客观的数据。

1、实时轨迹跟踪系统的应用分析

1.1、实时跟踪轨迹设备总体使用概况统计

本研究选择2019年全国定向锦标赛组委会提供的5个大项，39个组别的实时轨迹跟踪设备的使用情况。围绕着不同项目、不同组别的参与比赛的运动员总人数、定位正常设备数、定位中断设备数以及故障率进行了详尽的统计并分析（见表1）。其中，总人数具体代表实际参与比赛的运动员，但不包含因自身原因退赛者（DNS）。定位正常设备数是指定位正常，全程未出现定位中断的情况。故障率为赛事所有定位中断设备数与赛事总的设备使用情况之间的比值。可以较为明显的看出设备在赛事应用过程中的综合性能。整体的设备故障率较高，赛事参与者在赛后对于数据的浏览及分析产生了一定的影响。

表1 2019年全国定向锦标赛实时轨迹使用情况统计表

1.2、实时跟踪轨迹设备具体项目使用统计

根据数据统计分析并得出2019年全国定向锦标赛实时轨迹跟踪设备具体项目设备使用情况（见表2）。由表2可发现，比赛过程中设备故障率较大的为中距离。并且在统计过程中发现，中距离项目使用的实时轨迹跟踪设备在起点信号中断情况以及靠近终点附近时定位中断情况较为明显。因有近三分之一运动员设备正常，所以可以排除场地对卫星信号的干扰从而对手持终端定位的影响。由此推断，在出发前设备没有精确搜星定位起始点，导致起点信号中断的可能性较大。此外，终点附近设备信号中断的出现的情况较为频繁，可推断出终点附近受到干扰或信号较差的可能性较大。对于中距离设备使用情况来看，突出对赛事的监管以及提升观赏性方面，存在一定的可改善的空间。

表2 2019年全国定向锦标赛实时轨迹跟踪设备具体项目设备使用情况

1.3、实时跟踪轨迹中断设备概况统计

定位中断设备数是未按正常情况工作的设备（见表3）。定位中断设备又具体包括起始信号中断、中途信号中断以及全程无信号设备。起始信号中断的情况表现为轨迹显示未从起点或出发区开始定位并始记录轨迹的设备；中途信号中断数具体变现为中途定位点消失以及记录轨迹间断出现的次数。由数据可发现，定位中断的设备有极大的概率重复出现轨迹继续间断的情况；全程无信号的设备是基于有运动成绩，云端平台无轨迹显示的运动员，全程无信号的实时轨迹跟踪设备可能是故障或由于电池没电。

表3 2019年全国定向锦标赛实时轨迹定位中断设备统计表

1.4、实时跟踪轨迹设备定位显示状况

2019年全国定向锦标赛实时轨迹追踪设备使用过程中，中距离赛、长距离赛以及接力赛的定位精度相比短距离混合接力赛以及短距离赛的定位精度更加精确，在轨迹显示的网页链接上与地图之间的偏移更少。由比赛场地特点可发现，短距离混合接力赛以及短距离赛的场地是城镇以及房屋密集的场所居多，房屋较高或较为密集对于定位设备的会有严重的遮挡，定位的精度就会有较大的偏差。中距离赛、长距离赛以及接力赛的场地较为开阔，林间山地对于卫星信号影响相对较小，在轨迹定位的偏移相对较小。研究分别从2019年全国定向锦标赛短距离M21A组（图1）以及长距离赛M21A组（图2）中截取一部分轨路线图。清晰的可以发现，短距离赛和长距离的定位精度差距较大。进一步可说明实时轨迹追踪设备定位精度对于场地有一定的要求。

图1 2019年全国定向锦标赛短距离部分轨迹路线

图2 2019年全国定向锦标赛长距离部分轨迹路线

1.5、实时跟踪轨迹系统的问题分析

就目前使用情况来看，2019年全国定向锦标赛使用的实时轨迹跟踪系统在实际应用中还有一些性能还不能满足运动员、教练员以及观赏者的需求。除了本身定位精度不能达到厘米级或亚米级精度的高精度以外，主要表现在起点出发前搜星较慢而导致未定位就出发、手持终端中途定位丢失、网络信号丢失导致的定位丢失的这种情况，由于移动端存储较小，对于定位数据记录有限导致的定位丢失。此外，系统软件平台的综合性能也有诸多可完善的。比如，定位显示在云端软件上与真实地理位置的偏差较大、实时轨迹显示的系统因使用国外服务器导致实时轨迹网页加载较慢等。

