田赛距离测量中全站仪的设计与实现

李 然

（西安航空学院，陕西西安，710077）

田赛距离测量中全站仪的设计与实现

李 然

（西安航空学院，陕西西安，710077）

本文提出了将智能全站仪这种精密测量仪器广泛应用于田赛项目测量中，并结合其他科技元素用于解决田赛项目中跳远、投掷等项目的测量及数据管理问题，实现实时、自动、准确地裁定和报告比赛成绩。

全站仪；田赛；测量

1 全站仪

全站仪之所以称之为全站型电子测距仪，主要是因其一次安置仪器即可完成该测站上全部的测量工作。全站仪是一种集水平角、垂直角、距离、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，具有自动化、高精度、灵活性等特点，因其优势颇多，减少了工作人员大量的工作，如今已被广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等多种精密工程测量领域。

2 田赛距离测量中全站仪应用的可行性分析

2.1 专业支撑，实现理论与实践的结合

相关数据显示，当前绝大多数高校田径运动会参加人数仅占学生总数的15%~25%，这一数据切实的说明了高校田径运动会仅局限于极少数热爱体育运动的学生，如此的结果难以达到全体学生共同锻炼、共同参与、共同提高、共同竞争的目的。

基于此，若是各高校传授测绘类专业或是相似专业的学生相关的测量技术以及测量仪器设备的使用，并在课余时间对其培训，使专业学生熟练掌握田径运动会各项比赛的测量技术，组成田径运动会测量服务队。如此，不仅会调动学生学习测量知识的积极性，真正将课本中的理论知识应用于实践中去，同时可提高各高校运动会测量工作的效率，促进高校体育事业的发展。

2.2 实时、自动、准确地裁定和报告比赛成绩，节省人力资源的耗费

体育竞赛中，无论是与奥运会相关的国际重大赛事，还是国内各大高校举办的春季、秋季等这样的小型赛事，运动会的竞技性本身就决定了竞赛过程及结果必须保证公平性和公正性。将智能全站仪应用于各高校的田径运动会中，能够克服传统测量方式中不能避免的一些外部条件造成的误差。

3 全站仪测定系统的数学原理

本文采用的实验方法主要是自由测定位法的原理及余弦定理的数学模型。余弦定理作为一种常见的数学运算，应用起来简单便捷，采用该方法能够轻而易举地解算未知测站点的相关信息。此外，自由测站定位法具有诸多优点——受地形限制少、测站选择灵活、野外施测工作简单等。

4 田赛全站仪自动测定系统及技术路线

本文测量工具采用功能、费用较为适宜的南方NTS一360R电子全站仪，主要原因在于南方NTS一300系列具备了电子全站仪测角、测距、数据运算等一系列基础功能，再通过计算机网络等高科技技术联结在一起，使得其在实际田赛距离测量中能够起到显著的效果。利用电子全站仪裁判员能够在最短的时间内完成目标锁定和观测记录，经轻轻触碰按键，便可将运动员的比赛成绩传输到运动中心主控室，由其验证确保公平、公正、准确后，实时、自动地将比赛结果显示在赛场的大屏幕上，避免了人为地对结果造假。

5 实例应用

在体育赛事中，一般将田赛分为跳跃和投掷两类项目，其中跳跃包括跳远、三级跳远、跳高、撑杆跳高等项目；投掷包括掷铁饼、推铅球、掷标枪、掷垒球、掷链球等项目。两类项目的表现形式和场地是有区别的。本文主要选取具有跳跃类、投掷类项目代表性的跳远和掷铁饼项目为实例，以起跳位置到全站仪安置点之间的距离为尺度展开。

5.1 田赛跳跃类的轴向水平距离测量

早期，田赛跳跃类项目的轴向水平距离测量主要是依赖于皮尺、拉钢尺来完成的，之后使用手持测距仪进行测距，此类方法虽简单易操作，但是不能就运动员偏离轴向时的距离进行客观度量。下文笔者将对电子全站仪测量的具体方法及原理一一进行讨论。

（1）定轴线。为确定参考坐标系X轴，需先将测量中需要的两个基准点A、B点设置于田赛的测距跑道中心上适宜的位置，A、B点距离越远，轴线定位精度越高。

（2）坐标系建立。在A、B两基准点任意一点上安置电子全站仪，并测出两基准点之间的水平距离，以B点为中心，坐标为B（0,0）；A点坐标为（-AB，0）。

（3）仪器安置点确定。在距离比赛沙坑附近合适的位置固定观测墩点C，在B点以A点定向测出C点的假定坐标C（Xc，Yc）。

当正式比赛时，按照准备工作将C点设为测站点，即全站仪的固定位置。按极坐标原理测定任意一点P的假定坐标为(Xp，Yp)，跳远运动员轴向水平距离用Xp表示，运动员偏离轴线的距离则用Yp表示。此外，注意信息显示系统要同时将各位运动员的成绩同步显示于大屏幕。

5.2 实例分析

本文选择了本校五名运动员，分别在半径约为10m，20m处安置了电子全站仪进行实验。所得数据如表1~2所示。

5.3 田赛投掷类的径向水平距离测量

田赛投掷类的径向水平距离测量同样可按照跳跃类距离测量的方法及原理，但值得注意的是径向水平距离测量应采用的计算结果作为大屏幕同步显示值，而并非使用假

定坐标的直接测量值。按照跳跃类项目的具体步骤，投掷类的径向水平距离测量应严格按照赛事规定，投掷距离S一般小于100米，测站设于圆心C点的左前方或右前方投掷区域以外，使d1小于20米。

5.4 测距精度

对于实验中出现的误差现象，笔者认为其一般由以下三方面组成：（1）测量仪器的误差。每一种测量仪器都具有一定限度的精密度，最终会造成观测结果受其影响。为了将误差值降到最低，我们应在测量前对仪器检验、调试和校正。（2）人为误差。观测结果的质量会受到观测人员对测量技术掌握的熟练程度、工作态度的直接影响。（3）外界条件误差。田赛项目主要集中于室外，因此外界的环境条件对其测量工作有一定的影响，观测员应及时记录准确数据，对测量仪器进行调试。

6 结语

综上所述，表明电子全站仪应用于田赛距离测量中切实可行，笔者提议将电子全站仪测量技术推广形成一种模式，充分发挥其高精度、自动化、公平公正等特性。

李然（1981----），男，山西临汾人，硕士，讲师，研究方向：体育教育训练。

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 全站仪在距离起跳点10m处所得实验数据

表2 全站仪在距离起跳点20m处所得实验数据