Система попадания мяча в теннисе. Hawk-Eye - электронная система проверки следа
34.1 Определение 34.1.1Ведение начинается , когда Игрок, получивший контроль над живым мячом на площадке, бросает, отбивает его в пол или катит его по полу и касается мяча опять, прежде, чем его коснется другой Игрок.Ведение заканчивается в тот момент, когда Игрок касается мяча одновременно двумя руками или допускает задержку мяча в одной или обеих руках. При ведении мяч может быть подброшен в воздух при условии, что мяч коснется пола раньше, чем Игрок снова коснется мяча своей рукой. Число шагов, которые Игрок может сделать, когда мяч не находится в контакте с его рукой, не ограничено. 34.1.2 Игрок, который случайно теряет, а затем восстанавливает контроль над живым мячом на площадке, считается совершившимслучайную потерю мяча. 34.1.3 Следующие действия не являются ведением:
Последовательные броски в корзину противника.
Случайная потеря мяча в начале или в конце ведения.
Попытки установить контроль над мячом путем выбивания его из области расположения других Игроков.
Выбивание мяча из-под контроля другого Игрока.
Препятствование передаче и перехват мяча.
Перебрасывание мяча из руки (рук) в руку (руки) и задержка его прежде, чем он коснется пола, при условии, что Игрок не совершает нарушения в передвижении с мячом.
34.2 Правило Игрок не должен вести мяч второй раз после того, как его первое ведение закончилось, если это только не происходит после потери контроля над живым мячом на площадке из-за:
Броска по корзине,
Касания мяча соперником, или
Передачи или случайной потери мяча, который затем коснулся или которого касался другой Игрок.
35 Пробежка
35.1 Определение 35.1.1Пробежка - запрещенное перемещение одной или обеих ног в любом направлении, во время контроля живого мяча на площадке сверх ограничений, изложенных в этой статье. 35.1.2Поворот происходит, когда Игрок держит живой мяч на площадке и шагает один или несколько раз в любом направлении одной и той же ногой, в то время, как другая нога, называемая опорной, сохраняет свое место контакта с полом.35.2 Правило 35.2.1 Определение опорной ноги
Если одна нога касается пола:
Эта нога становится опорной, как только другая нога касается пола.
Игрок может выпрыгнуть с этой ноги и приземлиться на обе ноги одновременно. В этом случае ни та, ни другая нога не может быть опорной.
Приземляется на обе ноги одновременно, тогда любая нога может быть опорной. В момент отрыва одной ноги, другая становится опорной.
Приземляется одной ногой вслед за другой, тогда первая нога, коснувшаяся пола, становится опорной ногой.
Приземляется на одну ногу. Игрок может выпрыгнуть с этой ноги и приземлиться на обе ноги одновременно, после чего ни одна из ног не может быть опорной.
Игрок, который ловит мяч, когда обе ноги находятся на полу, может использовать любую ногу как опорную . В момент перемещения одной ноги,другая становится опорной.
Игрок, который ловит мяч во время движения или ведения может остановиться следующим образом:
Если обе ноги не касаются пола и Игрок:
35.2.2 Передвижение с мячом
Опорная нога может быть поднята при передаче или броске в корзину, ноне может опять коснуться пола, пока мяч не будет выпущен из рук(-и),
В начале ведения опорная нога не может быть смещена до того, как мяч не будет выпущен из рук(-и).
Одна или обе ноги могут быть подняты при передаче или броске в корзину, но не могут вновь касаться пола, пока мяч не будет выпущен из рук(-и).
В начале ведения ни одна из ног не может быть оторвана от пола прежде, чем мяч не будет выпущен из рук(-и).
После определения опорной ноги при условии контроля над живым мячом на площадке:
После совершения остановки , когдани одна из ног не является опорной:
35.2.3 Игрок, падающий, лежащий или сидящий на полу Не является нарушением, когда Игрок , держа мяч, падает на пол, или лежа или сидя на полу, получает контроль над мячом. Если Игрок затем скользит, перекатывается, или пытается встать с мячом в руках -это нарушение .
Международный совет футбольных ассоциаций (IFAB), отвечающий за правила игры, принял решение о введении системы автоматического определения голов (goal-line technology - GLT). Одобрение получили две системы определения взятия ворот, которые будут проходить испытание.
Очередной виток споров вокруг того, что определять взятие ворот следует с помощью высоких технологий, возник после матча группового турнира чемпионата Европы 2012 года между Украиной и Англией. Во втором тайме мяч после удара украинского форварда Марка Девича пересек линию английских ворот , но ни главный арбитр, ни дополнительный судья, ни боковой гола не увидели. Уже после игры венгерский арбитр Виктор Кашшаи, судивший тот матч, свою ошибку признал, однако вряд ли от этого стало легче всем поклонникам украинской сборной.
