Використання хронометричних систем в спортивних змаганнях

ВИКОРИСТАННЯ хронометричнИХ систем в СПОРТИВНИХ ЗМАГАННЯХ

В.О. Кашуба, Ю.О. Юхно, і. В. Хмельницька

Національний університет  фізичного виховання і спорту України

Анотація. В роботі представлено ретроспективу хронометричних засобів на спортивних змаганнях. Проаналізовано використання сучасних хронометричних систем в спорті: стартових систем та фотофінішу, високошвидкісних цифрових камер, сенсорних електронних колодок, прийомопередавачів інфрачервоних променів та радіо. Розглянуто вимірювання спортивного результату за трьома критеріями: 1) в одиницях СІ (секунда, метр, кілограм); 2) за кількістю отриманих очок; 3) у балах, які нараховані суддями.

Ключові слова: хронометричні системи, спортивні змагання, фотофініш, стартові системи.

Аннотация. Современные хронометрические системы в спортивных соревнованиях. В.А. Кашуба, Ю.А. Юхно, И.В. Хмельницькая. В работе представлена ретроспектива хронометрических средств на спортивных соревнованиях. Проанализировано использование современных хронометрических систем в спорте: стартовых систем и фотофиниша, высокоскоростных цифровых камер, сенсорных электронных колодок, приемопередатчиков инфракрасных лучей и радио. Рассмотрено измерение спортивного результата по трем критериям: 1) в единицах СИ (секунда, метр, килограмм); 2) по количеству полученных очков, 3) в баллах, начисленных судьями.

Ключевые слова: хронометрические системы, спортивные соревнования, фотофиниш, стартовые системы.

Summary. Modern chronometric systems in sport events. V.A. Kashuba, J.A. Yukhno, I.V. Khmelnitska. The paper presents a retrospective of chronometric means at sport events. The using of modern chronometric systems in the sports: starting systems and photofinish, high-speed digital cameras, electronic touch pads,  nfrared and radio transceivers was analyzed. The measurement of sports results based on three criteria: 1) in SI units (second, meter, kilogram), 2) the number of obtained points; 3) in scores, assessed by the judges, was considered.

Keywords: chronometric systems, sport events, photofinish, starting systems.

Актуальність.

Розвиток науки і техніки  завжди пов'язаний з прогресом в області вимірювань. У фізиці, механіці та інших точних науках саме на підгрунті результатів вимірювання стало можливим достовірно встановлювати залежності, що відображають об'єктивні закони природи. Разом з тим, і в низці інших наук, таких як фізіологія, медицина, біомеханіка, педагогіка тощо виміри є також одним з основних способів пізнання закономірностей функціонування біологічних об'єктів, і зокрема систем організму людини. Велике значення вимірювань для науки підкреслювали багато вчених: "Виміряй все доступне вимірюванню і роби доступним все недоступне йому" (Г. Галілей). "Наука починається з тих пір, як починає вимірювати, точна наука немислима без міри" (Д.І. Менделєєв). "Кожна річ відома лише в тій мірі, в якій її можна виміряти" (Ельвін) [1].

В наш час вимірювання отримують усе більш широке застосування в спорті. При цьому використовуються майже всі існуючі на сьогодні види і методи вимірювань (радіоелектронні, оптоелектронні, біофізичні, біохімічні, ультразвукові, лазерні тощо).

Дослідження виконано відповідно Зведеного  плану науково-дослідної роботи у сфері фізичної культури і спорту за темою 2.16 „Вдосконалення засобів технічної та тактичної підготовки кваліфікованих спортсменів з використанням сучасних технологій вимірювання, аналізу та моделювання рухів”.

Мета дослідження – систематизувати наукові дані щодо використання  хронометричних систем в спортивних змаганнях.

Результати дослідження.

Хронометрія (від грец. χρόνος – час і μέτρηση – вимірювання) – наука про методи та засоби вимірювання часу, а також область техніки, що займається такими вимірами. Основний зміст хронометрування – визначення часу, що витрачається на виконання будь-якої дії [2].

