空间信息技术在体育行业的应用

韩锁熊宏涛

（1.长江信达软件技术（武汉）有限责任公司 湖北 武汉 430010；2.湖北国土资源职业学院 湖北 武汉 430090）

1、研究背景

空间信息技术(Spatial Information Technology)是一种用于收集、处理、分析和可视化地理空间数据的技术，它的发展起源于20世纪60年代。自20世纪70年代中期以来，该技术在中国发展得十分迅速。空间信息指的是用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布等诸多方面特征的信息。其核心包括“3S”技术，即全球导航卫星系统（GNSS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术。 在3S集成应中，GNSS主要于对标的地理空间位置进行实时定位定向；RS于实时或准实时的监测地表的各种变化，为GIS提供数据更新支持；GIS是对多种格式、多种来源的时空地理信息进行采集、处理、存储、管理、分析、显示和描述的技术系统。

数字体育，指的是将信息技术融入到传统的体育行业，以技术手段来管理、开发、体验、传播体育活动过程。它是将IT、互联网、物联网、云计算、人工智能等信息技术与体育行业相结合，提升传统体育行业的管理、运动健身、体育赛事、竞技体育等方面的数字化能力，从而提高体育行业数字化管理的效率和服务水平。“十三五”以来，政府大力支持体育事业发展，信息技术在体育行业的深入融合应用，催生了魅力无限的数字体育新业态，已经成为我国体育事业的重要组成部分。

目前空间信息技术已不仅仅只包括传统的“3S”技术，还与5G、星链、物联网、移动互联网、云计算、BIM(建筑信息模型)、数字孪生、大数据、人工智能等新一代信息技术进行有机结合，为各行各业提供空间信息技术支撑服务。在体育行业，空间信息技术也越来越多的应用到各种体育信息化系统和体育行业应用研究当中，催生了体育行业数字化发展的新业态。

2、空间信息技术在体育行业的应用场景

体育行业管理信息化、数字化、智慧化、智能化是当今体育行业技术发展的趋势之一。智慧体育是智慧地球与智慧城市的衍生概念，作为智慧城市在体育行业的呈现，是体育行业信息化发展的必然趋势和结果。

空间信息技术以其多尺度、多维度的优势在体育行业应用中发挥着越来越重要的作用。将空间信息技术融合进传统的体育行业，构建一个能精确反映体育相关地物、事件、人员等体育活动要素的时空信息平台框架，在体育场地的环境信息实时感知采集、体育要素的时空分布、智慧场馆运营、赛事综合指挥调度等领域深入应用，将助推体育行业进一步发展，为体育行业数字化转型升级注入新动能。

2.1、体育场地空间分布公平性评价

在社会公平正义研究方面，城市公共服务设施分布的社会绩效分析和评价是其中一个重要的研究领域。经历了从地域平等到社会平等、从社会公平到社会正义的不同发展阶段。地域平等侧重于研究各空间尺度下公共设施服务水平的差异，而社会公平则考虑了人口分布不均匀的因素，更侧重于公共设施分布和人口分布两者间的“空间匹配”程度。体育设施场地作为城市公共服务设施的一种，其空间分布的公平性是体现社会公平正义的一个重要方面。在公共体育设施绩效水平评价方面，为避免仅注重“总数量”、“用地面积”、“用地占比”等指标，需要综合考虑公共体育设施的社会公平绩效评价研究。Ko-Wan等人通过“综合公平指数(IEI)”评价公共体育设施的空间分布；Fahui Wang等人从空间和非空间角度细分公共服务设施利用公平的影响因素；Hsueh Sheng等人从可达性、可动性等方面，对公共设施布局公平性开展评价；陈玉娟等人在测度公共体育设施服务水平的基础上，采用洛伦茨曲线和基尼系数进行社会公平绩效总体评价，结合区位熵的分析方法，揭示绩效评价的空间分异格局。