Впервые разговоры о том, что ФИФА следует идти в ногу со временем, начались во время чемпионата мира 2010 года в ЮАР. В матче 1/8 финала между командами Англии и Германии мяч после дальнего удара полузащитника англичан Фрэнка Лэмпарда рикошетом от перекладины пересек линию ворот и выскочил обратно в поле. Однако арбитр гол не засчитал, а матч завершился победой немецких футболистов (4:1).
Ошибку арбитра видел весь мир, признал ее и глава ФИФА Зепп Блаттер, которому затем пришлось оправдываться и объяснять, почему его организация противится приходу высоких технологий. В пример приводили теннис, гандбол, крикет или регби, где в спорных моментах помогают разбираться новейшие научные достижения. Тогда президент ФИФА заявлял, что все это приведет к длительным остановкам и в итоге отрицательно скажется на зрелищности матчей.
Против высказывался и глава УЕФА Мишель Платини, по словам которого судейские ошибки являются неотъемлемой частью футбола и без них не обойтись. К тому же новые технологии, отметил глава УЕФА, наверняка убьют "человечность" футбола, которая и привлекает к нему болельщиков. Однако Платини решился на введение дополнительных арбитров, которые находятся возле ворот. Но даже это не спасло. Пример незасчитанного гола Девича в ворота сборной Англии показателен. Мяч пересек линию ворот прямо на глазах у дополнительного судьи, но он гола не зафиксировал.
Однако ФИФА все же пришлось прислушаться к критикам и начать подготовку к постепенному внедрению GLT. Были определены критерии, которым должны соответствовать эти самые системы. Во-первых, система должна быть стопроцентно точной, во-вторых, она должна оповестить арбитра о взятии ворот в течение секунды (по мнению ФИФА, длительные остановки погубят игру). В третьих, система определения голов должна работать при любых погодных условиях и при любом освещении (дневном или искусственном).
Еще в августе 2011 года началось тестирование десятка подобных устройств, которое в итоге и завершилось историческим решением IFAB. Чиновники ФИФА остановили свой выбор на двух системах: британской Hawk-Eye и датско-германской GoalRef.
Система Hawk-Eye (что можно перевести как "ястребиный глаз") знакома всем любителям тенниса или крикета. Конечно, в футболе своя специфика, но предполагается, что в разных точках ворот установят шесть камер. Снятое ими изображение автоматически соединяется, чтобы определить точное место попадания мяча. Затем судья получает сигнал, было ли взятие ворот.
Система GoalRef не так известна в мире спортивных технологий, но с 2009 года она используется для определения взятия ворот в гандболе. В площади ворот создается магнитное поле, а внутрь мяча устанавливается специальный датчик. В случае если мяч полностью пересечет линию ворот, арбитр с помощью специального сигнала узнает об этом и сможет зафиксировать гол.
У каждой из двух систем есть свои плюсы и минусы. Неизвестно, как поведет себя "ястребиный глаз" при большом скоплении футболистов в штрафной, смогут ли все шесть камер увидеть мяч. Однако Hawk-Eye должна прийтись по душе всем болельщикам, поскольку предполагается, что кадры с взятием или невзятием ворот будет показываться на самом стадионе и в телевизионной трансляции.
Достоинством GoalRef является простота и низкая стоимость. Почти не нужно никакого дополнительного оборудования, система будет работать в любых условиях, даже если в ворота забегут все футболисты двух команд вместе с арбитрами.
При этом ФИФА может и не отказываться от одной из систем. Вполне вероятно, что внедряться будут сразу обе. Если у клуба есть свободные средства, то он может потратить их на установку "ястребиного глаза" на своем стадионе. Клубы победнее остановят свой выбор на GoalRef.
Предполагается, что первым крупным турниром, на котором будет опробована одна из этих систем, станет клубный чемпионат, который пройдет в декабре 2012 года в Японии. Затем нововведения будут использованы на Кубке Конфедераций 2013 года и на чемпионате мира 2014 года, который пройдет в Бразилии. В дальнейшем планируется внедрение на уровне национальных первенств.
Новые технологии могли быть приняты на вооружение и раньше сроков, намеченных в ФИФА. Руководство английской премьер-лиги намеревалось использовать "ястребиный глаз" с сезона-2012/13. Однако не все стадионы успели оборудовать необходимым оборудованием. И теперь в Англии Hawk-Eye начнут использовать с середины ближайшего первенства или начиная с сезона-2013/14. Но точно определить, был гол или нет, уже сегодня можно на главном британском стадионе - "Уэмбли", где совсем недавно завершилась установка камер на ворота. Также в самое ближайшее время новые технологии должны быть внедрены в североамериканской Высшей лиге футбола (MLS).
Очевидно, что ничего подобного в ближайшее время не появится в самом престижном клубном турнире Европы - в Лиге чемпионов. Глава УЕФА пессимистически смотрит на футбол будущего, в котором человека заменит бездушная машина.