Історія використання пристроїв хронометражу на спортивних змаганнях ретроспективно представлена на рис. 1. У квітні 1896 року були проведені Ігри I Олімпіади. Ця Олімпіада значно відрізнялась від сучасних змагань. Так, переможець подолав 100-метрову дистанцію за 12 секунд. Секундоміри, які використовувалися на змаганнях, фіксували час з точністю до 1/5 частки секунди. Та вже перед Іграми VI Олімпіади гостро постає питання про необхідність розробки високоточних хронометрів, а в 1914 році були розроблені секундоміри, що дозволяли реєструвати соті частки секунди. Тільки в 1966 році завдяки розробці електронних секундомірів стало можливим реєструвати спортивні результати з точністю 1/1000 секунди. З розвитком електроніки на спортивних змагання починають з’являтися високотехнологічні пристрої хронометражу, які включають високошвидкісні цифрові камери, сенсорні електронні колодки, передавачі інфрачервоних променів і радіо. Сьогодні завдяки передовим технологіям, спортсмени можуть виграти або програти з перевагою всього в 1/1000 с – в 40 разів швидше, ніж може побачити око. Така точність вимагає першокласних технологій, за допомогою яких визначається переможець у спортивних змаганнях (рис. 1) [3].

 

 

Афіни, Греція Перші "сучасні" Олімпійські ігри Секундомір використовується для визначення переможців	Стокгольм, Швеція Вперше використано  електричні системи виміру часу та фотофініш	Антверпен, Бельгія, Вперше використані хронографи з точністю вимірювання 1/100 с	Лос-Анджелес, Каліфорнія "Камера Кірбі" суміщала фотографування лінії фінішу і хронометр для відмітки часу на кожному знімці.
Санкт-Моріц, Швейцарія Вперше використана стільникова фотоелектрична система «Магічне око» Щілинна камера використовується для фотофінішу	Гельсінкі, Фінляндія Omega представила першу серійну систему фотофінішу Годинники додані до щілинних камер для автоматичної фіксації відрізків часу з точністю до 1/100 с	Токіо, Японія Відбулася пряма трансляція змагань по телебаченню Cтартовий пістолет поєднано з годинником і камерою фотофінішу	Мехіко, Мексика Контактні пластини вперше використані для фіксації часу у змаганнях з водних видів спорту	Мюнхен, Німеччина Вперше вимірюється  час стартової реакції спортсменів Офіційний час записується  з точністю до 0,01 с, а не 0,1 с	Монреаль, Канада Електронні табло використовуються для відображення результатів змагання в режимі реального часу	Сеул, Корея Вперше результати спортсменів, окрім реєстрації, піддаються обробці
Альбервиле, Франція Електронна фотофінішна технологія повністю інтегрована у системи вимірювання часу	Атланта, США Вперше використані радіотранспондери у велоспорті і бігу на марафонські дистанції	Солт-Лейк-Сіті, США Інфрачервоні промені замінили фотоелектричні елементи у санному спорті, використані радіотранспондери в лижних гонках	Афіни, Греція Фотофініш знімає спортсменів зі швидкістю 1000 кадрів за секунду Радари починають використовувати в пляжному волейболі	Турин, Італія За 16 днів змагань Omega записала хронометраж 105 510 разів на 2 582 дистанціях, виміряла 10 891 швидкостей і 72 122 очок	Пекін, Китай GPS і бездротові транспондери використовуються для реєстрації проміжного часу у гонках	Лондон, Великобританія OMEGA запустила спеціальний годинник для відліку днів, годин, хвилин і секунд до початку тридцятої Олімпіади, що має розміри 6,5 на 5,5 м і важить 5 тонн

Рис. 1. Історія хронометражу в спортивних змаганнях [4]. 

У змагальній діяльності вимірювання використовуються в першу чергу для визначення власне спортивного результату, оскільки необхідною умовою видовищності спорту завжди була його змагальність, тобто можливість виявлення переможця за очевидним кількісним критерієм. Таких критеріїв у спорті всього три:

1-й критерій – результат, який вимірюється в одиницях СІ (секунда, метр, кілограм);

2-й – кількість зароблених, отриманих, завойованих, вибитих очок;

3-й – кількість нарахованих суддями балів [5].

