RFID無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1 前言

　　北京在奧運(yùn)會(huì)門(mén)票史上首次采用了芯片嵌入技術(shù)，持票者進(jìn)入比賽場(chǎng)館時(shí)，只需在檢票儀器上刷一下手中的門(mén)票即可。其實(shí)這種芯片只是整個(gè)識(shí)別系統(tǒng)的一部分，這項(xiàng)技術(shù)的全稱為射頻識(shí)別技術(shù)，英文為 Radio Frequency Identification，RFID是它的縮寫(xiě)。一套完整的RFID系統(tǒng)是由讀寫(xiě)器(Reader)、電子標(biāo)簽 (TAG)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分組成，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　RFID 無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)被視為本世紀(jì)最重要的十大技術(shù)之一，雖然此技術(shù)存在已久，但直到美國(guó)的大型連鎖超市Wal-Mart要求其各大供貨商必須將商品貼上 RFID電子標(biāo)簽后，一場(chǎng)RFID的風(fēng)暴才就此展開(kāi)。RFID技術(shù)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用早有先例，2006年的足球世界杯賽就使用了這種RFID門(mén)票，其在高爾夫、田徑等體育運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用也取得了良好的效果，本文旨在通過(guò)對(duì)RFID技術(shù)原理的介紹，分析其在體育領(lǐng)域的運(yùn)用現(xiàn)狀和開(kāi)發(fā)前景，引起國(guó)內(nèi)體育學(xué)界對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和進(jìn)一步研究運(yùn)用的開(kāi)展。

　　2 RFID技術(shù)系統(tǒng)組成及工作原理

　　2.1 RFID技術(shù)系統(tǒng)組成

　　2.1.1 電子標(biāo)簽

　　電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的真正的載體，標(biāo)簽相當(dāng)于條形碼技術(shù)中的條形碼符號(hào)，用來(lái)存儲(chǔ)需要識(shí)別和傳輸?shù)?a target="_blank">信息，每個(gè)電子標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。電子標(biāo)簽由標(biāo)簽專用芯片和標(biāo)簽天線組成，標(biāo)簽芯片用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，標(biāo)簽天線具有接收和傳輸標(biāo)簽信息。依據(jù)電子標(biāo)簽的供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽和無(wú)源電子標(biāo)簽。從功能方面來(lái)分，可將電子標(biāo)簽分為只讀標(biāo)簽、可重寫(xiě)標(biāo)簽、帶微處理器標(biāo)簽和配有傳感器的標(biāo)簽。按調(diào)制方式來(lái)分，標(biāo)簽還可以分為主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。

　　2.1.2 讀寫(xiě)器

　　讀寫(xiě)器是負(fù)責(zé)讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備。它可以單獨(dú)完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、顯示和處理等功能，也可以與計(jì)算機(jī)或其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，完成對(duì)電子標(biāo)簽的操作。典型的讀寫(xiě)器包含有控制模塊、射頻模塊、接口模塊以及讀寫(xiě)器天線。此外，許多讀寫(xiě)器還有附加的接13(RS232，RS485、以太網(wǎng)接El等)，以便將獲得的數(shù)據(jù)傳給應(yīng)用系統(tǒng)或從應(yīng)用系統(tǒng)接收命令。

　　2.1.3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、管理、分析以及對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)控制。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以是各種大小不一的數(shù)據(jù)庫(kù)或供應(yīng)鏈系統(tǒng)。

　　2.2 RFID技術(shù)系統(tǒng)工作原理

　　2.2.1 RFID技術(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞的原理

　　電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無(wú)接觸)耦合。在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。發(fā)生在閱讀器和標(biāo)簽之間的射頻信號(hào)的耦合類型有兩種：電感耦合和電磁反向散射耦合。電感耦合通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別作用距離小于一米，奧運(yùn)會(huì)的門(mén)票識(shí)別系統(tǒng)就是運(yùn)用這種耦合方式。電磁反向散射耦合按照雷達(dá)原理模型工作，即發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律，電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別作用距離大于一米，中國(guó)一家公司已經(jīng)按照美國(guó)的訂單生產(chǎn)了一種內(nèi)置電子標(biāo)簽的高爾夫球，以方便球被打丟之后的尋找。

　　2.2.2 RFID 技術(shù)系統(tǒng)基本工作流程

　　讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)附著標(biāo)簽的目標(biāo)對(duì)象進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，讀寫(xiě)器對(duì)接收天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后，送到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的處理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該電子標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)置做出相應(yīng)的處理和控制。

　　3 RFID技術(shù)在體育領(lǐng)域的運(yùn)用現(xiàn)狀

　　3.1 RFID技術(shù)在門(mén)票系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2006年德國(guó)世界杯是RFID技術(shù)門(mén)票在體育領(lǐng)域的第一次大面積運(yùn)用，十二個(gè)比賽場(chǎng)、64場(chǎng)次的350萬(wàn)張比賽門(mén)票全部采用了RFID技術(shù)門(mén)票。北京奧運(yùn)會(huì)28個(gè)大項(xiàng)38個(gè)分項(xiàng)，比賽場(chǎng)次約2173場(chǎng)，700多萬(wàn)張門(mén)票全部采用RFID識(shí)別技術(shù)。中國(guó)在2005年的上海網(wǎng)球大師杯已經(jīng)運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。 RFID技術(shù)門(mén)票的運(yùn)用為比賽提供了安全保障，門(mén)票的電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了購(gòu)票人的身份信息，進(jìn)場(chǎng)觀看比賽的持票人必須與購(gòu)票身份相同，從源頭上有效預(yù)防了安全問(wèn)題的發(fā)生。RFID技術(shù)門(mén)票的運(yùn)用還有效預(yù)防假票、“黃牛黨”倒票現(xiàn)象的發(fā)生，并能提高檢票的速度。

