先进的测量技术测量马拉松路线 技术标准.docx

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先进的测量技术测量马拉松路线技术标准

先进的测量技术，测量马拉松路线

玛丽亚TSAKIRI，DimosthenisSTATHAS，OrthodoxiaARABATZI–2004

关键词：

过程测量，全站仪，地面激光扫描，认证

摘要：

马拉松是重大体育赛事的亮点。

精确测量课程是以确保事件符合国际田联本质（国际协会田径联合会）严格的指导方针。

本文讨论了这些具体的指导方针和回顾了测量过程认证目前采用的常用技术。

考虑到这是一个基本的测量问题，提出一个合适的使用地面激光扫描技术测量技术。

它表明，通过实验的方法，该技术可以用于在确定最短路径比较自动化的一个方式。

比较的结果是使用标准的程序进行测量。

先进的测量技术测量的马拉松

玛丽亚tsakiri，dimosthenisstathas和orthodoxiaarabatzi，希腊

1．景区简介

马拉松是竞技体育赛事的缩影，因为它是唯一的体育运动所有的能力，可以在平等的基础上。

精英运动员获得感兴趣在一个破纪录的时间，而大多数的跑步者在制作一个新的种族有关个人最好的”。

随着现代国际体育比赛的压力是一个快速和精确的距离测量的需求定义路球场。

国际田联（国际田径协会联合会）的规定强调，要求不仅生产“准确”的课程，而且确保课程以不短保证每一个可能的路径跑步者可以通过课程至少说明距离。

不同的赛道比赛在运行课程胚珠和标准化建设，道路种族差异巨大的课程。

出于这个原因，马拉松的时代被称为“世界最佳”时代不是世界纪录。

然而，自2003八月，国际田联已经采用了世界最好的世界（http:

//www.iaaf.org/WCH03/news/Kind=512/newsId=22373.html）

事实上，马拉松式的过程并不总是有其当前的名义长度。

对于1908伦敦奥运会的马拉松距离改为41.834公里，这样的事件能在皇家包厢前完成。

又过了16年前的距离42.237km介绍，随着1924巴黎奥运会正在举行了第一次正式的马拉松距离。

即使在今天，虽然马拉松赛公称长度由国际田联标准和世界纪录的时间和最快的时间被记录的定义，没有公路赛跑记录的标准化，因为各种各样的课程。

这是向跑步者选择的课程，他们知道会适合他们或被称为快速的时代。

它是，因此，提供可以衡量道路的课程提供可靠的技术关键结果，容易复制。

2。

用于测量电流的马拉松国际田联程序课程的距离

在随后的讨论中定义和测量道路课程的国际田联规定综述了。

2.1公路赛

运行的课程都是发生在非线性的路线，如城市街道或大部分起伏的乡间道路。

为此，国际田联手册状态（规则165），”课程将在竞争对手可以遵循的最短路径测量在这段路”。

“可能的路线短”（SPR）的概念是相对较新的。

最早的课程计量规则是测量“从路边一米的运行方向”（沃灵福德，2000）这仅仅意味着测量平行的公路边，在路边的运动员来运行，在从约100万清除或抑制道路边缘（图1a）。

图1：

在“短路线”概念的演变他

在1976奥运会马拉松比赛时间，航向测量已经演变成这样措施进行以下接近被运动员的实际路径的路径，使用正切线测量时，左右交替之间轮流。

然而，一个清除100万仍保持限制和道路边缘（图1b）。

目前，该措施跟进所有的切线来在0.3M的限制和道路的边缘，如图1所示的。

30cm偏离限制正是在轨道测量规则指定相同的偏移。

计算结果表明，每90转，从路边30cm测量（而不是以前用过100万间隙）约110万改变路径长度（同上，2000）。

为一路马场的建立及验证，两种基本的测量程序必须遵循；“躺”程序和“过程验证”的过程。

的前者是用在建立一个新课程。

然而，在遵循这一程序这将产生一个适当的课程，稍长但至少会有正确的长度。

国际田联已经设定了一个安全的因素，这是所谓的“短期预防因素”（SCPF）和等于1:

