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1、计算机科学2 0 0 2 V o i 2 9 N 2 8 ( 增刊) 结合射频技术的多数据源信息集成在马拉松比赛中的综合应用 T h eA p p l i c a t i o no fI n f o r m a t i o nI n t e g r a t i o nf o rM u l t i D a t a s o u r c eC o m b i n e dw i t hR a d i o F r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o nT e c h n o l o g i e si nM a r a t h o nG a m e 王飞乐熊家治乐
2、嘉锦 ( 东华大学研究生院计算机系上海2 0 0 0 5 1 ) A b s t r a c tT h i sp a p e ri n t r o d u c e sa na p p l i c a t i o ns y s t e mc o m b i n e dw i t hi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nf o r m u l t i d a t a s o u r c ea n dr a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ( R F D I ) i
3、 nm a r a t h o nG a m e I ts p e c i a l i z e si nt h ee f f i c i e n tI n t e g r a t i o no ft h em u l t i i n f o r m a t i o nb u r s td u r i n gt h eg a m e S o m ek e yt e c h n o l o g i e sa r ea l s od i s c u s s e d ，s u c ha sM u l t i t i e rA r c h i t e c t u r ea n dD a t aA c c
4、 e s sM i d d l ew a r e K e y w o r d sM u l t i i n f o r m a t i o n ，M u l t i d a t a s o u r c e 、D a t ai n t e g r a t i o n ，R F I D 1 引言 集成不同数据源中的数据给决策者加工、融合 以产生自己的决策方案，是当前数据库应用技术中 一个非常重要的研究方向 4 。各种研究成果显示： 在不同的领域，不同的需求前提下，对复合信息 z 的 集成都具有明显的行业性。 马拉松比赛由于参赛人数众多，比赛距离长、时 间长、场面大而复杂，从而使得比赛成绩的自动检测
5、 技术难度很大。并且在整个比赛过程中，就信息发布 而言，除了及时、准确的发布运动员的成绩外，诸如 天气情况、道路状况、每时每刻的比赛信息，包括当 前运动员的位置、次序排列、竞技状态、突发事件等 都要在第一时间以文字、声音、图像等方式实时传递 与更新。于是马拉松运动的自动计时和信息发布已 成为体育界急需解决的问题。 本文提出一种综合运用多源数据集成与无线电 射频技术实现马拉松比赛程中的计分、统计、发布、 全程监控等功能的全自动化处理系统。 2 相关研究 2 1 复合信息集成 所谓“复合信息”，这里指的是在内容上相互关 联的文本、表格、图形、图像、音频和视频等相关数据 构成的一种信息实体。对于信息
6、的浏览者，复合信息 具有：清晰、全面、易于理解等优点，于是它往往成为 信息的最终表现形式。而要获得内容充实的复合信 息，就必须对各种源数据进行有效的信息集成和组 织。 传统的数据集成方法通过建立一个单独的全局 模式，用以处理所有这类信息的融合需求，但其全局 模式必须预先构造；而近年来的研究则往往通过采 用协调器( m e d i a t o r ) 和包装器( w r a p p e r ) 的方法实 3 】6 现异构数据源的数据集成，用这种集成方法构造的 全局模式具有较好的灵活性和扩展性。从集成后的 复合信息的特征可知，必须要通过对信息资源的封 装、序化和优化等手段完成信息的组织，这样才能保
7、 证最终信息的正确、可用和简洁。 2 2 无线电射频技术 无线电射频自动识别技术( R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n ，R F I D ) 8 是目前国际上发展很快的一 项新技术。其工作原理如下：射频自动识别读出装置 发出微波查询信号时，安装在被识别物体上的电子 标签将接收到的部分微波的能量转换为直流电，供 电子标签内部电路工作，而将另外部分微波通过自 己的微带天线反射回电子标签读出装置。由电子标 签反射回的微波信号携带了电子标签内部储存的数 据信息。反射回的微波信号经读出装置进行数据处 理后，得到电子标签内储存的识别代
8、码信息，从而非 接触地实现对远距离运动目标的自动识别。于是这 种技术就为马拉松运动的自动辨识和自动计分提供 了解决途径。 近几年此项技术在竞技体育中的应用国外有少 数的成功案例，如基于德克萨斯仪器公司的高频识 别系统的C h a m p i o n C h i p 计时系统 3 。1 9 9 8 年3 月 C a p i t a lR u n n i n g 公司的C h a m p i o n C h i p 计时系统第 一次在美国的洛杉矶市马拉松比赛上被成功应用。 而国内至今还没有人尝试使用此项较为复杂的技术 来自动记录马拉松比赛成绩。 5 系统设计模型及组成结构 5 1 设计模型 本文所
