GPS跟踪分析系统在定向运动竞赛中的应用研究

任卫华

(河南财政金融学院 体育系,河南 郑州 450046)

1 GPS跟踪分析系统介绍

1.1 GPS跟踪分析系统技术构成及工作原理

GPS跟踪分析系统又称为全球定位系统(Global Positioning System GPS跟踪分析系统)，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统.[1]GPS跟踪分析系统的定位原理是:将其数据接收装置安装在待跟踪的物体上，数据接收装置通过接收GPS信号解析待跟踪物体的定位信息，数据接收装置再通过无线射频向数据处理装置发送待跟踪物体的定位信息，数据处理装置处理接收到的定位信息，实现物体远距离定位的目的.[2、3]

1.2 定向运动竞赛中GPS跟踪分析系统功能介绍

在以野外活动为主的定向运动中，GPS跟踪分析系统的功能是什么？一是随时定位功能，通过GPS跟踪分析系统可以随时定位运动员的当前位置，给出被定位运动员所在位置的标点、定位时间及当前所在位置描述信息.二是运动轨迹查询功能，只需设定两个位置点，即可查询某个运动员在此段内的运动轨迹.系统会给出运动员姓名、排名、两点所用时间、运动轨迹实际距离及平均速度等信息.三是地图标注功能，裁判员可随时通过终端系统用电脑或大屏幕显示将所有运动员地理位置标注在电子地图上，方便裁判尤其是场地裁判寻查运动员，定位平台将自动记录并进行信息存储，以备裁判随时查询.[4]

1.3 定向运动竞赛中GPS跟踪分析系统使用方法

在定向运动竞赛中，首先，获取比赛精确电子地图，并导入系统.其次，录入运动员信息.第三，开赛前将GPS跟踪设备仪发放给运动员，并说明注意事项.第四，开赛后时时关注运动员GPS跟踪分析系统数据信息；并在合适的时间实时公布运动员GPS跟踪分析系统数据信息.最后，回收GPS跟踪设备仪，保存输出GPS跟踪分析系统数据.从技术层面看，GPS跟踪分析系统设备简单、使用方便易行[5]，定向运动竞赛中使用GPS跟踪分析系统不存在技术难题，是切实可行的.

2 GPS跟踪分析系统应用情况分析

2017年河南省第七届定向冠军赛在新乡辉县举行，由于比赛场地为山地地形，在长距离和中距离的比赛中，尤其是长距离项目中，精英组别不但路线距离长，而且爬高量大.可以说是迄今为止河南省省级定向运动赛事难度最大的场地之一.为此，在征得教练员和运动员同意的前提下，大赛组委会对参赛的18、21岁精英组部分运动员分发佩戴了GPS跟踪设备仪，两台电脑分别实时监控运动员运动轨迹和行进速度.同时，在其中一台电脑上进行了网络直播，不仅对运动员的线路选择作出实时评判，而且传输了运动员实时运动情况画面.

2.1 精英组运动员基本情况分析

2017年河南省第七届定向冠军赛精英组设有W18E、M18E、W21E、M21E四个组别，共计20个单位的129名运动员参加了此次比赛.共有7个单位的50名运动员佩戴了GPS跟踪设备仪，其中有3名运动员无意中关闭了GPS跟踪设备仪，系统记录数据为无效数据，在此只对47名有完整信息的运动员进行分析.(见表1、2)

表1 2017年河南省定向冠军赛长距离定向精英组运动员基本情况统计表

注：统计数据来至河南省社会体育管理中心官网公布信息

表2 2017年河南省定向冠军赛佩戴GPS跟踪设备仪运动员基本情况统计表

2.2 GPS跟踪分析系统数据分析

为便于分析，从47名佩戴GPS跟踪设备仪的运动员中，选取了部分运动员进行分析(见表3、4).图1、2是M18E、M21E两个组别长距离赛成绩有效的3名运动员数据分析图.从图1、2可知，运动员全程跑动距离、全程海拔运动轨迹、运动过程的倾斜度、每公里跑动速度轨迹等信息.图3、4是M21E组别中距离赛佩戴GPS跟踪设备仪的几名运动员两点之间运动数据分析图，从图3、4可以看到运动员点与点之间数据，可以清晰看到运动员的运动轨迹、运动员排名、两点用时、跑动距离以及平均速度等信息.

