空間信息技術在體育行業的應用

韓鎖熊宏濤

（1.長江信達軟件技術（武漢）有限責任公司 湖北 武漢 430010；2.湖北國土資源職業學院 湖北 武漢 430090）

1、研究背景

空間信息技術(Spatial Information Technology)是一種用于收集、處理、分析和可視化地理空間數據的技術，它的發展起源于20世紀60年代。自20世紀70年代中期以來，該技術在中國發展得十分迅速?？臻g信息指的是用來表示空間實體的位置、形狀、大小及其分布等諸多方面特征的信息。其核心包括“3S”技術，即全球導航衛星系統（GNSS）、遙感（RS）和地理信息系統（GIS）技術。 在3S集成應中，GNSS主要于對標的地理空間位置進行實時定位定向；RS于實時或準實時的監測地表的各種變化，為GIS提供數據更新支持；GIS是對多種格式、多種來源的時空地理信息進行采集、處理、存儲、管理、分析、顯示和描述的技術系統。

數字體育，指的是將信息技術融入到傳統的體育行業，以技術手段來管理、開發、體驗、傳播體育活動過程。它是將IT、互聯網、物聯網、云計算、人工智能等信息技術與體育行業相結合，提升傳統體育行業的管理、運動健身、體育賽事、競技體育等方面的數字化能力，從而提高體育行業數字化管理的效率和服務水平?！笆濉币詠?，政府大力支持體育事業發展，信息技術在體育行業的深入融合應用，催生了魅力無限的數字體育新業態，已經成為我國體育事業的重要組成部分。

目前空間信息技術已不僅僅只包括傳統的“3S”技術，還與5G、星鏈、物聯網、移動互聯網、云計算、BIM(建筑信息模型)、數字孿生、大數據、人工智能等新一代信息技術進行有機結合，為各行各業提供空間信息技術支撐服務。在體育行業，空間信息技術也越來越多的應用到各種體育信息化系統和體育行業應用研究當中，催生了體育行業數字化發展的新業態。

2、空間信息技術在體育行業的應用場景

體育行業管理信息化、數字化、智慧化、智能化是當今體育行業技術發展的趨勢之一。智慧體育是智慧地球與智慧城市的衍生概念，作為智慧城市在體育行業的呈現，是體育行業信息化發展的必然趨勢和結果。

空間信息技術以其多尺度、多維度的優勢在體育行業應用中發揮著越來越重要的作用。將空間信息技術融合進傳統的體育行業，構建一個能精確反映體育相關地物、事件、人員等體育活動要素的時空信息平臺框架，在體育場地的環境信息實時感知采集、體育要素的時空分布、智慧場館運營、賽事綜合指揮調度等領域深入應用，將助推體育行業進一步發展，為體育行業數字化轉型升級注入新動能。

2.1、體育場地空間分布公平性評價

在社會公平正義研究方面，城市公共服務設施分布的社會績效分析和評價是其中一個重要的研究領域。經歷了從地域平等到社會平等、從社會公平到社會正義的不同發展階段。地域平等側重于研究各空間尺度下公共設施服務水平的差異，而社會公平則考慮了人口分布不均勻的因素，更側重于公共設施分布和人口分布兩者間的“空間匹配”程度。體育設施場地作為城市公共服務設施的一種，其空間分布的公平性是體現社會公平正義的一個重要方面。在公共體育設施績效水平評價方面，為避免僅注重“總數量”、“用地面積”、“用地占比”等指標，需要綜合考慮公共體育設施的社會公平績效評價研究。Ko-Wan等人通過“綜合公平指數(IEI)”評價公共體育設施的空間分布；Fahui Wang等人從空間和非空間角度細分公共服務設施利用公平的影響因素；Hsueh Sheng等人從可達性、可動性等方面，對公共設施布局公平性開展評價；陳玉娟等人在測度公共體育設施服務水平的基礎上，采用洛倫茨曲線和基尼系數進行社會公平績效總體評價，結合區位熵的分析方法，揭示績效評價的空間分異格局。

