傳感器正在悄悄改變體育裁判的視界 它是怎么做到的？

美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟專員 Rob Manfred 最近告訴 ESPN，機器人裁判將在 2024 年進入大聯(lián)盟。這種電子擊打區(qū)或自動擊球系統(tǒng) (ABS) 包括本壘板后面的一個傳感器和多個三角定位的鷹眼光學(xué)跟蹤攝像機。該系統(tǒng)使用投球弧線以及擊球手擊打區(qū)的位置、尺寸來確定任何特定投球的好壞。當(dāng)擊球手沒有揮棒時，該系統(tǒng)會在幾秒鐘內(nèi)將正確的判決轉(zhuǎn)發(fā)到裁判員的耳機中。

圖 1：體育中使用的技術(shù)并不新鮮。照片鏡頭補充了這個1950 年的自動裁判機。（圖片來源：Walter Stein - 美聯(lián)社）2023年，ABS 將在所有小聯(lián)盟的比賽中使用，以允許進行一些實驗。在一半的 AAA 場地中，所有的判決將由 ABS 自動執(zhí)行。另一半將使用 ABS 挑戰(zhàn)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，裁判員還是象往常一樣判決球和擊球...但擊球手、投手或捕手可以挑戰(zhàn)該判決。在這些情況下，機器人裁判將做出最終決定。

體育分析的技術(shù)構(gòu)件

根據(jù)反饋，棒球機器人裁判并不是體育領(lǐng)域的唯一應(yīng)用——事實上，體育分析市場到 2025 年可能達(dá)到 45億美元。雖然產(chǎn)品功能和規(guī)格因制造商而異，但某些技術(shù)是大多數(shù)分析系統(tǒng)不可或缺的。請考慮三個例子：

1.物聯(lián)網(wǎng)傳感器嵌入到設(shè)備中或由球員佩戴。這些傳感器捕獲的參數(shù)包括位置、運動、加速度、振動、力、壓力和沖擊。

圖 2：用于可穿戴市場的六軸和九軸運動傳感器比比皆是。本文所示為三個帶有片上處理器的MEMS慣性測量裝置(IMU)。（圖片來源：TDK InvenSense）

2.超寬帶 (UWB) 是一種短程無線通信協(xié)議。由于通過高頻無線電波進行操作，因此 UWB 可以比藍(lán)牙、GPS 或 Wi-Fi 捕獲更精確的空間和方向數(shù)據(jù)。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)使用高速、同步攝像機，以每秒 300 幀以上的速度從多個角度捕捉視頻圖像。

圖 3：鷹眼跟蹤攝像機幫助官員在足球（橄欖球）和板球比賽以及游泳和網(wǎng)球比賽中作出裁決。（圖片來源：Hawk-Eye Innovations）

3.人工智能 (AI) 軟件即時處理數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為其他格式，如適合廣播公司的視頻評論系統(tǒng)、視覺效果以及適合球迷的移動應(yīng)用。

圖 4：用于健身和體育的運動捕捉傳感器常見于可穿戴設(shè)備中。（圖片來源：MovellaXsensTechnologies BV）

應(yīng)用聚焦：國際足聯(lián)世界杯期間采用的互聯(lián)技術(shù)

2022年卡塔爾世界杯的正式比賽用球采用了由 Adidas、FIFA 和 KINEXON 開發(fā)的新追蹤技術(shù)。Adidas 懸架系統(tǒng)用于穩(wěn)定球內(nèi)的 500 Hz 慣性運動單元 (IMU) 運動傳感器。IMU 以每秒500 次的速度收集關(guān)于球的精確的位置時間數(shù)據(jù)。體育場周圍的鷹眼攝像機以每秒 500 次的速度追蹤球的位置。鷹眼的半自動越位應(yīng)用 SkeleTRACK 以每秒多達(dá) 50 次的速度追蹤每個球員的 29 個位置點。

圖 5：2022 國際足聯(lián)世界杯使用的足球包括KINEXON連接，以更多的數(shù)據(jù)增強視輔助理裁判 (VAR) 系統(tǒng)。（圖片來源：Sdidas）

當(dāng)這些技術(shù)結(jié)合在一起時，視頻比賽官和視頻輔助裁判 (VAR) 就能獲得需要的數(shù)據(jù)，從而做出快速、準(zhǔn)確、一致的越位判決。該軟件還能生成球員的 3D 圖像，并在體育場內(nèi)的大屏幕上顯示。其他應(yīng)用將比賽直播與個別球員和球隊的當(dāng)前和歷史表現(xiàn)數(shù)據(jù)相比較。這也是第一年在體育場用手機拍攝垂直格式的社交媒體內(nèi)容，使內(nèi)容創(chuàng)作者能夠以近乎直播的效果分享比賽的關(guān)鍵時刻。在家觀看比賽的球迷可以利用國際足聯(lián)的增強現(xiàn)實 (AR) 應(yīng)用——將自己的客廳變成 3D 數(shù)據(jù)中心。