　　3.2 RFID技術(shù)在足球比賽中的應(yīng)用

　　德國(guó)愛(ài)爾蘭根的一家夫瑯和費(fèi)射線研究所早在2006年世界杯之前就已經(jīng)研制出一套應(yīng)用于足球比賽的RFID技術(shù)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)在足球內(nèi)部和球員身上都設(shè)置了RFID電子芯片，讀寫(xiě)器以2000~./min的速率對(duì)全場(chǎng)進(jìn)行掃描，以全時(shí)相地確定球員和球在球場(chǎng)上的位置。這套系統(tǒng)不僅能夠幫助裁判員解決有爭(zhēng)議的進(jìn)球和出界判罰，也為球隊(duì)教練分析場(chǎng)上隊(duì)員技戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用情況提供有力技術(shù)支持。

　　3.3 RFID技術(shù)在競(jìng)速比賽中的應(yīng)用

　　1994年的柏林馬拉松比賽由Champion Chip開(kāi)了RFID技術(shù)運(yùn)用的先河，參賽運(yùn)動(dòng)員身上粘貼了尋有個(gè)人信息的電子標(biāo)簽，通過(guò)設(shè)置在比賽起點(diǎn)、終點(diǎn)及途中的讀寫(xiě)器的信息采集，更為精確地監(jiān)控了比賽的過(guò)程，對(duì)運(yùn)動(dòng)員比賽成績(jī)的測(cè)定更加精確。從此之后，各種公路賽、越野滑雪、十項(xiàng)全能等比賽競(jìng)相運(yùn)用RFID技術(shù)，汁時(shí)效率大幅提高，在2000年6月的Broloppet半程馬拉松比賽中，創(chuàng)紀(jì)錄的對(duì)79，837名參賽者進(jìn)行了計(jì)時(shí)。RFID技術(shù)在摩托車場(chǎng)地賽、自行車場(chǎng)地賽等競(jìng)速比賽中得到了廣泛運(yùn)用。

　　4 RFID技術(shù)在體育領(lǐng)域中的運(yùn)用前景

　　4.1 RFID技術(shù)在田徑比賽成績(jī)測(cè)定中的運(yùn)用

　　目前高水平田徑比賽田賽項(xiàng)目的距離測(cè)定通常采用激光測(cè)距儀，需要裁判員在運(yùn)動(dòng)員投擲器械后迅速找到第一落點(diǎn)，用測(cè)定標(biāo)桿測(cè)量比賽成績(jī)，仍會(huì)出現(xiàn)人為誤差。如果運(yùn)用RFID技術(shù)，在鉛球、標(biāo)槍等投擲器械中內(nèi)置電子標(biāo)簽，由讀寫(xiě)系統(tǒng)采集器械的第一落點(diǎn)與丈量起點(diǎn)之間的距離，可以在第一時(shí)間內(nèi)獲取比賽成績(jī)，提高工作效率，并可有效減少裁判員尋找落點(diǎn)的人為誤差。也如前文所述，在徑賽項(xiàng)目中運(yùn)用射頻識(shí)別技術(shù)，可以準(zhǔn)確快速地測(cè)定大數(shù)量參賽運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)。

　　4.2 RFID技術(shù)在球類比賽中的運(yùn)用

　　雖然RFID技術(shù)在高爾夫和足球等球類比賽中得到運(yùn)用，但其仍然處于一種嘗試階段，并存在著一定的技術(shù)難題。在網(wǎng)球比賽中運(yùn)用的鷹眼系統(tǒng)已經(jīng)逐步受到觀眾的接受和認(rèn)可，對(duì)傳統(tǒng)的裁判系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，也給體育觀眾帶來(lái)全新的欣賞體驗(yàn)。鷹眼系統(tǒng)是通過(guò)在場(chǎng)上設(shè)置多部高速攝像機(jī)捕捉網(wǎng)球的飛行軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)其飛行線路和落點(diǎn)的模擬。如果在網(wǎng)球及排球等球體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)電子標(biāo)簽，也完全可以探測(cè)到球的飛行線路及球體的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)球的落點(diǎn)的準(zhǔn)確判斷，提高裁判執(zhí)法的準(zhǔn)確性，也有助于教練員對(duì)自己球隊(duì)和對(duì)手的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行深度分析。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　競(jìng)技體育比賽的激烈程度越來(lái)越高，并逐漸成為大眾傳媒關(guān)注的重要對(duì)象，比賽的公平性備受人們關(guān)注。在競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用現(xiàn)代科技，使其部分地?fù)?dān)當(dāng)裁判角色，雖然會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)裁判的壓力驟然增大，他們的每個(gè)判罰都可能遭到強(qiáng)烈的質(zhì)疑，從體育倫理的角度來(lái)說(shuō)，也許與傳統(tǒng)有一定的差異。但鷹眼系統(tǒng)在網(wǎng)球比賽中的運(yùn)用從技術(shù)層面上來(lái)講是成功的，一套鷹眼系統(tǒng)需耗資幾百萬(wàn)美元，而射頻識(shí)別技術(shù)操作成本相對(duì)較低，應(yīng)該成為體育科技研究應(yīng)用的一個(gè)重要發(fā)展方向。