1000，使10公里的比赛将测得的10010m和马拉松比赛42237m。

而这个因素并不提供实际的课程长度的真实反映，它并保证实际长度不小于广告课程长度。

它是注意，如果记录已在那已被发现是一个过程，取得了重要的短的长度并记录上是不被接受的。

验证过程是由确定的真实长度标称测量仪课程和提供认证。

国际田联手册（规则240.3）表明在道路运行课程的不确定性不应超过该课程的距离为0.1%（即42m马拉松）考虑到的真实长度的确定是一个重要的测量问题，这一级别的精度而难以实现。

其他国际田联规定的相对位置的直线的起点和终点，不应该大于30%的距离，超过标准距离的比赛，和在开始和结束之间的高度下降不应超过0.1%的比赛距离。

此外，许多国家的体育机构，如国际协会马拉松赛和公路赛（目的）和英国英格兰南部的运动协会（SEAA），描述的最大数额的越野表面能用于正式运行事件。

例如，一个马拉松比赛不应该包括更多的比表面公里越野因为不可能发出证书课程精度（http：

／／www.seaa。

org。

英国）。

2.2测量过程

虽然有许多的方法测量，校准方法的自行车由官方措施优选。

事实上，国际田联官方手册（国际田联，2002）不执行任何特定的技术，但美国的自行车是校准方法推荐用于测量道路课程。

其他国家体育机构然而，如美国的美国田径（美国）不承认这样的技术汽车里程表甚至包括电子距离测量标准的做法米（EDM）和航测图（RRTC，2003）。

从历史上看，自行车车轮转速计数器的几种已用于校准的自行车的方法，但目前只有简单和可靠的用于此计数器目的是琼斯计数器（朱厄尔，1961）。

最新的版本被称为琼斯oerth（乔）

计数器，开发了1990左右，与目前使用的是在正式课程的装置测量（国际田联，2002）。

它不同于只有轻微的设计原琼斯计数器改变。

它具有一六个读数（999999项）。

图2：

琼斯计数器

原来的琼斯计数器的设计使自行车车轮一革命相提并论20条。

对于琼斯oerth（乔）计数器转数计数的数量大约23.64的计数。

每个计数代表约8cm的地面上。

测量的基本方法是将自行车的转数需要支付所需的覆盖标准的转数轮校准过程。

虽然没有明确规定的指导方针，经验证明最好使用与乔计数器标准薄累自行车而不是山地自行车与28-630或25-622典型的车轮大小，指的是轮胎的宽度和轮子的直径分别为。