2.2、体育场地选址分析

体育场地是为社会居民提供开展体育活动的场所，体育场所的营业率受到多种因素的影响。当地的区域环境、经济发展水平、人口分布、交通状况、周边体育场所分布等因素都会对居民到体育场所参加体育运动的意愿产生影响。区域环境直接影响当地开展的体育运行的项目类别，比如高纬度地区，开展的冰雪运动会比低纬度区域多。经济水平发展较好的区域，在日常消费中会为体育类别的消费分配更多的额度。人口分布密度高的位置，人口基础大，相对来说会有更多的人参与体育运动。居民居住位置到体育场所的交通状况和通行时间，同样会影响居民外出至体育场所参与体育活动的意愿度。周边体育场所分布密集程度过高，会对参与体育活动的人群进行选择性分流，也会影响体育场所的营业额度。所以在新建体育场所时候，需要综合考虑上述各项因素，基于空间分析、回归分析等手段，分析各因素之间的影响因子权重，对体育场所选址予以综合评定。

2.3、公共体育服务地图

为促进全民健身更高水平发展，更好地满足人民群众的健身和健康需求，国务院在2019年印发 《体育强国建设纲要》，并于2021年8月发布《全民健身计划（2021-2025年）》，明确提出推进全民健身智慧化发展，完善全民健身公共服务体系。开发国家社区体育活动管理服务系统，建设国家全民健身信息服务平台和公共体育设施电子地图，推动省、市两级建立全民健身信息服务平台，提供健身设施查询预定、体育培训报名、健身指导等服务，逐步形成信息发布及时、服务获取便捷、信息反馈高效的全民健身智慧化服务机制。南京市在2019年将所有公共体育器材的信息形成电子地图，同步上传至“宁体汇APP”和“南京市全民健身服务网”，方便市民查询使用。2021年11月，重庆市巴南区上线了“巴南区全民健身地图”，该电子地图中涵盖了2900多处公共健身设施场地，社会公众可以通过小程序就能便捷的找到就近的体育场地及健身器材设施，有效地解决广大群众“去哪儿健身”的难题和困惑。

2.4、赛事相关人车物的实时位置定位

利用GNSS技术，可以对体育赛事活动中相关的人员、车辆、船只等进行实时定位，便于赛事举办方实现对参赛对象的实时定位，追踪各种运动对象的实时位置变化，对定位数据进行解析处理并基于地图进行可视化展示。通过GNSS技术，赛事组织方可以随时掌握赛场上每一个人车物的动态踪迹，可极大地提高赛事医疗、安保的保障水平。在室外的长距离运动项目中，比如定向越野、马拉松等赛事，利用GNSS定位技术可以对运动员、安保人员、救护车、应急保障车辆等进行跟踪定位，通过智能终端可随时查阅赛事起终点位置、赛事线路、补给点位置等一系列赛事相关信息。在体育赛事活动中如果发生意外事件，还可以基于地图与实时定位信息进行综合的指挥调度。另外在部分赛事中，卫星导航终端被应用与辅助裁判方面，利用运动员、车辆、船只的运行轨迹、平均时速等数据，为裁判对赛事的精确评判提供依据。

2.5、室内外路径导航

在参加日常体育运动或者参加体育赛事时，需要考虑通行路径问题，特别是在大型城市，城市道路的交通拥堵状态随着一天内时段的变化呈现周期性的变化。利用定位与导航技术，可以方便的计算出发点至目的地的通行路径，供人按需选择最优路径进行出行。比如，可以通过百度地图APP、高德地图APP、腾讯地图APP等计算通行线路，并可设置时间优先、高速优先、避开拥堵等模式，极大地提升道路通行体验与效率。

在大型体育场馆内的内部通行也是一个必然面对的问题。场馆的建筑规模越大，室内空间分布约复杂，跨区域和跨楼层的通行，常常有多条可供通行的步行路径，即使有楼层分布图及引导标记，但仍会花费大量的时间来寻找室内目的地。建立场馆内部的导航地图，提供室内目标检索、路径规划、通行导航等服务，一键计算出距离最短和时间最短的路径，为运动员转场参赛节约通行时间，并且减少通行过程中的体力消耗，帮助运动员保持比赛状态，提高赛事成绩。