2.2、體育場地選址分析

體育場地是為社會居民提供開展體育活動的場所，體育場所的營業率受到多種因素的影響。當地的區域環境、經濟發展水平、人口分布、交通狀況、周邊體育場所分布等因素都會對居民到體育場所參加體育運動的意愿產生影響。區域環境直接影響當地開展的體育運行的項目類別，比如高緯度地區，開展的冰雪運動會比低緯度區域多。經濟水平發展較好的區域，在日常消費中會為體育類別的消費分配更多的額度。人口分布密度高的位置，人口基礎大，相對來說會有更多的人參與體育運動。居民居住位置到體育場所的交通狀況和通行時間，同樣會影響居民外出至體育場所參與體育活動的意愿度。周邊體育場所分布密集程度過高，會對參與體育活動的人群進行選擇性分流，也會影響體育場所的營業額度。所以在新建體育場所時候，需要綜合考慮上述各項因素，基于空間分析、回歸分析等手段，分析各因素之間的影響因子權重，對體育場所選址予以綜合評定。

2.3、公共體育服務地圖

為促進全民健身更高水平發展，更好地滿足人民群眾的健身和健康需求，國務院在2019年印發 《體育強國建設綱要》，并于2021年8月發布《全民健身計劃（2021-2025年）》，明確提出推進全民健身智慧化發展，完善全民健身公共服務體系。開發國家社區體育活動管理服務系統，建設國家全民健身信息服務平臺和公共體育設施電子地圖，推動省、市兩級建立全民健身信息服務平臺，提供健身設施查詢預定、體育培訓報名、健身指導等服務，逐步形成信息發布及時、服務獲取便捷、信息反饋高效的全民健身智慧化服務機制。南京市在2019年將所有公共體育器材的信息形成電子地圖，同步上傳至“寧體匯APP”和“南京市全民健身服務網”，方便市民查詢使用。2021年11月，重慶市巴南區上線了“巴南區全民健身地圖”，該電子地圖中涵蓋了2900多處公共健身設施場地，社會公眾可以通過小程序就能便捷的找到就近的體育場地及健身器材設施，有效地解決廣大群眾“去哪兒健身”的難題和困惑。

2.4、賽事相關人車物的實時位置定位

利用GNSS技術，可以對體育賽事活動中相關的人員、車輛、船只等進行實時定位，便于賽事舉辦方實現對參賽對象的實時定位，追蹤各種運動對象的實時位置變化，對定位數據進行解析處理并基于地圖進行可視化展示。通過GNSS技術，賽事組織方可以隨時掌握賽場上每一個人車物的動態蹤跡，可極大地提高賽事醫療、安保的保障水平。在室外的長距離運動項目中，比如定向越野、馬拉松等賽事，利用GNSS定位技術可以對運動員、安保人員、救護車、應急保障車輛等進行跟蹤定位，通過智能終端可隨時查閱賽事起終點位置、賽事線路、補給點位置等一系列賽事相關信息。在體育賽事活動中如果發生意外事件，還可以基于地圖與實時定位信息進行綜合的指揮調度。另外在部分賽事中，衛星導航終端被應用與輔助裁判方面，利用運動員、車輛、船只的運行軌跡、平均時速等數據，為裁判對賽事的精確評判提供依據。

2.5、室內外路徑導航

在參加日常體育運動或者參加體育賽事時，需要考慮通行路徑問題，特別是在大型城市，城市道路的交通擁堵狀態隨著一天內時段的變化呈現周期性的變化。利用定位與導航技術，可以方便的計算出發點至目的地的通行路徑，供人按需選擇最優路徑進行出行。比如，可以通過百度地圖APP、高德地圖APP、騰訊地圖APP等計算通行線路，并可設置時間優先、高速優先、避開擁堵等模式，極大地提升道路通行體驗與效率。

在大型體育場館內的內部通行也是一個必然面對的問題。場館的建筑規模越大，室內空間分布約復雜，跨區域和跨樓層的通行，常常有多條可供通行的步行路徑，即使有樓層分布圖及引導標記，但仍會花費大量的時間來尋找室內目的地。建立場館內部的導航地圖，提供室內目標檢索、路徑規劃、通行導航等服務，一鍵計算出距離最短和時間最短的路徑，為運動員轉場參賽節約通行時間，并且減少通行過程中的體力消耗，幫助運動員保持比賽狀態，提高賽事成績。