2.3在测量过程中的步骤

有七个基本步骤使用在乔的计数器测量运行过程自行车。

根据国际田联的指导方针开始校准过程必须放。

的校准过程必须铺平了道路的长度至少500米直（其他国家体育机构可以建议缩短标定长度）。

的测量校准过程可以用钢卷尺进行（纤维胶带不合适的）在在约20℃的温度°20牛顿的力。

如果温度变化，适当的修正项应考虑。

另外，测距仪可用于获得的校准过程的长度和制定过程的标志。

这是显而易见的本课程是为测量基准长度的任何相同的作用仪表检查（如电火花校正基线）。

第二步涉及自行车的校准，在校准过程。

至少四骑应该就课程（在每个方向）和乔的记录计数器是在开始和结束每骑了。

骑手骑在照顾直线尽可能。

得到的值从这个练习可以计算一个“恒”这是来自一些计数/公里1.001倍SCPF。

与校准的自行车和工作不断，完整的赛马场测量以下的最短路径建立初步的开始和结束标志。

虽然国际田联的只需要一个测量，课程的第二个测量推荐作为一个检查。

在这个阶段，同时，计数计算盖的分割点，放下的过程。

的规定，但是不需要分割点在一定距离。

在早期的奥运会马拉松课程如马拉松1976测量，一个标记方法采用多套，这意味着每测量校准过程和比赛的过程是一个“布局”测量，试图产生一个理想的远程课程（http：

／／www.rrtc。

网/montreal-1976。

HTML）。

目前，只有一个设置标记的使用，这意味着只有一门课程的第一测量是“布局”测量产生初步的过程和产生的标志的道路上。

每一个后续计量产生只有数字描述长度的估计值试验过程。

然后，在所有的测量已经完成，一个单一的调整以正确的过程所需的距离。

重新校准的自行车是在校准过程重复同样的程序估计完成恒”。

“这一天“常数计算

的“恒”和“完成恒”平均，尽管许多国家体（如RRTC，2003）坚持使用的两个常数越大。

比赛过程中的测量距离，然后重新计算使用的“恒定的一天”。

两个或两个以上的过程的测量，适当的测量长度是最小的价值。

然而，这两个测量不应超过0.8%，另有三分之一的不同测量应采取课程认证。

最后一步涉及到最后调整过程。

如果适当的测量过程不同于所需长度长度，然后添加到课程结束时最好加。

一旦所有的测量已经完成，标志正确的设置是永久性的。

3课程标准的测量实践

显然，首选的道路的过程测量技术是国际田联规定“校准自行车法”（国际田联规则165.1）。

然而，任何设备都可使用，经过适当的度量衡局（国际田联规则148）。

总台，包含一个集成的电火花加工单元被批准用于铺设了使用标准的测量实习课程的测量。

该仪器提供高的测量精度，但过程奠定非常费时费力的。

的测量方法包括在该航线保持30cm从路边侦察运行方向和以弯曲的道路上两点之间的最短距离。

的课程设置是使用喜利得钉作为基准沥青的实现。

标记点形成有效的导线，其中所有的弯曲部位进行测量钢卷尺和所有直线的全站仪（无水平角测量进行）。

为了实现更高的精确度，使用全站仪，该方法的“三三脚”之后，即定心误差最小化。

F目标的高度是这样设定值，测线瞄准几乎会平行于地面，下面的路球场的起伏。

上述方法，虽然非常准确，非常繁琐，因此不可操作的应用。

为例如，在1982欧洲杯马拉松运动过程的测量在雅典所需的七名调查员连续工作10（balodimos，1982。

毫无疑问，自行车的校准方法最大的优点是它的速度。

SPR相对简单的遍历和有效的过程可以在时间的测定这需要周期。

自行车的方法成为唯一的测量技术在大在80年代早期的体育活动。

例如，1976奥运会马拉松测量第一个有记录的例子，一个马拉松的自行车和校准测量测量方法由专业的调查团队。

1980莫斯科奥运会的课程只使用测量法测量。

从1984洛杉矶奥运会，道路课程已仅使用自行车法测量。

4过程测量实验

一路航向测量实验测试地点是在五环路的选择{在}雅典大学科技大学校园。

这条路的选定部分的，虽然大于500m长得不好，是因为它是一个典型的非线性路径转，直道和海拔的差异虽然课程的考试的长度不现实的，它是足够的运输SPR马路对面。

一个较长的过程是不可避免的因为由于当地的交通经常中断。

使用自行车测定的试验过程方法，标准的测量用全站仪和地面激光扫描技术。

4.1标准测量方法

测量方法的实施主要用于验证。

侦察后试验过程中，最短的路线奠定了采用39喜利得指甲。

在所有的直线，钉子被放置在开始和结束的线。

锁紧的弦导线弯曲的地区进行每3m，由先验的几何计算表明用于从1500万至1.5曲率不同半径测量选定的课程。

使用一个50米钢卷尺和一tc1800徕卡全站独立（引用的准确性±2mm±2ppm的距离和角度1”）。

测量前，总台校准。

所有的曲线和直线使用磁带和全站仪直接测量给出了试验过程的总长度在436.907m±18.5mm。

（X，Y，的H）的所有39点的坐标是在本地计算和三维直角坐标系统计算了点之间的斜坡距离，D=Δx2+y2+H2ΔΔ。

的结果总长度使用计算的坐标测试的过程被定义为436.878米±30.8mm。

这两种计算29mm之间差异有统计学没有显着的94.2自行车的方法5%置信区间。

4.2自行车的方法

提供自行车的方法的精度指标，初步校准使用两台GPS接收机测量基线（Javad，遗产）以及一个50米钢卷尺。

校准基线是直的，300米长的道路平坦舒展，建议USATF课程手册（RRTC，2003）在大学校园里的选择。

高度的校准基线双方之间的差异是微不足道的。

两个GPS接收器被设置为30min，8颗卫星接收数据。

数据处理结果在300.001个校准基线长度与±0.0015m内部的精度。

通过从当地自行车协会自行车的年轻运动员进行测试。

乔计数器连接到一个自行车。

自行车轮胎的测量前热身，为在美国课程手册规定。

温度为14ºC和保持不变为四个重复测量（2的每个侧）。

预校准值显示在表1。

经过预校正，骑自行车的人进行的两个重复测量。

的骑自行车的人奉命跟随，尽可能，这已经被标记在SPR路。

第一圈了4194.5计数，这相当于437.75m和第二圈给4215.5个数相当于440.05m路线的长度（表1）。

这些距离已不合并SCPF因子计算。

的差异两个测量值之间的差异是0.8%允许国际田联的规定因此，三分之一的测量是不需要的。

两圈之间的差异顺便问一下自行车读取过程解释。

虽然在第一圈的自行车已开发的相对高的速度从一个下坡，他有可能不保持SPR密切。

在第二圈在相反的方向，从一个直几乎扳平比分的道路，骑自行车的人更自信在SPR。

表1：

预校准值

这两个圈平均（即438.9m）不同于由相应的距离测量电火花加工的磁带和2.02M和1.993m，分别。

因为它是难以理解的最短的路线完全，0.1%的使用已被纳入SCPF因子在校准过程中，即使在最短的小错误如下可能的路线，这将不会短。

方法之间的差异也可以通过标记的短的可能路径的指甲都放在了解释完全30cm从巷道的路边或边缘，所以任何沙井，排水沟，破碎路面和其他危害使它不切实际的密切跟踪标志路线使用自行车的方法。

后的校准程序后，和一个“恒定的一天”