表3 2017年河南省定向冠军赛长距离项目佩戴GPS跟踪设备仪选取分析对象统计表

图1 M18E选取对象数据统计

图2 M21E选取对象数据统计

(注：横线表示跑动距离，纵线分别表示海拔、倾斜度、速度，每个图中最上面表示海拔高度变化曲线图、中间表示运动中倾斜度变化曲线图、最下面表示速度变化曲线图)

根据表3和图1、2整体分析得知，从比赛成绩看，作为长距离赛项目，18岁组整体差距不是很大，21岁组整体差距较大.从图1得知，M18E组3名运动员整体曲线图差异明显，第1名运动员优势明显，跑动距离短、平均速度快；第11名的运动员虽然在跑动距离上明显高于第21名运动员，但在速度运动轨迹变化曲线图上有显著差异，尤其是平均速度上二者差别明显，可见速度是二者差异的主要原因.从图2得知，M21E组第3名和第11名运动员倾斜度、速度运动轨迹变化曲线图基本相似，但海拔高度变化曲线图、路线长度有明显差别，虽然在整体平均速度上第11名比第3名运动员相对要好些，但由于跑动距离的差异，造成两者在成绩上的显著差异.

表4 2017年河南省定向冠军赛中距离项目佩戴GPS跟踪设备仪选取分析对象统计表

图3 中距离赛第1点至第2点运动员运动轨迹

图4 中距离赛第13点至第14点运动员运动轨迹

结合2017年河南省定向冠军赛中距离项目M21E组别成绩，根据表4和图3、4整体分析得知，从比赛成绩看，前8名成绩整体差距不是很大，尤其是前6名整体差距更小；从两点之间成绩看，名次靠前的几名运动员，成绩都非常接近.从跑动距离看，名次靠前的几名运动员，跑动距离差距整体在700 m之内；但两点之间距离差距还是比较明显，由于路线选择不同，跑动距离也就明显不同，跑动距离对成绩影响相对比较明显.从图3得知，从第1点到第2点，运动员跑动路线有两个方向选择，从图的位置来说，李某某等3名运动员选择了上方路线，唐某某等3名运动员选择了下方路线，两个路线的长度差距比较明显，但两条路线特点也都非常突出.上方路线整体距离短，整条路线可跑道路距离短，穿越树林地形距离长，不利于运动员速度发挥，适合擅长跑越野地形的运动员；下方路线整体距离长，整条路线有近80%的距离是硬化的道路和林间小路，有利于运动员速度发挥，适合擅长跑公园地形的运动员.但就图3地形分析来看，上方路线是一条最佳路线，图上表示树林地形是可穿越的单向跑树林，而单向跑方向就是要找点标的方向.

从图4得知，从第13点到第14点，运动员跑动路线有三个方向选择，从图的位置来说，7名运动员从第13点出发后都是一个方向奔向大路，在到达大路后运动员开始有了选择，有2名运动员选择了上方路线，3名运动员选择了中间路线，2名运动员选择了下方路线，三个路线的长度整体差距较小，上方和下方路线稍长.单就地图分析看，从第13点到第14点，主要地形是可穿越的单向跑树林，方向与路线是垂直的，穿越这样的地形是不利于运动员奔跑的.上方路线是选择了两个通行能力不同的单向跑树林地形交接线作为行进路线，但总体是在穿越树林；中间路线则是沿着树林中的灌溉水沟直线穿越；下方路线则是上大路后，见到右侧小路右转，沿小路跑进，再见到小路右转，直达目标，行进路线以路为主.综合分析，在三条路线中，下方路线是一条最佳路线，分析其理由，这样的路线选择不但有利于运动员速度的发挥，而且地形参照特征非常明显，有利于运动员快速准确找到目标.