將城市道路的路徑數據與室內通行路徑數據相融合，在統一的空間基準下將室內外地圖進行無縫融合銜接，通過室內外路徑融合連通的路網進行室內外一體化的路徑規劃，實現室內外一體化的導航，為體育活動提供更加便捷的路徑規劃與導航服務。

2.6、衛星通信與遙感為體育賽事提供保障服務

汽車拉力賽、越野賽和游艇賽等賽事一般都在室外舉辦，并有可能遭遇不可預料的惡劣天氣，常規的通信技術在此類場景下是很難以有效地保障通信需求的。衛星通信信號不受環境影響并且覆蓋到全球的任意角落，是常規通信無法覆蓋區域的最佳通信解決方案。在緊急情況下，可提供至關重要的定位服務和通信服務，確保賽事組織方能為參賽人員提供有效的應急處置措施。

氣象保障是重大賽事舉辦的關鍵環節之一。氣象保障主要包括兩個方面，一是賽事舉辦方基于辦賽期間的氣象預報數據制定賽事的氣象預案；二是參賽隊伍在賽前訓練和比賽時針對實時的氣象情況，科學地制定訓練計劃和比賽技戰術。許多戶外運動項目受氣象狀況影響很大，比如高山滑雪、自由式滑雪項目，運動員的動作會受到山谷渦旋氣流的影響，運動員需要根據不同的氣象情況調整技戰術安排。如，在2022年北京冬奧會上，結合衛星遙感與物聯網感知設備采集的基礎數據，已經實現了做百米級、分鐘級的氣象預報，教練團隊基于此進而為運動員制定相應的戰術來有效利用和應對不同的氣象條件。

2.7、體育場館孿生仿真

融合傾斜攝影建模技術、BIM技術，建立體育場館室內外一體化的實景三維仿真模型，集成物聯網、云計算等技術，基于體育場館的孿生仿真，實現對場館重要資產、能源、人員等空間定位和數據協同，實現場館空間、資產、安全、運維、能源等綜合管理、虛擬展示分析、預測。

在杭州市的黃龍體育中心，建設完成整個體育中心及周邊設施的三維可視化，以此為數字孿生底座，基于物聯網技術，實時采集整個體育中心的人流、車流、場館內安防視頻、能耗信息、環境信息等，實現了上萬個前端感知設備及系統的集中運維以及設備與監管協同管理。

在2022年的北京冬奧會上，以數字孿生技術，融合虛擬現實、人工智能、計算機圖形學等相關前沿技術，通過對體育賽事場館和賽事期間所發生事件，來進行數字孿生與仿真，涵蓋了北京冬奧組委、主媒體中心、三個奧運村和十二個競賽場館等多個場館。利用數字孿生技術在計算機中建立真實場館的數字孿生體，在數字孿生體中進行體育賽事的模擬運行與設計，通過可視化處理跨部門協調工作，從而提高效率、降低成本，有效解決國外團隊及各個業務部門在疫情防控期間難以到達現場所面臨的困難。借助于北京冬奧會的契機，數字孿生技術在體育大型賽事領域深度挖掘應用機會，應用效果表明體育領域對于數字孿生技術有著強烈的需求。未來，將有更多大型國際體育賽事用到這項技術，也成為了該項技術未來深度發展的新方向。

2.8、大型賽事可視化指揮調度

大型賽事的綜合管理運行中心（MOC）以城市級到業務單元級信息資源的深度整合為基礎，通過統一的軟件平臺進行可視化呈現，實現賽事管理效能的全面提高，MOC是體現大型賽事科技含量和舉辦水平的重要標志。