2、实时轨迹跟踪系统的优化路径

2.1、手持终端的硬件升级增强综合性能

对于定位模式较少及定位模块精度较低的情况，可升级定位模块端。市场上已经出现不少能使用多种定位模式协同工作的定位模块，在支持四大传统的定位系统的同时，还可支持WIFI定位或其他辅助定位的定位技术。WIFI定位或其他辅助定位的应用可增强卫星信号丢失时的定位能力。此外，有不少定位精度在亚米级和厘米级的定位模块在市场上销售，相比常规的追踪定位设备在定位精度方面将有质的提升。但高精度定位模块在实际应用中可能会造成较高的成本，应用后最终将不利于产品的推广。但亚米级的定位模块相对便宜，使用亚米级的定位模块是切实可行的。

从定位模块的参数来分析轨迹未从起点定位的情况，较大几率是因硬件方面的性能导致。硬件方面的热启动、冷启动以及暖启动对应了定位模块在不同条件下的搜星速率。此外，多模式定位的定位模块可能搜星数达到十多二十颗，通过升级定位模块可改善搜星慢导致的卫星定位丢失的问题；另一方面则可能是由于操作问题，主要表现为出发前起点裁判没让手持终端留足够的时间进行搜星，裁判对于手持终端的检查可能没有引起足够的重视。另外，天线的朝向对于设备的定位能力也有较大影响。

定位丢失按时间长短分为短暂定位丢失以及长时间定位丢失。短暂定位丢失可能是由于卫星信号中断或网络信号中断导致，长时间定位丢失则可能是由于设备故障或者电池电量使用枯竭导致。就短时间定位丢失来讲，卫星信号中断导致的信号丢失在小范围可增设使用WIFI定位或者惯性导航定位来辅助定位。其中惯性导航系统定位只适用于短时间的定位，需要用其他辅助手段不断进行纠偏，但是惯性导航系统定位可以在一定程度上弥补由于卫星信号中断导致的定位丢失。另外，手持终端存储空间有限，可适当增大其储存空间，让手持终端在网络信号中断的时候也可以正常记录数据，只是延迟传输数据。对于网络信号中断的问题，也可增加基站或者各种信号放大器来改善场地的通信信号，从而改善因网络信号丢失导致定位丢失的情况。

2.2、云端软件的优化升级提升操作便捷

云端系统主要处理定位数据让其直观的显示在网页的地图上。定位显示在云端软件存在偏差，除了手持终端本身精度较低以外，可能是由于以下两方面原因导致。一方面是地图在云端软件上重合度的偏差较大；另一方面是由于地图本身的误差。地图在软件上的贴合则是非常重要的环节，较多误差也是从这各部分产生。据了解，一些实时轨迹跟踪系统在地图赋予真实地理坐标信息的过程中，通过图片拉对角线的方法将地图附在软件上，这种操作容易因卫星图的形变而产生误差。因此，对于图像校正时应使用的地面控制点来给地图赋予真实的地理坐标信息。如果云端软件不支持增设地面控制点的操作来赋予地图真实的地理坐标信息，也可通过增设上传KMZ文件来实现类似目的。通过Global Mapper等类似软件对图像进行校正并赋予地图真实的地理坐标信息，也可生成KMZ文件。

相比国产设备，国外实时轨迹跟踪系统拥有技术更先进、功能完善、设备更稳定等诸多特点。国内许多大型定向运动比赛都选择使用国外的设备。但普遍存在一个问题就是因服务器原因，网页加载速度太慢、延迟高以及同时浏览的人数有限等缺点。具体改进可通过使用代理服务器，来提升加载运行的速度；另一方面也可尝试在国内增设服务器，增加软件的使用便捷性。

3、结论与建议

3.1、结论

2019年全国定向锦标赛使用实时轨迹跟踪系统，在一定程度上满足了广大定向运动爱好者的观赏感，为运动员、教练员以及观赏者在赛后提供比赛数据，有利于发现运动员运动过程中产生的问题并总结，为运动员、教练员的训练或教学提供科学的依据；另一方面，对于理想中的数据精度还存在一定的差异，特别是手持终端的定位精度以及定位丢失等问题还需要完善。此外，实时轨迹跟踪系统可以促进定向运动科学、合理、高效的开展。但国内现阶段因技术不成熟、研发团队较少以及设备较为昂贵等多方面问题，导致实时轨迹跟踪系统虽有较大市场，但却较难推广。国外设备由于技术以及成本等问题，在国内的推广也面临诸多困难。

3.2、建议

升级实时轨迹跟踪系统的软硬件设施，从而提高定位精度、设备工作的稳定性以及操作的精简性。

加强各类定向运动赛事中实时轨迹跟踪系统的使用，增强影响力。促进市场活性，推动国内相关厂商对于实时轨迹跟踪系统的研发，从而降低成本。

加强学校或者户外俱乐部对于实时轨迹跟踪系统的重要性的认识，宣传实时轨迹跟踪系统可对于户外活动或训练的监督的重要性，全方面推广实时轨迹跟踪系统，从而促进其发展。