在9589获得的计数。

虽然这并不是这个运动的任何使用，不变的是用于测量距离的计算必要的官员。

4.3地面激光扫描的方法

地面激光扫描是一个非常有吸引力的3D数据采集工具，尽管它是相对较新的技术，它已显示出显着的优势，为许多应用要求对象的曲面造型。

地面激光扫描仪提供的三维密集的设置

对未知点相对于扫描仪的位置向量，通常被称为“点云”。

点的体积和激光扫描用户提供高采样频率发展一个光滑的表面，准确地代表了扫描区域的功能，基本上是一个小型的数字地形模型（DTM）。

在试验现场的数据采集使用格尔lms-z360执行。

这种激光扫描仪有一个范围可达200m和视场达到90度到360度。

的仪器制造商的报价为5mm测量分辨率和一个典型的平均精度为6mm。

图3：

三设置扫描仪进行扫描进行注册采用角反射器目标

三设置的扫描仪与同等数量的行扫描（图3）。

一些高度为50mm直径50mm的圆柱镜了

安装在测量标志，如图3所示，使坐标计算39马克。

同时，一些目标分散在合适地点方便

不同的扫描之间。

所有三个扫描采取在一个角分辨率120mdegrees，这是推荐的厂家生产的快速的DTM足够的精度。

在不到6分钟，每个扫描被收购包括精细扫描为每个目标要求。

三扫描有大小1.5GB的金额约15000000点。

数据文件的大尺寸是由于360度的现场捕获而且实践扫描仪需要获得唯一的场景的一部分，是感兴趣的。

如果有必要，数点可基于八叉树的过滤，从而产生更便于管理的文件为降低建模。

测点的已知坐标进行控制使地理定位注册的点云的局部坐标系，这是由全站仪测量定义。

对注册的地理定位的最小二乘调整过程点云扫描给差异范围从3～8mm的坐标已知点。

上述的计算和相关处理进行了适当的软件包RISCANPRO（www.riegl。

com）。

从已注册的点云，道路的提取和DTM（数字地面模型）是利用软件计算应用建模（www.innovmetric。

com）。

图4显示了表面的一个快照两种形式的过程模型，纹理和三角网格模型，都来自抽取10cm的点云。

这样的地形模型可以在任何进口的低成本桌面软件，使数字化折线。

在这种方式中，短的可能路径通过数字化直线相连切线和呆在30cm从容易定义根据规定的人行道。

（a）纹理的表面模型（b）三角网格模型

图4：

对试验路的表面模型的快照

一个短的可能路径上定义的模型和一个典型的CAD中提取的例子环境，如图5所示。

虚线代表的基准SPR定义通过监视点（A1A39）的测量方法测量。

实线代表数字化的折线的SPR从激光扫描仪模型。

而数字化的线未定义的基准线的先验知识，两者吻合在五厘米。

在这个图中，两条线被抵消的清晰度。

在图中的两条线在平面图中所示，它强调重要的该航线总距离应在三个维度来衡量（即坡）和不到飞机。

在这个例子中，A2和A34之间距离点上测量基准线295.03m和数字化的线296.70m。

这种差异是完全由于运营商的能力，真正的数字模型定义SPR。

另一方面，测量标志进行了基于几何计算，但在现实中，没有球员可以正是遵循这一路线。

在相同的距离从该坐标计算地理参考点云已经衍生为295.06m，这在国际田联在过程的测量不确定性规则0.1%。

图5：

短的可能路径定义的标准的测量和激光扫描

5结束语

IAFF法规下，自行车的方法是公认的方法道路课程测量。

而方法显然比其他两个在本文中描述的更快，它可以只提供一个单一的值，指的是路线的距离。

然而，它的重复性是值得怀疑的，这种方法有走过没有永久的记录路径和在同一道路的未来使用的情况下，必须采用新的计算。

定位传感器，如GPS接收器，可以连接到自行车和提供骑路径上的课程路线并不总是实际使用，由于普通该接收机和卫星之间的视线造成阻塞的问题。

GPS可以可用于观察校准基线的长度，虽然，传统的测量非常适合这项任务。

标准的测量采用全站仪和钢卷尺，虽然接受了国际田联，是通过非线性路线非常耗时的。