综合图3、4以及GPS跟踪系统导出的数据分析，在比赛中点标与点标之间的路线是不确定的，运动员应该自己做出选择，运动员要结合地图和实际地形，并根据自己的特点选择最合适的跑动路线，并能很好地利用地形特点，把地形的不利因素对速度的影响降到较低的层度.其实，这种路线的选择能力，以及借助于地图和指北针辨明方向并以最快速度按顺序到达目的地的能力，便是定向运动的精髓.[6]

2.3 定向运动竞赛中应用GPS跟踪分析系统的意义

2.3.1 有利于定向运动赛事的宣传

通过电脑屏幕或者是赛事中心大屏幕能很直观地、清晰地看到运动员的实时运动轨迹，对运动员的运动状况能很好地判定；不仅能让教练员了解到自己运动员的情况，也能让现场观众看到运动员的比赛风采.更主要的是运用现代发达的通讯科技成果，通过网络的比赛直播宣传，使定向运动比赛这一比较的封闭、神秘赛事，成为了面向大众、公开透明的赛事活动，扩大了定向运动赛事的影响.这对定向运动的宣传、推广和普及具有极大的理论和实际意义.

2.3.2 有利于运动员、教练员技术分析

GPS跟踪分析系统的大数据信息，对于运动员、教练员及时总结赛事经验，开展赛后技术分析具有十分重要的实际意义和锻炼价值.GPS跟踪分析系统输出的数据信息，对于运动员、教练员是十分难得的技术资料，结合运动轨迹、运动距离、平均速度等赛事数据，对运动员的路线选择做出科学合理的技术总结分析，对于指导后续比赛，极大地提高了工作效率.同时，并针对问题提出今后的技术训练方案，进而达到提高训练效率、提升训练效果的作用.

2.3.3 有利于赛事的顺利进行

对于定向运动这一野外作业性质突出的项目，应用GPS跟踪分析系统的实际意义更为突出.通过运动轨迹能看到运动员活动区域，通过网络直播可以看到运动员的实时运动情况，不仅是赛事安全顺利进行的保障，更主要的是遇到突发情况，尤其是运动员受伤严重情况下，可以通过就近场地裁判的反馈，在最短时间内展开救援，实现黄金时间内的救援.

3 GPS跟踪分析系统应用存在问题及发展对策

3.1 对GPS跟踪分析系统认识不足

从定向运动的发展来看，不管是在国外，还是在我国内地，定向运动都是起源于军队，是由军事体育运动转变为大众体育运动的.目前，定向运动在我国尚属新兴的体育项目，定向运动还不是很普及，对GPS跟踪分析系统在定向运动赛事的应用人们对此知之更少，多数人没有认识到GPS跟踪分析系统应用到定向运动竞赛中的意义，对GPS跟踪分析系统应用于定向运动没有给予足够的理解和支持，这就需要通过现代发达的科技通讯手段以多渠道、多方式宣传GPS跟踪分析系统应用于定向运动的意义，转变决策者的观念，提高大家的认识，并进一步促进定向运动的普及.[7]

3.2 GPS跟踪分析系统专业技术支撑力量不够

由于定向运动在我国还不是很普及，社会对定向运动的关注度不高，高科技技术资源应用于定向运动的就非常少，定向运动赛事所能获取的高科技社会资源也就十分有限，GPS跟踪分析系统在定向运动赛事中极少应用就是很好证明.虽然教练员、裁判员都已认识到GPS跟踪分析系统应用到定向运动竞赛中的意义，但是在现实中，我国还没有专业的GPS跟踪分析系统技术人才来服务于定向运动赛事.2017年河南省冠军赛所用设备为国外某品牌设备，所有的技术问题是通过网络对话翻译解决的，从使用情况看，并没有达到预期的效果.另外，在比赛的过程中，GPS跟踪分析系统和定向运动比赛软件系统两者还不能有效结合，急需高科技技术人才来研究攻关，做到两个系统有效融合.因此可以说，GPS跟踪分析系统专业技术人才的缺失以及高科技专业技术支撑力量的不足，是影响GPS跟踪分析系统全面应用到定向运动赛事的主要原因之一.要解决专业技术支撑力量不够的问题还需要专业人员来支持，专业的事情要有专业人员来做，作为定向运动的上层主管部门要主动联系高科技社会资源，开展技术攻关，培训相关技术人才.