Но при этом ФИФА поддержала практику введения дополнительных арбитров, которые использовались на играх Лиги чемпионов, Лиги Европы и чемпионата Европы 2012 года, а также на различных соревнованиях в Бразилии, Франции, Катаре и Марокко.
Также на заседании IFAB было принято решение разрешить ношение головных платков, или хиджабов, в женском футболе. К следующему заседанию совета, которое пройдет в октябре 2012 года, должны быть выбраны два вида платков, которые затем будут использоваться во время игр. Запрет на ношение платков был введен в 2007 году в соответствии с правилом футбола, не разрешающим использования как потенциально опасной экипировки, так и экипировки с религиозным содержанием. В решении IFAB говорится, что до сих пор нет ни одного медицинского доказательства того, что кто-то пострадал от хиджаба.
Из-за запрета на хиджабы многие команды из мусульманских стран отказывались выходить на поле. Самым известным случаем стала история со сборной Ирана. В 2011 году иранские футболистки отказались выходить на игру отборочного турнира Олимпиады с Иорданией с непокрытыми головами, за что были дисквалифицированы. Свою обеспокоенность в связи с тем, что футболисткам не разрешают играть в платках, выражала даже Организация Объединенных наций.
Нет сомнения, что внедрение новых технологий пойдет на пользу футболу. Прежде всего, снизится количество судейских скандалов, которые вредят репутации ФИФА. Теперь вряд ли можно будет называть чиновников от мирового футбола "ретроградами".
Но самое главное, что целью игры является все-таки именно гол в ворота соперника. В настоящее время команды столько усилий уделяют обороне собственных ворот, что судьбу важного матча порой может решить всего один эпизод. Даже небольшая остановка в игре заведомо лучше, чем ситуация, когда все усилия атакующей команды сводятся на нет неверным судейским решением.
Главным архитектором и хранителем Правил игры в теннис остается Международная теннисная федерация. Первоначально существовала идея сохранить форму корта в виде песочных часов, придуманную майором Уолтером Клоптоном Уингфилдом, считающимся одним из основателей игры вместе с присяжным проверенным майором Гарри Джемом. Длина корта составляла 23,5 м, ширина у задней линии - 9 м, ширина в середине - 7,2 м. Высота сетки по краям равнялась 1,5 м, в середине 1,2 м, квадраты подачи распространялись на 7,8 м от сетки. Как и в нескольких играх с ракетками, очки (до 15, чтобы выиграть гейм) присуждались только подающему.
Ко времени проведения первого Уимблдона комитет Всеанглийского клуба пошел на серьезные изменения: введение прямоугольной формы корта 23,77 м х 8,23 м), системы подсчета очков - как и принято сейчас. Кроме того, высота сетки в середине уменьшена до 97,5 см. В итоге к 1892 году высота сетки постепенно снизилась до 107 см, а в середине - 91,4 см. В 1880 году линия подачи была установлена на расстоянии 6,3 м от средней линии, в тот же год было введено переигрывания подачи. До этого мяч, коснувшийся сетки, но в остальном поданый правильно, оставался в игре.
Постоянные принадлежности корта
Большинство постоянных принадлежностей корта являются вполне очевидными - сетка, столбы и т.д., как указывается в правилах в теннисе. Однако не все знают, что их перечень выходит за пределы этих очевидных предметов. Например, постоянные или передвижные сиденья и те, кто их занимает: судья на вышке, судья у сетки, судьи на линии, - считаются постоянными принадлежностями корта. А также подающие мячи мальчики и девочки, на соответствующих местах. Поэтому если во время игры мяч попадет в кого-либо из них, розыгрыш очка продолжается. Подобным образом, если игрок столкнется с судьей у сетки, то это его вина, если он или она не сможет произвести удар ракеткой. На Уимблдоне в 1993 году имел место ярчайший случай, когда Крис Бейли на матчболе во втором круге с Гораном Иванишевичем рванулся вперед, чтобы отбить косой короткий мяч, и вместо того, чтобы перепрыгнуть судью на стуле, врезался в нее.
Об "ястребином глазе", электронной системы определения попадания мяча в корт, знают многие. Впервые система была применена в 2006 году на турнире NASDAQ-100.
Мяч должен иметь однородную ровную наружную поверхность, тканевая оболочка которой должна быть белого или желтого цвета. Если на ней имеются какие-то швы и они должны быть гладкими. Мячи желтого цвета были впервые использованы в середине 1970-х годов Мировым теннисным чемпионатом - базирующейся в Далласе организацией, которая начала действовать до Открытой Эры. Идея использовать желтые мячи вместо традиционных белых, которые применялись на Уимблдоне до 1986 года, родилась в результате появления цветных телевизоров, на экране которых этот цвет виден лучше.