將互聯網、云計算、大數據、及人工智能等先進信息技術，以二三維時空信息為數字孿生底座，以智慧城市現有信息化成果為基礎，接入涉及賽事相關的各專業各領域業務數據，實現大型體育賽事活動相關數據的采集、治理、融合、可視化分析，打造覆蓋實時態勢監測、案事件閉環管理、風險預警、研判分析、決策支持、可視化調度指揮、事后評估等全過程的、適用于大型賽事的綜合管理、統一指揮的綜合信息可視化運行監控和應急指揮平臺。在2019年在武漢舉辦的第七屆軍運會上，搭建了綜合信息可視化和決策支撐平臺，基于武漢市智慧城市建設的信息化成果，將所有涉及軍運會要素的政務數據資源接入到平臺中進行融合呈現。比如，智慧城管的城市案事件信息、平安城市的治安防控與視頻監控信息、智慧環保的環境監測信息、智慧交通的實時路況與交通信號智能調度信息、市輿情系統的熱點輿情信息、市社管及市網上群眾工作服務平臺反應的民眾熱點訴求信息等，接入氣象數據、道路擁堵數據、空氣質量、人流量熱力數據等，使用GNSS技術對安保防控要素、醫療衛生要素、應急保障要素等進行實時定位，基于統一的二三維平臺對上述信息進行可視化展示，實現全要素信息的從宏觀到微觀、從區域到整體的掌控，為第七屆軍運會構建“能看、能指揮、能思考”的軍運會“大腦”，實現了從賽事籌備、組織、建設、運行到賽后評估全流程各階段的智慧化管理。

3、總結與展望

空間信息技術和新一代信息技術的發展快速推進體育行業朝著科技化、現代化發展。體育行業當前正沿著數字化、智慧化、智能化的趨勢在快速發展，結合十四五期間的體育強國戰略，在構建15min健身圈、公共體育服務地圖、智慧場館、賽事指揮調度等方面開展系統的、多維的科學研究，提升體育行業科技水平、更好地服務國家的體育強國戰略，在空間信息在體育行業的應用研究方面，應該大力開展如下工作：

（1）大力開展體育設施空間分布公平性方面的基礎性研究?；谀甓润w育場地統計調查數據，結合第七次人口普查的成果數據，考慮道路交通通信可達性等多種因素，建立科學、公正的體育設施空間分布公平性評價模型，對體育場地的空間分布進行定量的評價。評價結果用以指導各級政府選取合適的區域建設公共體育場館、體育公園、健身設施安放等，加快構建15min公共體育健身圈；

（2）建立以空間地圖為基礎的體育時空大數據平臺。世界上80%的數據與地理位置有關，在體育行業中也不例外。以空間地圖為基礎，將體育相關要素數字化并建立其空間屬性，在新一代傳感網、大數據分析、人工智能、5G傳輸等技術支持下，開展多元化的體育相關數據的感知采集、處理分析、融合管理、共享分發等關鍵技術的研究，構建面向體育行業的時空大數據平臺；

（3）加快數字孿生技術在體育場館及賽事活動中的融合應用研究。以GIS、BIM、IOT技術為基礎，以數字化的方式在虛擬信息空間里構建一個可以表征該物理場館的虛擬實體，利用IOT實時監測場館運行狀態，結合歷史數據、實時數據以及算法模型等，模擬、驗證、預測、控制物理場館全生命周期過程。大型活動舉辦期間的安防管理、交通調度、人員管理，和應急指揮等場景下，均可通過基于數字孿生系統的超精細模擬仿真、多維度數據挖掘分析，為指揮調度決策提供科學的依據，實現動態、科學、高效、安全的大型賽事活動管理；

（4）加大人工智能在體育行業的融合應用研究。在空間信息的采集、處理、提取等方面，人工智能技術可大大提高體育要素識別與提取的效率，還可以基于激光點云、圖像視覺等快速完成三維建模，快速完成三維仿真場館的構建。另外，基于人工智能技術，構建各項體育賽事相關的算法庫、機器學習樣本庫、知識圖譜庫，結合高清視頻監控，可以用于自動裁判判別，避免人為判別誤差，提高賽事裁判公平性。同時，面向賽事的運行保障綜合決策、指揮調度和公共服務等體育業務全方位應用需求，建立融合高效、智能分析、主動服務的智能化應用。