3.3 经费不足

GPS跟踪分析系统应用于定向运动赛事的效果和意义是明显的，在定向运动赛事活动中小部分运动员应用是没问题的，但如果从2017年河南省定向冠军赛的规模来看，所有运动员都使用佩戴GPS跟踪设备仪的话，是需要一笔数额较大的经费的，经费的欠缺会导致GPS跟踪分析系统难以全面应用于定向运动赛事.从目前调查的情况看，河南省近几年拨付的体育比赛经费相对是比较充足的，河南省每一项省级的赛事也都是有经费的，但项目之间存在较大的差异，经费分配和使用不够科学.就定向运动这一项目的两项省级赛事来说，经费是不足的.为做到GPS跟踪分析系统应用定向运动赛事，切实保证定向运动赛事的安全高效运行，需要做好以下工作：一是作为赛事运营负责人要积极争取领导支持，单独申请购置GPS跟踪分析系统设备；二是需要赛事负责人积极向赛事主管部门争取经费，做好预算，切实增加经费预算投入.

4 结论与建议

4.1 结 论

(1)从2017年河南省定向冠军赛部分精英组运动员使用情况和反馈结果看，并综合各方面信息看，定向运动竞赛中应用GPS跟踪分析系统具有很大的现实意义，首先有利于定向运动赛事的宣传，提升了赛事质量；其次有利于运动员、教练员赛后技术分析和赛事总结，尤其是通过技术数据分析，能为日后的训练提供更具针对性的科学训练计划.[8]

(2)目前社会对定向运动的认知度还不高，对GPS跟踪分析系统应用在定向运动赛事的了解就更少，说明我们对GPS跟踪分析系统应用于定向运动赛事的宣传力度不够，尤其是对政府主管部门的宣传工作力度不够，主管部门领导没有充分认识到GPS跟踪分析系统应用于定向运动赛事的意义.

(3)目前国内GPS跟踪分析系统应用于定向运动赛事的技术还不够完善，国内GPS科技企业还没有专门针对定向运动研发的器材设备，GPS系统软件和定向运动比赛软件两者还不能有效结合.国外有成熟的技术，但在使用的过程中技术成本较高，经费不足、国内GPS专业技术人才以及高科技专业技术支撑力量的不足，都是影响GPS跟踪分析系统应用到定向运动赛事的主要原因.

4.2 建 议

(1)切实加大定向运动的推广和普及力度，加大GPS跟踪分析系统应用于定向运动赛事的宣传力度，加强对政府、企业以及市场的宣传工作力度，转变主管部门领导的认识.

(2)争取比赛经费，建议主办单位拨付比赛专项器材采购经费，切实保障比赛安全、高效、顺利进行.结合河南实际，要利用现有有限的财力、物力、人力资源去整合资源，[8]有条件地、逐步扩大运动员应用GPS跟踪分析系统的规模.

(3)为更好地开展定向运动比赛，建议政府主管部门要转变职能,拓宽承办路子,丰富竞赛参与方式.积极争取高科技企业介入赛事，充分利用现代科技的先进成果服务赛事，宣传赛事.同时，在条件许可的情况下，建议在应用GPS跟踪分析系统时配上现场直播，真正做到既能让教练员实时了解到自己运动员的情况，又能让观众看到运动员的比赛风采，也真正实现定向运动赛事与国际接轨.