Ракетка
Невероятно, но до 1976 года не существовало никак правил, регулирующих размер, вес, форму или материал, из которого изготавливается теннисная ракетка. Это был просто снаряд для удара по мячу. Можно было использовать даже крышку от канализационного люка.
Подающий и принимающи й
Многие задаются вопросом, когда смотрят парный матч: разрешается ли принимающему стоять в любом месте на своей половине корта в ожидании подачи? Ответ: Да. Аналогичным образом, при парной игре подающий и его партнер, если хотят, могут стоять на одной и той же стороне корта на своей половине; это носит название "австралийского расположения", потому что австралийские игроки стали применять его первыми несмотря даже на то, что это иногда приводит к тому, что мяч попадает в затылок партнера подающего. Спросите у Марка Вудфорда или Тодда Вудбриджа!
Выбор сторон корта и подачи
Выбор сторон корта и права быть подающим и принимающим в первом гейме определяется жребием (в наше время это монетка, но в те времена, когда использовались только деревянными ракетками, один из игроков вращал ракеткой, а другой угадывал, какой стороной вверх, гладкой или шершавой, она упадет). Игрок, выигравший жребий, может выбрать или обязать соперника выбрать подачу или прием подачи. Если один игрок выбирает подачу, то другой должен выбрать сторону корта, на которой будет играть в начале матча.
Зашаг
Это правило на протяжении лет менялось много раз, однако по прежнему вызывает много споров. Первоначально, в дополнении к пункту, говорящему о том, что подающий не имеет права изменять свою исходную позицию, указывалось, что подающий должен "сохранять контакт с землей", а также располагать ноги за задней линией. Теперь это правило звучит так: "Во время выполнения подачи подающий не имеет права изменять исходную позицию ходьбой или бегом, хотя при этом разрешаются незначительные движения ног. Подающий не имеет права касаться любой ногой задней линии или поверхности корта. Подающий не имеет права касаться любой ногой поверхности площадки, находящейся за воображаемого продолжения средней метки". С это времени увеличивается количество игроков, которые буквально подпрыгивают на 5-10 см от земли при подаче, часто наклоняясь вперед так, чтобы находиться на полпути к сетке. Звашаг является самым распространенным нарушением в теннисе.
Ошибка при подаче
Очень часто ошибка при подаче представляется очевидной - когда мяч не перелетает через сетку, приземляется за пределами линии подачи на стороне соперника, или не попадает по мячу при подаче. Но чего некоторые начинающие игроки не учитывают, так это того, что в то время как мяч остается в игре, если касается расличных постоянных принадлежностей корта, таких как столбы для сетки, во время розыгрыша очка, то если при подаче мяч до приземления касается их, это называется ошибкой. Исключение, если мяч при подаче задевает их, но попадает в квадрат подачи принимающего. В этом случае подача переигрывается. Кстати, выполнение подачи снизу считается абсолютно законным.
Наукой доказано: на турнирах по теннису и судьи, и зрители, и сами игроки гораздо чаще обманываются, полагая, что мяч вышел за пределы корта, чем засчитывают его попадание в площадку - так уж устроен наш глаз.
Помочь правильному судейству призвана введенная недавно в профессиональный теннис компьютерная видеосистема повторов спорных моментов. Но все равно игроки порой склонны не доверять компьютеру, а пологаются на собственный человеческий глаз.
Ученые увлеклись теннисом. Нет, не вышли на корты, хотя многие и любят играть. Речь о том, что психологи Калифорнийского университета посвятили свое исследование именно этому виду спорта, точнее, некоему обману зрения, который случается у следящих за теннисным матчем.
Они выяснили, что 84 процента всех "проколов" линейных судей составляет... возглас "Аут!" То есть рефери в пять раз чаще ошибаются как бы против атакующего игрока, нежели в его пользу. Пришли ученые мужи к этому выводу после посещения поединков на Уимблдоне. На английской траве в отличие от грунта или даже синтетического покрытия мячи не оставляют следов. Успеть разглядеть момент прикосновения, продолжающийся десятые доли секунды, очень непросто.
Психологи рассуждали так: сигнал поступает в мозг с небольшой задержкой. Если формирование проекции изображения на сетчатке нашего глаза происходит "со скоростью света" в прямом смысле этих слов, то дальнейшие этапы - в частности, перевод световой информации в систему нервных импульсов и их анализ в коре больших полушарий - могут "отставать" на несколько десятых долей секунды.
Вот и получается, что мы как бы "достраиваем" линию движения объекта, исходя из его положения и скорости. В результате мы видим мяч не там, где он был на момент регистрации изображения на сетчатке, а несколько впереди.