在本文中，测量方法是用来定义一个基准最短的路线，但在实践中没有该走的路。

有时，用该方法确定课程的分裂，但标线指示路线的运动员在赛跑项目是不是一个几何放线。

在本文中所描述的实验表明，当然距离测量运行事件是可能使用地面激光扫描。

导出的DTM可以用来定义一个短路线和比较它们在最佳路由选择。

距离测量，可以在CAD环境下容易地进行。

捕获的点云允许一个虚拟的路径模型的建立是在附近的所有特征明显的。

此信息的度量和可读类似地形图，而额外的信息，如高度剖面，也可以提取。

此永久3D道路的历程记录可以用来在任何时间检查路线；之前的事件决定，例如，在控制区和基于位置的点心特征如路口或道路的地方更广泛的。

活动结束后举行的，该路径的虚拟模型可以在记录的争议或使用相同的情况下是有用的对于不同的事件过程。

最后，明确规定申请IAFF认证必须包括一个课程的详细地图。

这样的二维平面图的过程容易组成计算机辅助设计环境中的三维点云数据将包含所有的关键点（开始，结束，运作周期，锥的位置，等等），可以准确定位的一年后年。

对于地面激光扫描方法的主要障碍是相当慢在建立仪器程序。

本文作者在移动到最大的效益激光扫描系统。

考虑到约三的课程设置的5亿需要进行扫描，一场马拉松式的课程将覆盖至少85扫描。

因此，该方法是目前非常缓慢的业务应用。

然而，有一些应用程序已经报道过的（如在www.geodata。

）由此扫描仪安装在合适的POD上车辆允许快速的数据采集。

辅助传感器如GPS接收器会对点云定位提供必要的信息。

6致谢

作者感谢格尔先生从J.努斯鲍姆，他在地面援助激光扫描数据的采集，树公司维贝（在格尔代表希腊），A先生的sioulis博士在NTUA他在CAD图纸的援助。

同时，对自行车J.stefios是公认的帮助。

7参考文献

BalodimosD（1982）MeasuringtheMarathonCourseofthe1982AthensAthleticsEuropean

Championships.TechnicalReportsubmittedtoSEGAS（HellenicAssociationof

Athletics）.InGreek,10pages.

JewellJC（1961）Notesonthemeasurementofroadsforathleticevents.

WallingfordR.R.（2000）MeasurementoftheOlympicMarathonCourse,Montreal1976.

RoadRunningTechnicalCouncil（RRTC）（2003）CourseMeasurementandCartification

ProceduresManual.lastrevised2003-09-06.

IAAF（2002）OfficialHandbook2002-2003.InternationalAssociationofAthletics

Federations,17ruePrincesseFlorestine-BP359,MC-98

简历

tsakiri博士加入作为讲师希腊雅典国立科技大学后2000在澳大利亚科廷科技大学举办的学术地位。

她主要研究领域包括高精度GPS和地面激光扫描应用。

stathas博士是希腊雅典国立科技大学的副教授。

他自1976以来一直在同一所大学的学术人员。

他的研究兴趣集中在高精密测量技术和工程测量中的应用。

arabatzi女士是希腊雅典国立科技大学的研究人员自

1981。

她的研究兴趣包括精密高程测量和工程测量

应用。

联系人

玛丽亚tsakiri

测绘工程系

希腊雅典国立科技大学

9小时。

polytechniou街

佐格拉弗斯校园雅典15780

希腊

电话：

302107722735

传真：

302107722728