将城市道路的路径数据与室内通行路径数据相融合，在统一的空间基准下将室内外地图进行无缝融合衔接，通过室内外路径融合连通的路网进行室内外一体化的路径规划，实现室内外一体化的导航，为体育活动提供更加便捷的路径规划与导航服务。

2.6、卫星通信与遥感为体育赛事提供保障服务

汽车拉力赛、越野赛和游艇赛等赛事一般都在室外举办，并有可能遭遇不可预料的恶劣天气，常规的通信技术在此类场景下是很难以有效地保障通信需求的。卫星通信信号不受环境影响并且覆盖到全球的任意角落，是常规通信无法覆盖区域的最佳通信解决方案。在紧急情况下，可提供至关重要的定位服务和通信服务，确保赛事组织方能为参赛人员提供有效的应急处置措施。

气象保障是重大赛事举办的关键环节之一。气象保障主要包括两个方面，一是赛事举办方基于办赛期间的气象预报数据制定赛事的气象预案；二是参赛队伍在赛前训练和比赛时针对实时的气象情况，科学地制定训练计划和比赛技战术。许多户外运动项目受气象状况影响很大，比如高山滑雪、自由式滑雪项目，运动员的动作会受到山谷涡旋气流的影响，运动员需要根据不同的气象情况调整技战术安排。如，在2022年北京冬奥会上，结合卫星遥感与物联网感知设备采集的基础数据，已经实现了做百米级、分钟级的气象预报，教练团队基于此进而为运动员制定相应的战术来有效利用和应对不同的气象条件。

2.7、体育场馆孪生仿真

融合倾斜摄影建模技术、BIM技术，建立体育场馆室内外一体化的实景三维仿真模型，集成物联网、云计算等技术，基于体育场馆的孪生仿真，实现对场馆重要资产、能源、人员等空间定位和数据协同，实现场馆空间、资产、安全、运维、能源等综合管理、虚拟展示分析、预测。

在杭州市的黄龙体育中心，建设完成整个体育中心及周边设施的三维可视化，以此为数字孪生底座，基于物联网技术，实时采集整个体育中心的人流、车流、场馆内安防视频、能耗信息、环境信息等，实现了上万个前端感知设备及系统的集中运维以及设备与监管协同管理。

在2022年的北京冬奥会上，以数字孪生技术，融合虚拟现实、人工智能、计算机图形学等相关前沿技术，通过对体育赛事场馆和赛事期间所发生事件，来进行数字孪生与仿真，涵盖了北京冬奥组委、主媒体中心、三个奥运村和十二个竞赛场馆等多个场馆。利用数字孪生技术在计算机中建立真实场馆的数字孪生体，在数字孪生体中进行体育赛事的模拟运行与设计，通过可视化处理跨部门协调工作，从而提高效率、降低成本，有效解决国外团队及各个业务部门在疫情防控期间难以到达现场所面临的困难。借助于北京冬奥会的契机，数字孪生技术在体育大型赛事领域深度挖掘应用机会，应用效果表明体育领域对于数字孪生技术有着强烈的需求。未来，将有更多大型国际体育赛事用到这项技术，也成为了该项技术未来深度发展的新方向。

2.8、大型赛事可视化指挥调度

大型赛事的综合管理运行中心（MOC）以城市级到业务单元级信息资源的深度整合为基础，通过统一的软件平台进行可视化呈现，实现赛事管理效能的全面提高，MOC是体现大型赛事科技含量和举办水平的重要标志。