Исследователи пересмотрели записи пяти тысяч случайно отобранных моментов, выделяя те, когда мяч приземлялся на линии или рядом с ней. И определили 83, когда решение судьи было ошибочным - то есть он разрешал продолжить игру при попадании мяча в аут и засчитывал промах, когда мяч был в площадке или на линии. Из этих 83 случаев 70 оказались "предсказуемыми ошибками" - то есть при попадании мяча в корт судья засчитывал "аут". По мнению руководителя исследования Дэвида Уитни, мозг судьи как бы автоматически продлевал параболу движения мяча на два-три сантиметра за пределы поля.
Впрочем, работа, по мнению научного сообщества, далеко не бесспорна. Например, авторы не учли фактор белой линии, оказывающей немалое влияние на восприятие. Под вопросом также объективность отбора спорных моментов. Тем не менее исследователи считают свой анализ верным и настоятельно рекомендуют организаторам теннисных турниров учесть этот феномен - зрительный обман.
Конкретно
Как работает "ястребиный глаз"?
Принцип системы электронного судейства Hawk-Eye ("Ястребиный глаз") заключается в том, что несколько скоростных видеокамер высокого разрешения, расположенных вокруг игровой зоны, отслеживают траекторию полета мяча и передают данные на вычислительную машину. Компьютер воссоздает виртуальную трехмерную модель полета мяча, на основании которой делается вывод о точке его приземления - в корте или ауте.
Теннисист в каждом сете имеет возможность трижды прибегнуть к компьютеру. Истина выясняется при помощи коллективного просмотра спорного момента на большом табло. Вердикт "Ястребиного глаза" считается окончательным. Если компьютер показал, что игрок прав, то количество просмотров сохраняется. И заказывать повтор можно сколько угодно, пока не будут израсходованы три неудачные попытки.
Кстати, технология Hawk Eye будет скорее всего использоваться и в футболе - в спорных эпизодах во время определения взятия ворот. Изобретатель Хоккинс уже получил заказ на разработку аналогичного "Ястребиного глаза" от руководства английской Премьер-лиги.
Общей статистики - кто из теннисистов как часто заказывает "Ястребиный глаз" и сколько раз доказывает свою правоту - не ведется. Но вот данные по одному из соревнований - последнему в этом году турниру "Большого шлема" - Открытому чемпионату США.
Чаще всего не верил судьям швейцарец Роджер Федерер: 28 раз он заказывал "глаз" и лишь пять раз "наказывал" их. Таким образом, процент "угадывания" у него - 18.
Еще хуже статистика у Марата Сафина, он один из последних в списке - 8 процентов. Из 12 раз он был прав только один.
Николай Давыденко в серединке - 50 процентов, он четыре раза заказывал повтор, и дважды не напрасно.
А в лидерах американец Винсент Спейди и француз Поль-Анри Матье. Каждый из них по четыре раза прибегал к помощи "Ястребиного глаза" и все время "ставили судью на место".
Женщины более доверчивы, они реже ставят под сомнение решение судей.
Но все равно чаще всех брала просмотр, как и у мужчин, первая ракетка - сербка Елена Янкович. 22 раза взывала она к помощи "глаза", но была права лишь шесть раз.
Ее собственный коэффициент "видения падения мяча" равен 27 процентам. 100-процентное "попадание", в частности, у нашей Елены Весниной - всего лишь один раз брала просмотр и - угадала.
Устройство предназначено для использования в области спорта для обслуживания соревнований и позволяет повысить точность определения места падения мяча на площадку. В качестве датчиков используют трибоэлектрические датчики, выполненные в виде набора изолированных проводов. Провода расположены под поверхностью площадки параллельно линиям разметки. Сигнал датчиков формируется за счет электрического заряда, образующегося во время удара мяча о поверхность площадки при трении мяча о поверхность площадки. Все датчики соединены с блоком сбора сигналов, который соединен с блоком обработки сигналов, определяющим место падения мяча.