9、介绍的，应用于马拉松比赛中的信息集 成发布系统，采用的是一个三层架构的设计模型，其 中包括：信息服务层、信息集成层和信息采集层。 图1 描述了集成信息系统模型的结构和数据渡 转方向( 图中的F 1 一F 4 ，C 1 一C 4 所代表的模块名称 在下文描述) 。 C lC 2C 3 图1 系统结构 信息服务层是本系统的最外层，也是信息发布 平台的用户接口。以W E B 服务器和经过集成优化 的复合信息作为信息提供源，包括：F 1 信息查询服 务、F 2 数据统计服务、F 3 数据分析服务、F 4 关联信息 服务等功能模块，用户可以通过浏览器执行相应的 查询、分析、统计。 信息集成层是系统的核心
10、层，是一个数据存取 中间件，要完成对实时更新的半结构化数据的集成、 分析和包装。主要通过不同的集成器从各异构信息 源获取的模式【9 3 信息进行集成，屏蔽模式之间的差 异，再经过包装器的包装，就可以为用户提供统一视 图，帮助用户形成一体化查询。 信息采集层完成所有需要提供给集成器和包装 器的源数据的采集和结构化处理，包括C 1 成绩数据 采集、C 2 监控数据采集、C 3 知识库数据采集、C 4 实时 报道数据采集四个模块。成绩数据采集模块是整个 系统的难点之一，它和其他采集模块在下面章节本 文做了详细讨论。 在数据分析和数据包装的过程中，由于面对的 是实时更新的半结构化数据源，在分析和包装的
11、进 程起止时间的选择上，必须考虑对数据一致性、实时 性及查询速度的影响n 。本系统应用的马拉松比赛 环境由于数据更新的负载量有很大的时段性，故可 以利用以往积累的经验数据，形成前期的进程调度 表，并在系统实际运行时自动优化。在进行数据包装 时，由于本系统重在精确计时和实时信息发布，源数 据比较规则( 主要是历史表单、实时表单、文本、图 片) 、流量较小，故采用建立一个统一的全局模式的 方法完成复合数据的集成。 在采集层，C 1 、C 2 等采集模块将采集到的数据 置于临时库中( 如C I 库、C 2 库等) 。临时库没有统一 的结构，比如C 1 库是以关系数据库的表的形式存 储，而C 2 库和
12、C 4 库则是以文件方式存储。于是在集 成层，每种临时库都需要有特定的集成器将收集到 的数据统一化，以使集成后的数据适合于包装器执 行联接查询和建立统一视图。包装器实际上是建立 在关系数据库上的一套相互关联的D D L ( D a t aD e f i n i t i o nL a n g u a g e ，数据定义语言) ，D C L ( D a t aC o n t r o lL a n g u a g e ，数据控制语言) 和D M L ( D a t aM a n i p u l a t eL a n g u a g e ，数据操纵语言) 的执行脚本集。 包装器通过这些脚本建立起统一全
13、局视图，从而完 成最终的复合信息的集成。 5 2 系统组成及实现 按照上述三层结构的模型，我们对以下实际应 用中系统的组成及实现加以介绍。 整个系统在内容上又可分为以下四个部分：1 射频接收系统；2 成绩处理系统；3 全程监控系统； 4 实时信息发布系统。 图2 显示了整个系统的硬件架构： 麟 遍恼矗厶 - 酋位杌 ( 嚣翟甏雾蓉) 菽裱头。 微型天线阵列( 上覆地毽) 熙嘲 口口口 l 口口口 ( 接收系统) 图Z 系统硬件架构 3 2 1 射频接收系统 射频接收系统是整个系统中的具有创新意义的 所在。系统中电子标签采用德州仪器( T I ) 公司的 R I T R P 型电子标签，并将此标
14、签置于圆形带耳塑 料器件内安放在运动员的脚腕上，具有体积小、重量 轻、防水抗震等特点。 比赛前利用编程器向电子标签写入标示数据， 再在D B 服务器的系统后台数据库中将电子标签的 标识数据与报名运动员的登记信息建立一一对应关 系。 + 接收系统采用德州仪器( T I ) 公司的R I R F M 一 0 0 7 B 及带单片机的主控单元组成的接收器，其一边 连接地毯式微型天线阵列，另一边与前位机的 R S 2 3 2 通讯口相连进行实事数据交换。( 如图2 所示) 主控单元根据系统运行指令控制射频读头，对天线 阵列进行信号检测，一旦发现有应答器( 即电子标 签) 的应答信号则进行下一步运算，确
15、认运动员身份 标识，并将此标识号通过串口传送给前位计算机，由 前位机进行下一步处理。 在研制非接触式识别计分系统时，我们对以下 技术难点提出解决方案： 3 】7 ( 1 ) 同一运动员在终点地毯上跑过后，阅读器 会接收到多个信号，形成信号冲突；系统在出现冲突 时，通过固化在接收机内的软件筛选机制从而确定 唯一的准确计时数据。 ( 2 ) 电子标签和接收机之间的通信协议具有特 别的反碰撞( A n t i c o l l i d e ) 能力，保证同一电磁场环 境中允许多个标签同时使用而不发生冲突，而验证 协议保证标签和阅读器之间快速的相互确认，使系 统就有高可靠性。 3 2 2 成绩处理系统
16、成绩处理系统是和接收系统密不可分的部分， 它由后台数据库系统、通信协议、数据自动流转模块 和人工干预模块共同完成对实时数据的收集、集成、 汇总等功能。此系统具有瞬时识别、即时处理的能 力。 瞬时识别：运动员踩线( 到达终点时) ，他们脚上 的电子标签就接收来自天线的射频信号，随后向天 线回复自己的I D 号码，通过适当的数据确认步骤 验证其数据的正确，则控制器将I D 号码存入自己 的存储器，同时启动串口将该I D 号码传送到前位 计算机。 即时处理：与前位计算机进行实时通信，即每当 阅读控制器确认一个电子标签到达时，便立即将该 电子标签的信息传送到前位计算机，使前位计算机 能够实时处理运动员的成绩。 在成绩处理系统中共有5 种信息集：1 运动员报 名注册信息；2 运动员比赛成绩信息；3 运动员综合 信息备份；4 运动员综合信息工作集；5 运动员统计 信息。每种信息集在数据库服务器中形成相互关联 的表，成为复合信息的源信息。 3 2 3