Варто зауважити, що за цими трьома критеріями можуть бути оцінені результати спортсменів  як в індивідуальних, так і в  командних виступах.

Розглянемо кожний з критеріїв  детальніше.

1. Критерій – результат, який вимірюється в одиницях СІ (секунда, метр, кілограм).

Найчастіше результатом, що оцінюється за 1-ою умовою, є час подолання певної дистанції. У різних видах спорту, в залежності від швидкості пересування спортсменів, використовується різна точність вимірювання часу. Як правило, вона знаходиться в межах 0,001 – 0,1 с. При цьому спортсмен може йти, бігти, їхати на велосипеді, пересуватися на лижах або ковзанах, з'їжджати на санях, плисти, ходити під вітрилом або на веслах (рис. 2, 3) .

Рис. 2. Хронометричні системи в зимових видах спорту (Microgate та ALGE OPTIс, LYNX) [6-8].

 

Рис. 3. Схеми систем реєстрації результатів в літніх видах спорту(Microgate та ALGE OPTIс, LYNX) [6-8].

 

Саме по собі забезпечення необхідної точності вимірювання часового інтервалу  з технічної точки зору не становить  особливих труднощів, проте специфіка  спорту накладає на цей процес свої особливості, що пов'язані, в першу чергу, з проблемами визначення моменту старту і фінішу. Удосконалення вимірювань цих елементів змагального процесу йде шляхом використання технічних новинок. До них, серед поширених в даний час приладів, відносяться різні фотодатчики і мікрочіпи, системи реєстрації фальшстарту, системи фотофінішу тощо.

На сьогодні розроблена велика кількість часовимірювальних пристроїв, з яких найбільше поширення отримали оптикоелектронні пристрої, що використовують фотоелементи. Принцип вимірювання полягає в тому, що атлет перетинає два або кілька променів світла, сфокусованих на прийомопередавачах світлового випромінювання – фотодіодах. Перериваючи світлові промені, бігун на мить розмикає ланцюг. В результаті виникає електричний імпульс, який, перетворюючись, автоматично показує час в мілісекундах (мс). Для розрахунку швидкості бігу досить розділити відстань між паралельними один одному променями на часовий інтервал між імпульсами в фотоелементі [9].

Фотофініш – програмно-апаратна система для фіксації порядку перетину фінішної межі учасниками змагань, що забезпечує отримання зображення, яке можна надалі багаторазово переглядати.

Основною технічною відмінністю систем фотофінішу є використання у них принципу так званої щілинної зйомки, при якій фіксується лише лінія шириною в один піксель, а отримуване в результаті статичне зображення «набирається» з цих смужок так само, як малюнок на килимі.

При наявності інтегрованого або поєднаного з фотофінішем таймера він також дозволяє отримати часовий результат учасників, які перетнули фінішну межу (рис. 4) [9].

Рис. 4. Комп’ютерні системи фотофінішу[6-8].

 

Актуальною для спорту також є реєстрація швидкостей і  траєкторій в певний момент часу, в  певному місці і в спірній ситуації. До таких параметрів відносяться, наприклад, швидкість лижника при стрибках з трампліну під час відштовхування або в момент приземлення, швидкість тенісного або волейбольного м'яча при подачі, його траєкторія при визначенні торкання сітки або ауту тощо. В наш час за ходом змагань високого рівня спостерігають сотні мільйонів глядачів. Важливо, щоб усі судді, глядачі, спортсмени були впевнені в об'єктивності визначення переможців. З цією метою навіть розробляються спеціальні математичні моделі й імітатори.

Окрім контролю часу, в процесі реєстрації спортивного результату за 1-ою умовою необхідно також вимірювати відстані, наприклад в метаннях або різного роду стрибках, і вагу штанги у важкій атлетиці.