Изобретение относится к области спорта, а именно к техническим средствам для обслуживания соревнований. Изобретение может быть использовано для определения места падения мяча на площадку (попал мяч в игровое поле или вышел в аут) в таких играх, как теннис и волейбол, а также для аналогичных целей в других видах спорта. В большинстве случаев определение места падения мяча, а именно определение факта - попал мяч в игровое поле или вышел в аут, - производится судьей на основании собственного субъективного визуального ощущения или на основании субъективного визуального ощущения линейных арбитров. Согласно правилам игры в теннис (и волейбол) считается, что мяч попал в игровое поле, если хотя бы край мяча касается линии, ограничивающей игровое поле. Существенным недостатком работы судьи является его субъективность. Это особенно заметно при проведении матчей на кортах с искусственным покрытием, где мяч при падении практически не оставляет отпечатка на поверхности корта и нет возможности проверить правильность принятого судей решения. Зачастую это существенно влияет на весь ход матча, особенно при различном отношении игроков к правильности принятого судьей решения, и в итоге влияет на определение победителя матча. Известно устройство для определения места падения мяча на площадку при игре в теннис , основанное на использовании датчиков, реагирующих на затенение мячом световых пучков, расположенных вблизи линий подачи. Сигналы с датчиков через блок сбора сигналов поступают в блок обработки сигналов - компьютер. Компьютер анализирует сигналы и определяет, попал мяч в игровое поле (квадрат подачи) или вышел в аут. Аналогичное устройство в настоящее время используется в практике проведения соревнований для контроля линий подачи. К недостаткам этого устройства относится то, что его нельзя использовать для контроля других линий корта, так как сигнал затенения лучей может появиться не только от мяча, но и от ног теннисиста. Блок сбора сигналов и блок обработки сигналов являются существенной, но не определяющей частью этого и других подобных устройств. Определяющим является физический механизм получения сигнала и конструктивное исполнение датчиков. Блок сбора сигналов в настоящее время, как правило, строится на базе стандартных многоканальных аналого-цифровых преобразователей, а блок обработки сигналов (числовой обработки) - на базе компьютера. В принципе возможно (в том числе и для предлагаемого устройства) и другое техническое решение блока сбора сигналов и блока обработки сигналов на базе традиционных для электроники прошлых лет аналоговых схем. Известно устройство , основанное на использовании датчиков, выполненных в виде множества катушек, расположенных под поверхностью площадки вблизи линий, в сочетании с использованием специального мяча, содержащего металл или ферромагнитный материал. Датчики реагируют на возмущение мячом электромагнитного поля катушек. О применении устройства в практике соревнований неизвестно. Его основным недостатком является то, что для обеспечения работоспособности необходим специальный (нестандартный) мяч, который трудно изготовить в соответствии с существующими требованиями (по весу, высоте отскока и др.). Известно устройство , основанное на использовании системы неизолированных проводов, расположенных на поверхности корта рядом с линиями, параллельно этим линиям снаружи от них, в сочетании с специальным мячом, обладающим электропроводящей оболочкой. При падении мяч замыкает между собой два или более проводов. Сигналы от всех проводов собираются блоком сбора сигналов, соединенным с блоком обработки сигналов - компьютером, который выдает сигнал в случае "аута" и ничего не выдает в противном случае. О применении устройства в практике соревнований неизвестно. К его основным недостаткам относится то, что для его работы нужен специальный (нестандартный) мяч, который трудно изготовить в соответствии с существующими требованиями, и специальное (нестандартное) покрытие корта. Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для определения места падения мяча на площадку, состоящее из набора датчиков, блока сбора сигналов и блока обработки сигналов, при этом все датчики соединены с блоком сбора сигналов, который соединен с блоком обработки сигналов, определяющим место падения мяча (см. патент США 5908361, кл. G 08 В 5/00, 1999). Техническим результатом изобретения является повышение точности определения места падения мяча на площадку. Тем самым достигается повышение объективности судейства и объективности определения победителя матча. Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для определения места падения мяча на площадку, состоящем из набора датчиков, блока сбора сигналов и блока обработки сигналов, при этом все датчики соединены с блоком сбора сигналов, который соединен с блоком обработки сигналов, который определяет место падения мяча, согласно изобретению в качестве датчиков используют трибоэлектрические датчики, выполненные в виде набора изолированных проводов, расположенных под поверхностью площадки параллельно линиям разметки, при этом сигнал датчиков формируется за счет электрического заряда, образующегося во время удара мяча о поверхность площадки при трении мяча о поверхность площадки. Обработка сигналов, поступивших с датчиков, расположенных параллельно одной из линий, позволяет определить координату положения ближайшего к линии края мяча в направлении, перпендикулярном линии во время удара мяча о поверхность площадки, - именно это и требуется для определения факта: попал мяч в игровое поле или вышел в аут. Точность х определения "аута" определяется как расстоянием между соседними проводами а, так и расстоянием