[发明专利]一种足球无人裁判系统及其实现方法

权利要求书

1.一种足球无人裁判系统，其特征在于，所述系统包括感知足球、球场上球门及球网、球员可穿戴设备和后台控制系统，所述感知足球包括WIFI数据芯片、定位芯片、以及材料感知芯片，所述WIFI数据芯片用于向后台传递GPS信号和不同材料接触产生的不同电信号，所述定位芯片用于定位；所述感知足球蒙皮的材料为PU革结合微结构铁电蒙皮的复合材料；所述材料感知芯片配合足球微结构铁电蒙皮材料，根据微结构铁电蒙皮与不同粗糙度的智能材料接触、碰撞或挤压而产生的不同的电信号来识别出不同的材料；

所述球门的门柱采用形状记忆金属合金和形状复原金属复合制成，其内部还有光导纤维、压电传感器和稼砷化合物半导体电路；当球门被击中时，通过压电效应将电信号传递给所述感知足球，再通过网络传递给后台控制系统；球网的材料为白色纤维线，内置相同长度的网线状柔性压电传感器，用于在球场上收集任意角度的进球而产生的电信号，所述柔性压电传感器分布在球网和球门的内侧；

所述球员可穿戴设备包括两队的球衣、球裤、球袜、球鞋、护臂及手套，两队分别取名为甲队与乙队；甲队球员的球衣、球裤和球袜均选用聚酯纤维，内置柔性压电传感器；乙队球员的球衣、球裤和球袜均选用纯棉布料，内置柔性压电传感器；甲队的球鞋采用袋鼠皮配合人造纤维和碳纤复合材料，内置柔性压电传感器，乙队的球鞋采用牛皮结合人造纤维和碳纤复合材料，内置柔性压电传感器；两队的守门员的手套材料为“D3O”复合材料，内置柔性压电传感器；除了守门员外，两队的所有上场球员穿戴护臂，甲队的超薄护臂由柔性电子皮肤和涤纶面料粘合制成，乙队的超薄护臂采用由柔性电子皮肤和纯棉面料粘合制成，所述柔性电子皮肤用于同时感知和区分多个时空的能力触觉刺激，柔性电子皮肤在异构上集成多个传感器基板；柔性电子皮肤通过压电传感效应与足球蒙皮材料通过接触、挤压产生和传递的电信号，用于后台控制系统通过判定是否有该电信号，来判定是否手球；

甲、乙两队的球员的球衣均可以与足球碰撞来产生电信号，通过不同的材料的表面粗糙度不同，其和足球产生的电信号不同来通过后台数据分析处理来辨别不同的队伍和球场情况；而且两队穿着特质球衣的球员之间肢体接触也会产生其它不同规格的电信号；

所述后台控制系统中，通过足球内部的材料感知芯片接收电信号通过芯片内部的A/D转换器，将其转化为数据信号，之后借助WIFI数据芯片将数字信号实时传递给后台控制系统，通过分析不同规格的数字信号，根据这些数字信号值判断是哪一队在控球、是否手球和是否进球；

所述后台控制系统中，将粗糙度分等级，建立等级表；根据不同的粗糙度材料与同种材料接触挤压碰撞，会产生不同规格的电信号；通过接收不同规格的电信号来区识别场上的情况，建立不同规格电信号与初判定情况的对应表；

所述足球无人裁判系统还包括基于GPS和WIFI的赛场定位方式，由于足球内置了WIFI芯片和GPS芯片，后台控制系统能够获得赛场上足球的实时位置；在赛场四周布置若干GPS接收器和WIFI接收器，用于确定球场上感知足球的精确位置信息，并通过网络将信号实时传入后台控制系统；

在球场周围布置若干电信号接收器，电信号也通过网络传入后台控制系统，接收的电信号分为两类，一类是与足球接触而产生的，此类电信号通过感知足球传递；另一类不与足球接触产生的电信号，是通过球场四周的电信号接收器传递。

2.如权利要求1所述的一种足球无人裁判系统，其特征在于，所述后台控制系统包括一台用于实时接收赛场上足球的位置信息的计算机、一台用于实时获取赛场上不同材料接触产生的各种电信号的计算机以及一台用于汇总前两台的位置信息和电信号并结合两种信息判断场上情况的计算机。

3.一种如权利要求1所述的足球无人裁判系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

步骤一：确定足球无人裁判系统要的各个组件：两队球衣、感知足球、赛场局部定位系统和后台控制系统；

步骤二：确定系统各个组件的设计和材料选型：所述球员可穿戴设备包括两队的球衣、球裤、球袜、球鞋、护臂及手套，两队分别取名为甲队与乙队；甲队球员的球衣、球裤和球袜均选用聚酯纤维，内置柔性压电传感器；乙队球员的球衣、球裤和球袜均选用纯棉布料，内置柔性压电传感器；甲队的球鞋采用袋鼠皮配合人造纤维和碳纤复合材料，内置柔性压电传感器，乙队的球鞋采用牛皮结合人造纤维和碳纤复合材料，内置柔性压电传感器；两队的守门员的手套材料为“D3O”型复合材料，内置柔性压电传感器；除了守门员外，两队的所有上场球员穿戴护臂，甲队的超薄护臂由柔性电子皮肤和涤纶面料粘合制成，乙队的超薄护臂采用由柔性电子皮肤和纯棉面料粘合制成；

步骤三：确定赛场的定位方式：球场的定位采用了基于GPS和WIFI相结合的方式，来保证赛场的定位精度；在赛场四周布置若干GPS接收器和WIFI接收器，用于确定球场上感知足球的精确位置信息，并通过网络将位置信号实时传入后台控制系统；

步骤四：开球后，根据实时采集的不同电信号来判断球场的情形，同时根据同步收集的感知足球的位置信息，相结合进一步判断球场上情况。