将互联网、云计算、大数据、及人工智能等先进信息技术，以二三维时空信息为数字孪生底座，以智慧城市现有信息化成果为基础，接入涉及赛事相关的各专业各领域业务数据，实现大型体育赛事活动相关数据的采集、治理、融合、可视化分析，打造覆盖实时态势监测、案事件闭环管理、风险预警、研判分析、决策支持、可视化调度指挥、事后评估等全过程的、适用于大型赛事的综合管理、统一指挥的综合信息可视化运行监控和应急指挥平台。在2019年在武汉举办的第七届军运会上，搭建了综合信息可视化和决策支撑平台，基于武汉市智慧城市建设的信息化成果，将所有涉及军运会要素的政务数据资源接入到平台中进行融合呈现。比如，智慧城管的城市案事件信息、平安城市的治安防控与视频监控信息、智慧环保的环境监测信息、智慧交通的实时路况与交通信号智能调度信息、市舆情系统的热点舆情信息、市社管及市网上群众工作服务平台反应的民众热点诉求信息等，接入气象数据、道路拥堵数据、空气质量、人流量热力数据等，使用GNSS技术对安保防控要素、医疗卫生要素、应急保障要素等进行实时定位，基于统一的二三维平台对上述信息进行可视化展示，实现全要素信息的从宏观到微观、从区域到整体的掌控，为第七届军运会构建“能看、能指挥、能思考”的军运会“大脑”，实现了从赛事筹备、组织、建设、运行到赛后评估全流程各阶段的智慧化管理。

3、总结与展望

空间信息技术和新一代信息技术的发展快速推进体育行业朝着科技化、现代化发展。体育行业当前正沿着数字化、智慧化、智能化的趋势在快速发展，结合十四五期间的体育强国战略，在构建15min健身圈、公共体育服务地图、智慧场馆、赛事指挥调度等方面开展系统的、多维的科学研究，提升体育行业科技水平、更好地服务国家的体育强国战略，在空间信息在体育行业的应用研究方面，应该大力开展如下工作：

（1）大力开展体育设施空间分布公平性方面的基础性研究。基于年度体育场地统计调查数据，结合第七次人口普查的成果数据，考虑道路交通通信可达性等多种因素，建立科学、公正的体育设施空间分布公平性评价模型，对体育场地的空间分布进行定量的评价。评价结果用以指导各级政府选取合适的区域建设公共体育场馆、体育公园、健身设施安放等，加快构建15min公共体育健身圈；

（2）建立以空间地图为基础的体育时空大数据平台。世界上80%的数据与地理位置有关，在体育行业中也不例外。以空间地图为基础，将体育相关要素数字化并建立其空间属性，在新一代传感网、大数据分析、人工智能、5G传输等技术支持下，开展多元化的体育相关数据的感知采集、处理分析、融合管理、共享分发等关键技术的研究，构建面向体育行业的时空大数据平台；

（3）加快数字孪生技术在体育场馆及赛事活动中的融合应用研究。以GIS、BIM、IOT技术为基础，以数字化的方式在虚拟信息空间里构建一个可以表征该物理场馆的虚拟实体，利用IOT实时监测场馆运行状态，结合历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理场馆全生命周期过程。大型活动举办期间的安防管理、交通调度、人员管理，和应急指挥等场景下，均可通过基于数字孪生系统的超精细模拟仿真、多维度数据挖掘分析，为指挥调度决策提供科学的依据，实现动态、科学、高效、安全的大型赛事活动管理；

（4）加大人工智能在体育行业的融合应用研究。在空间信息的采集、处理、提取等方面，人工智能技术可大大提高体育要素识别与提取的效率，还可以基于激光点云、图像视觉等快速完成三维建模，快速完成三维仿真场馆的构建。另外，基于人工智能技术，构建各项体育赛事相关的算法库、机器学习样本库、知识图谱库，结合高清视频监控，可以用于自动裁判判别，避免人为判别误差，提高赛事裁判公平性。同时，面向赛事的运行保障综合决策、指挥调度和公共服务等体育业务全方位应用需求，建立融合高效、智能分析、主动服务的智能化应用。