Якщо при стрибках у довжину (відстань 6–9 м) вимірювання простою рулеткою ще допустимі, а можливі помилки (кілька міліметрів) дуже незначні, то в метанні списа або молота (де відстань в 10 разів більша) помилка вимірювання результату рулеткою буде вже досить істотною (кілька сантиметрів). Різниця ж між результатами суперників може складати всього 1 см. Оскільки перемога має величезну значимість в сучасному спорті, об'єктивність і точність вимірювання таких відстаней вже давно забезпечується за допомогою спеціальних лазерних далекомірів (рис. 5) [10].

Рис. 5. Використання лазерних далекомірів спорті [9].

 

Інша справа – штанга. Тут великих проблем немає, тому що гриф і додаткові вантажі самі є своєрідними засобами вимірювання. Тому контрольне зважування піднятої штанги, як правило, проводиться тільки при встановленні рекордів, при розподілі призових місць і в спірних моментах (рис. 6).

Рис. 6. Визначення переможця у важкій атлетиці [11].

 

2. Особливим випадком є 2-й критерій виявлення переможців по завойованих очках.

Багато фахівців цю процедуру  визначають не як вимірювання, а як оцінювання. У зв'язку з тим, що вимірювання в загальноприйнятому сенсі є виявленням кількісної характеристики результатів спостережень різними способами і методами, в спорті є доцільним об'єднати ці два поняття або вважати їх рівнозначними [6].

На користь цього  рішення свідчить і те, що в низці спортивних дисциплін переможці виявляються за очками, що обчислюються, виходячи з досягнутого метричного результату (п'ятиборство, тріатлон, керлінг тощо), а в біатлоні, навпаки, отримані (вибиті) очки при стрільбі можуть вплинути на кінцевий метричний результат спортсмена (рис. 7).

Рис. 7. Підрахунок результатів в керлінгу та біатлоні [12-13].

Переможцем за очками може бути як спортсмен-індивідуал, так і вся команда. Цей критерій використовується, як правило, в ігрових видах спорту: футболі, хокеї, баскетболі, волейболі, бадмінтоні, тенісі, водному поло, шахах та ін. В окремих іграх лімітується час спортивної боротьби, наприклад, у футболі, хокеї, баскетболі. В інших – гра триває, поки не буде досягнутий певний результат: волейбол, теніс, бадмінтон. Процедура виявлення переможця в них відбувається в декілька етапів. Спочатку по забитих (завойованих) голах, шайбах, м'ячах реєструється результат конкретного матчу і визначається його переможець. Кожен з учасників після ігор по колу отримує відповідні очки, які заносяться в турнірну таблицю. Очки підсумовуються і виявляються переможці на другому етапі. Він може бути остаточним (національні чемпіонати) або за ним може слідувати наступний етап, якщо турнір є відбірковим (чемпіонати Європи, світу, Олімпійські ігри).

Звичайно, в кожному  ігровому виді спорту є своя специфіка, але принцип підрахунку очок однаковий (рис. 8).

Рис. 8. Визначення переможців в тенісі та хокеї[14-15].

 

В єдиноборствах, наприклад боксі, боротьбі, фехтуванні, результат змагання оцінюється теж за очками (виконаними ударами, проведеними прийомами, уколами). Але в перших двох видах спорту поєдинки можуть бути зупинені до закінчення ліміту часу: нокаутом або якщо противника буде покладено на лопатки (рис. 9).

 

Рис. 9. Визначення переможців в боксі та фехтуванні[16-17].

 

3. За 3-ю умовою переможця визначає група фахівців-експертів за нарахованими балами.

У видах спорту, які  оцінюються за таким вкрай необ'єктивним способом, претензії, протести і навіть судові розгляди є найчастішими – досить згадати останні Зимові XXI Олімпійські ігри 2010 року в Ванкувері. Але так склалося історично: у фігурному катанні, гімнастиці і в інших подібних змаганнях ще кілька років тому було неможливо оцінити виступи спортсменів об'єктивно за допомогою технічних засобів, як, наприклад, у легкій атлетиці. Сьогодні технічні впровадження вже дозволяють виробляти кількісні оцінки за допомогою спеціальних відео-вимірювальних систем (рис. 10–11).