между проводами и поверхностью h. Как показывает опыт, при выбранном способе обработки сигналов х1/2(a 2 +h2) 1/2 . Поскольку каждая из величин а и h может быть выполнена достаточно малой (меньше) нескольких миллиметров, то это обеспечивает высокую точность определения места падения мяча на площадку (не хуже чем 2-4 мм), и тем самым обеспечивает определение победителя матча. Кроме того, достоинством устройства является то, что оно обеспечивает свою работоспособность при использовании всех видов мячей и все видов синтетического (искусственного) покрытия и не требует каких-либо изменений их общепринятых свойств. Использование устройства на естественном покрытии (грунтовом и травяном) также в принципе возможно, хотя при этом трудно расположить датчики близко к поверхности из-за низкой механической прочности покрытия, а увеличение расстояния между датчиком и поверхностью приводит к уменьшению точности измерений. СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Конструктивно устройство для определения места падения мяча в реализованном нами варианте устройства состоит из набора трибоэлектрических датчиков, выполненных в виде изолированных проводов диаметром d=0.8 мм (вместе с изоляцией), которые располагались непосредственно на поверхности бетонного пола под стандартным покрытием, используемым для теннисных кортов. Использовались покрытия различных фирм толщиной 2-6 мм. В принципе при изготовлении специальных покрытий провода можно располагать и внутри покрытия, на меньшем расстоянии от поверхности, что приводит к повышению точности определения места падения мяча. Расположение проводов на расстоянии от поверхности большем чем несколько сантиметров вряд ли целесообразно из-за уменьшения точности. Наличие проводов указанной толщины не влияет на отскок мяча от корта. В принципе можно использовать провода и другой (в том числе и меньшей) толщины, а также принять дополнительные меры по сглаживанию поверхности вблизи места расположения проводов, например, расположить их в углублении пола (глубиной, равной d) или нанести между проводами дополнительный слой какого-либо материала толщиной, равной d. Провода располагались параллельно линиям разметки с шагом 2 мм вблизи линий и 1 см вдали от линий. Общее число проводов было 32 для одной линии. Часть датчиков (8 шт.) располагалась на внутренней по отношению к линии стороне площадки, остальные - на наружной. В принципе расстояние между проводами может изменяться от долей миллиметра до нескольких сантиметров, в зависимости от необходимой точности определения места падения мяча. В принципе датчики можно расположить по всей площади игрового поля и всей площади вблизи него, но число обрабатываемых сигналов при этом значительно возрастет и это вряд ли целесообразно для обычных кортов. К тому же при падении мяча на площадку вдали от линий разметки место падения мяча очевидно всем участникам матча, включая судью и зрителей. Однако это может оказаться полезным при создании специальных тренировочных кортов, при игре на которых игрок будет знать (например, видеть на специальном табло) точные координаты места приземления мяча после любого удара. Каждый датчик (провод) присоединен к блоку сбора сигналов, выполненному в виде прибора, измеряющего напряжение. В качестве прибора, измеряющего напряжения, использовались стандартные промышленные многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), соответственно 32 канала для одной линии. Нами были выбраны двенадцатиразрядные АЦП со встроенным программируемым усилителем, имеющим максимальный коэффициент усиления К=1000. Таким образом, система может регистрировать напряжения от 0.5 мкВ до 2 В. Блок сбора сигналов в свою очередь соединен с блоком обработки сигналов, выполненным в виде компьютера, который проводит обработку полученных данных и с помощью описанной ниже процедуры определяет место падения мяча. Работа устройства осуществляется следующим образом. При падении мяча на площадку вблизи линий на датчиках (проводах), расположенных вблизи места падения мяча, вследствие трибоэлектрического эффекта появляется электрический заряд, который в виде импульса напряжения U(t) регистрируется блоком сбора сигналов (АЦП). Величина напряжения равна U = R dQ/dt, (1) где R - входное сопротивление прибора, измеряющего напряжение (в нашем случае 10 6 Ом), Q - электрический заряд, появившийся на датчике, dQ/dt - скорость изменения заряда во времени. Поскольку при падении мяч существенным образом деформируется, импульсы напряжения могут возникать одновременно с нескольких рядом расположенных датчиков. Как показали эксперименты, длительность импульса составляет 1-3 мс в зависимости от типа используемого покрытия и, в меньшей степени, от типа используемого мяча. Амплитуда импульса может изменяться, но не более чем в 2-5 раз в зависимости от каждого из параметров: типа покрытия, типа мяча и его скорости. В нашем случае амплитуда импульсов изменялась в диапазоне от 10 -3 до 10 -1 В. Компьютер постоянно опрашивает все каналы АЦП. Интервал времени между опросами каждого канала (в нашем случае он составляет 50 мкс) должен быть значительно меньше чем длительность импульса. При превышении напряжения на каком-нибудь канале выше заданной пороговой амплитуды U п (критерии выбора этой величины описаны ниже) включается режим записи и все сигналы со всех каналов записываются в течение интервала времени, большего чем длительность импульса (мы использовали интервал 10 мс). Коэффициент усиления АЦП подбирается и фиксируется для каждого покрытия таким образом, чтобы устройство реагировало как на самый слабый удар, так и на самый сильный. Динамический диапазон выбранного АЦП (12 двоичных разрядов - 4*10 3) и диапазон коэффициента усиления (до 1000) достаточны для решения этой задачи. Полученные данные из блока сбора сигналов поступают в блок обработки сигналов. Блок обработки сигналов (компьютер) анализирует записанные данные (импульсы напряжения), поступившие от различных датчиков. Обработка данных, поступивших от каждой группы датчиков (32 датчика), расположенных параллельно одной из линий, производится раздельно. Обработка данных проводится следующим образом. Прежде всего определяется максимальная амплитуда поступивших импульсов М. Если амплитуда импульса с некоего датчика А>0.3 М, то считается, что сигнал с датчика есть, а если А<0.3 М, то считается, что сигнала с датчика нет. Наличие сигналов (А>0.3 М) с датчиков, расположенных с наружной стороны линий, и отсутствие сигналов (А<0.3 М) с датчиков, расположенных с внутренней стороны линий, свидетельствует о том, что мяч не попал в игровое поле (вышел в аут). На выходе блока обработки сигналов формируется звуковой и/или световой сигнал или сигнал иного вида, свидетельствующий о том, что мяч вышел в аут. При этом игра останавливается и работа устройства также останавливается. Поскольку сигналы записаны в компьютере, после остановки игры положение визуального образа области контакта мяча с поверхностью по отношению к линии может быть продемонстрировано судье, игрокам, зрителям на стадионе и телевизионной аудитории, таким образом обеспечивается возможность проверки результатов в случае сомнений. В случае, если мяч попал в игровое поле, никакого сигнала на выходе блока обработки сигналов не формируется и работа устройства продолжается в прежнем режиме. Возможно использование других критериев наличия и отсутствия сигнала и других алгоритмов обработки сигналов. Эксперименты показали, что выбор критерия в виде, указанном выше, обеспечивает точность определения положения ближайшего к линии края мяча на уровне 2-4 мм, что достаточно для практических применений. Аналогично строится обработка сигналов с линий, ограничивающих квадрат подачи (в случае игры в теннис, для волейбола этого нет). Датчики, контролирующие заданный квадрат подачи, включаются вручную (например, судьей) перед выполнением подачи и отключаются вручную или автоматически (например, по звуку удара мяча о корт) после выполнения подачи. Формально сигнал трибоэлектрических датчиков может возникать не только при ударе мяча, но и при движении ног игрока вблизи линии, что могло бы приводить к появлению ложных сигналов. Однако на практике эта проблема оказалась не столь существенной, так как амплитуда импульсов от игрока оказалась значительно (более чем на порядок) ниже чем от самого слабого удара мяча. Физическая причина этого состоит в том, что характерное время контакта ноги с кортом (составляющее даже при беге около 100 мс) по крайней мере в 30-100 раз больше чем время удара мяча о корт, соответственно скорость образования зарядов при трении оказывается более чем на порядок ниже, что и приводит в соответствии с выражением (1) к указанному выше различию в амплитудах сигналов. Проблема отделения ложных сигналов решается просто соответствующим выбором величины пороговой амплитуды U п, которая настраивается индивидуально для каждого типа покрытия таким образом, чтобы устройство реагировало на самый слабый удар мяча и не реагировало на игрока. Аналогично могут быть решены проблема определения места падения мяча при игре в волейбол и проблемы в других аналогичных играх, в которых попадание мяча или другого предмета в площадку, ограниченную линией, является критерием успеха. Возможно также использование устройства для определения координат места падения какого-либо предмета. Так, например с помощью этого устройства может быть решена проблема определения положения ноги спортсмена в момент отталкивания в соревнованиях по прыжкам в длину (есть заступ или нет). Возможно также использование этого устройства для определения дальности полета снаряда в соревнованиях по метанию молота, диска, копья и толканию ядра. Таким образом, предлагается устройство для определения места падения мяча на площадку. При этом достигается автоматическое и объективное определение с высокой точностью места падения мяча на площадку, допускающее проверку результатов в случае сомнений. Это повышает объективность судейства и объективность определения победителя матча. Устройство обеспечивает свою работоспособность при использовании всех видов мячей и всех видов покрытия и не требует каких-либо изменений их общепринятых свойств. Кроме того, существенно снижаются расходы на проведение соревнований, так как при использовании изобретения отпадает необходимость привлечения линейных арбитров. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Патент США, US Patent 4,867,449, "Electrically operated line monitor for tennis", Carlton et al. 19.09.89. 2. Патент США, US Patent 4,664,376, "Line fault detector". Gray, 12.05.1987. 3. Патент США, US Patent 4,071,242, "Electrically conductive tennis ball", Supran, 31.01.1978.
Формула изобретения
Устройство для определения места падения мяча на площадку, состоящее из набора датчиков, блока сбора сигналов и блока обработки сигналов, при этом все датчики соединены с блоком сбора сигналов, который соединен с блоком обработки сигналов, который определяет место падения мяча, отличающееся тем, что в качестве датчиков используют трибоэлектрические датчики, выполненные в виде набора изолированных проводов, расположенных под поверхностью площадки параллельно линиям разметки, при этом сигнал датчиков формируется за счет электрического заряда, образующегося во время удара мяча о поверхность площадки при трении мяча о поверхность площадки.
