体育教学中“电子边界”的运用与研究

【摘要】针对目前高校体育教学中羽毛球课程上的边球出界问题进行研究，通过对“电子边界”的运用和研究，对羽毛球教学中的场地进行“电子边界”智能研究，阐述了“智能比赛场地边线”开发和运用的重要性和可行性。有助于在羽毛球教学过程中改进技术、丰富战术，加速比赛教学的进程，提高了学生学习羽毛球课程的积极性。

【关键词】体育教学；电子边界；边界检测

1.引言

随着科学技术的进步和发展，智能仪器设备以其精确、便捷、低耗和客观等特性已经广泛的应用与各种行业中，在体育教学比赛中，对于边线球是否出界的判决会经常有争议，由于羽毛球课程每节课配备的教师只有一位，而羽毛球的着地点尺寸很小、接触点较隐蔽、落地速度又非常快、方向没有规律，教师在学生练习过程中又会由于所处在的观察位置不同、视力好坏、眼睛疲劳等原因得出不同的结论。因此，在比赛教学中常常会出现明显误判，甚至故意造成错误判决的情况都可能存在，影响了学生学习羽毛球课程的积极性和比赛的娱乐性及公正性。

即使在一些比赛中使用了录像回放的方法来改善这种误判状况，也很难脱离判定结果的主观性。由于录像回放所判定的最终结果还是由人的眼睛做出主观判决的，缺少对落地点的精确、客观判定。因此，设计一种快速、精确且能够客观判断的羽毛球出界裁决系统，对羽毛球课程教学及比赛有着十分重要的意义。

2.边界检测原理

在比赛和教学中对于羽毛球是否出界所判断的规则是：落地的一瞬间羽毛球的球托和地面相接触点是否在边界内，但是边界线又不是一根及其微细的线，而是存在一定宽度的线，如果接触点处在界外，则判决为界外球；如果接触点在界内，只要包含一部分在线上，就判断为界内球。依据所制定的规则，羽毛球与地板的触点压线或有一部分压在线上都判决为界内球，所以判断羽毛球是否出线，关键在于球托落地点的检测。

针对判决羽毛球出界这一问题，本文利用光纤检测技术，提出一种基于光纤阵列检测技术的辅助裁判系统。该系统可以完成实时检测羽毛球球托与边线地板接触点的精确检测。该系统与传统的判决方法相比较，具有精确、客观等优点。具有良好的通用性及推广性。与其他检测方法相比，无需改变目前教学中所用的设备、器材就可以行之有效的提高现行判决系统存在的问题。

3.系统总体方案

本设计采用光纤阵列的检测技术，设计一种基于光纤阵列式的羽毛球辅助判决系统。该判决系统由传感器按一定规律排列探头，安装在场地的边线上，当羽毛球着落在边线周围时，由于传感器的反射作用，使传感器的测头射出的光返回到光纤阵列中，并从另一端端口处以光强的变化形式表现出来。出射端处的光纤与场地的边线安装的探测头阵列一一对应，进而获得接触面检测的位置判决。

控制系统部分采用8051单片机用于控制、数据采集和处理以及结果的显示和打印。其中一路D/A脉冲宽度调制（PWM）输出信号用来实现对检测电路中电子开关的控制。当PWM输出高电平时，电子开关接通工作信号通道；反之，接通参考信号通道。8051单片机内还含有4路10位A/D转换器，从检测电路输出的直流电压可直接进入单片机进行A/D转换，省掉了外接A/D转换器。另外8051单片机运算速度也比较快，在12MHz晶振下，每一次A/D转换仅需22微秒。为提高测量准确度，对同一个采样点连续采样300次，然后进行数字滤波处理，最后将两路信号按程序相除，并将商按标定数据转换成压力值，由数码管显示或由微型打印机打印结果。

传感器的检测电路是将压力引起的光电信号进行变换、放大及滤波等，提供足够电平的直流信号，以便微机系统进行控制和数据处理。传感器的检测电路采用同步相干检测技术，即锁定放大器。虽然由外界压力作用引起的宏弯损耗比微弯损耗大，但比起原光纤中传输的光强仍小很多，在这种“亮视场”检测中，微弱的光强变化往往被各种干扰噪声所淹没。锁定放大器利用互相关接收技术，能将微小的有用信号从较大的噪声中分离出来，它是抑制噪声、提高信噪比的有效措施。

4.总结

在羽毛球、排球、网球的教学练习及比赛过程中，由于球的速度很快，在接触地面的一瞬间，对于一些边界球的判决，尤其是球在触线一点点的问题上的判断，往往是有困难的，况且裁判员还需要对结果做出及时的判罚，所以裁判一般大多靠经验和感觉作出适当的裁决，这对体育教学及比赛客观公正性的来说是一种挑战，尤其在关键性赛事及关键球的处理方式上，会在社会各界引起广泛关注，大家各执一词，给体育竞赛的客观公正性提出了质疑。

本文针对体育教学羽毛球比赛中羽毛球落点判决所存在的缺陷，提出了一种公正、客观、准确实时检测羽毛球与地板（边线处）接触位置的基于光纤阵列式传感器检测的羽毛球客观辅助判决系统设计。对基于羽毛球客观辅助裁判系统设计中所涉及的关键技术进行讨论，包括设计系统的组成、系统的及各个组成模块的工作原理等。对设计系统中的各组成模块进行具体设计，并对设计系统中设计的关键技术进行了理论分析。降低了羽毛球、网球及等相关球类项目裁判判决的错误率，提高了体育教学及比赛的客观公正性。

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作者简介：徐成波（1979—），男，吉林桦甸人，大学本科，讲师，现供职于吉林建筑大学城建学院，研究方向：体育教育。