應(yīng)用聚焦：用 NHL Edge 追蹤冰球和球員

NHL在 2022 年麻省理工學(xué)院斯隆體育分析大會上獲得了著名的阿爾法最佳體育創(chuàng)新獎。該聯(lián)盟因其冰球和球員追蹤技術(shù)，即 NHL Edge 品牌而獲得認(rèn)可。該應(yīng)用（由 SportsMEDIATechnology 或 SMT 創(chuàng)建）具有獲得專利的Bright Star 傳感器嵌入式冰球。當(dāng)冰球受到?jīng)_擊時，比如掉到冰面上或被球員擊中，傳感器就會被喚醒并發(fā)出紅外光，并傳送到場館內(nèi)的多臺光學(xué)追蹤攝像機。SMT 的 OASIS 平臺處理數(shù)據(jù)并分發(fā)給官員、教練、廣播員和球迷。

圖 6：嵌入 NHL 冰球的傳感器為球隊、廣播公司和球迷生成更多數(shù)據(jù)。（圖片來源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

圖 7：通過 NHL 球衣背面的傳感器實現(xiàn)實時球員追蹤。（圖片來源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

數(shù)據(jù)分析幾乎在每一項職業(yè)運動中都深入人心，但 NHL Edge 背后的驅(qū)動力卻是球迷的參與?？傮w上座率一直在下降，而能否吸引年輕球迷決定著聯(lián)盟的未來。由 5G 和邊緣計算支持的場內(nèi)應(yīng)用將數(shù)字信息實時疊加到比賽視頻上。廣播員和球迷可以在幾秒鐘內(nèi)看到球員的數(shù)字、統(tǒng)計資料和歷史表現(xiàn)。觀眾很快就能通過增強現(xiàn)實 (AR) 頭盔，將自己置身于冰上的行動中。把此類應(yīng)用擴展到其他職業(yè)運動的潛力無疑是贏得阿爾法獎的一個因素。

先別急著考慮人

先進的分析技術(shù)有助于運動員更有效地訓(xùn)練，更好地表現(xiàn)并更安全地投入比賽。光學(xué)追蹤和視頻審查系統(tǒng)解決了比賽爭議并加快了比賽。將應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)后，球迷能夠以前所未有的方式與球隊和球員接觸。但是，讓機器凌駕于人類教練的直覺之上是另一回事。

在 2022 年全美聯(lián)賽分區(qū)系列賽 (NLDS) 的第四場比賽中，Dodgers 隊經(jīng)歷 Dave Roberts 在第五局下半場撤下了先發(fā)投手 Tyler Anderson?！扼w育畫報》指出，Anderson 投出了一場大師級的比賽，在 86 個投球中只允許有兩個安打和零分。Anderson 告訴《洛杉磯時報》，他本來可以投一整晚的。

數(shù)字計算員們不同意。

根據(jù)分析結(jié)果，在第六局換上一個新投手是正確的做法——理論上，這個決定可能在比賽開始前就已經(jīng)做出了。（Roberts 在媒體見面會上遲到了 45 分鐘，因為他被決策小組的工作耽擱了)。具有諷刺意味的是，Dodgers 隊贏得了 2020 年世界系列賽的第六場比賽，當(dāng)時 Tampa Bay Rays 隊的投手 Blake Snell 在投出他職業(yè)生涯中最好的一場比賽時被撤下。該隊主教練Kevin Cash 承認(rèn)是利用他們的數(shù)據(jù)分析結(jié)果做出這個決定的?？梢哉f，分析可以是一種有價值的方法...但不是整個球賽。

小編的話

在邊緣側(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，將傳感器、通信和AI結(jié)合在一起從而構(gòu)建智能化的傳感系統(tǒng)將成為一種趨勢，這將為邊緣側(cè)帶來更多的創(chuàng)新應(yīng)用。本文提到的在體育分析中應(yīng)用智能傳感系統(tǒng)來進行裁判，就是一個正在發(fā)生的典型用例。您是否關(guān)注過智能傳感系統(tǒng)？是否正在開發(fā)這類系統(tǒng)？您對智能傳感系統(tǒng)的應(yīng)用趨勢有哪些看法？歡迎留言，分享交流！

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