卡塔爾世界杯高新技術(shù)足球的高精定位，原來是靠UWB

　　卡塔爾世界杯如火如荼舉行著，官方用球AL RIHLA中植入的芯片成為一個重要的看點，為視頻助理裁判技術(shù)(VAR)團隊實時提供精確的球數(shù)據(jù)，以支持快速準確的越位判罰。

　　近日已有大量文章對這一神秘的芯片進行研究報道，業(yè)界不少專家對其背后多個工作機制比較感興趣。在筆者看來，這是一個集運動傳感、定位、通信、邊緣計算和應(yīng)用平臺為一體的一整套物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

　　阿迪達斯在今年7月對外宣布，2022世界杯官方用球?qū)⒉捎眯碌倪B接技術(shù)，它將通過提供前所未有的數(shù)據(jù)和信息水平來增強VAR系統(tǒng)，使裁判可以做出更快、更準確的決策。

　　這一技術(shù)由一家名為KINEXON的德國物聯(lián)網(wǎng)公司提供，通過每秒500次自動提供準確的足球相關(guān)信息，如足球的初始速度、運行速度、運動角度等，使比賽裁判和官員可以快速查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將有助于通知越位情況，并協(xié)助檢測有爭議的沖撞，從而最終提高VAR決策過程的質(zhì)量和速度。KINEXON的這一技術(shù)已經(jīng)通過全球眾多職業(yè)足球俱樂部和草根足球俱樂部的嚴格測試，也包括大量盲測，例如在西班牙、德國和英格蘭等地俱樂部的幫助下，進行了廣泛的盲測，歷時數(shù)年的時間，最終出現(xiàn)在世界杯的賽場上。

　　作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廠家，KINEXON為足球比賽提供了一整套物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

　　1.兩顆傳感器組成的感知系統(tǒng)

　　具體來說，在每一個比賽用球內(nèi)都有一個基于KINEXON技術(shù)的芯片，據(jù)該公司稱，這款設(shè)備重14克，實際上是由兩個同時工作的獨 立傳感器集成而成：

　　超寬帶(UWB)傳感器，這一傳感器有2個功能，一方面可以跟蹤和獲取足球精確的位置數(shù)據(jù)，另一方面可以將數(shù)據(jù)實時傳輸至后臺系統(tǒng)中。

　　慣性測量單元(IMU)傳感器，這一傳感器用來探測足球細微運動。

　　兩顆傳感器有效配合，UWB傳感器獲取位置數(shù)據(jù)，IMU傳感器獲得精細的三維運動數(shù)據(jù)，保證足球主要數(shù)據(jù)的采集，其中UWB作為理想的定位技術(shù)，在精度、成本、可靠性、穩(wěn)定性等方面勝于WiFi、藍牙等手段，其定位精度低可以達到0.1米，并可以實現(xiàn)三維定位，適合球場很多爭議的場景?；趦蓚€傳感器的技術(shù)，在球場任何時候，足球被踢、被頂、被扔，甚至輕擊，都會以每秒500次的速度獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。每秒500次的速度，意味著每次數(shù)據(jù)收集間隔僅為2毫秒，大大的提升了足球狀態(tài)和軌跡的精確度。

　　2.高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道

　　足球的數(shù)據(jù)從傳感器會實時發(fā)送到本地系統(tǒng)，這涉及到了數(shù)據(jù)的通信手段。雖然當前5G可以提供高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，且通過網(wǎng)絡(luò)切片可以保障通道暢通，但需要足球內(nèi)傳感器必須搭載專門的5G芯片，這無疑增加了內(nèi)部芯片的重量和體積。而UWB此時就發(fā)揮了重要的作用，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，UWB可以實現(xiàn)10-200米不等的傳輸距離，可以實現(xiàn)球場范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。

　　根據(jù)KINEXON的足球跟蹤解決方案所述，該方案首先會在球場周邊安裝12-24個UWB基站用于收集數(shù)據(jù)，并通過有線方式實現(xiàn)基站數(shù)據(jù)回傳。足球傳感器收集的高精度數(shù)據(jù)，會通過內(nèi)置的UWB芯片以每秒500次的頻率發(fā)送給基站，由基站進行回傳。

　　卡塔爾世界杯高新技術(shù)足球的高精定位，原來是靠UWB

　　當一個足球在比賽過程當中飛出界外，另一個新球被扔進來代替它時，KINEXON的后端系統(tǒng)會自動切換到新球的數(shù)據(jù)輸入，無需人工干預(yù)。

　　3.實時處理的邊緣系統(tǒng)

　　由于數(shù)據(jù)傳輸具有一定的時延，足球的實時數(shù)據(jù)分析需要通過邊緣計算節(jié)點進行處理，UWB基站收集的數(shù)據(jù)會及時傳輸至球場附近的處理器中，邊緣處理器會在20毫秒內(nèi)計算出各類參數(shù)，例如足球飛行速度、傳球距離，并識別出球員的行為，如射門、過人、控球等。

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　　當然，球場的各類數(shù)據(jù)和球員行為不僅僅通過足球傳感器的數(shù)據(jù)來確定，還搭配了全場的光學(xué)跟蹤相機，12個鷹眼攝像機安裝在體育場周圍，每秒鐘跟蹤足球本身和每個球員50次，可以追蹤身體的29個獨 立點。當這兩個數(shù)據(jù)源結(jié)合起來時，越位決策不僅高度準確，而且比過去快得多——這是國際足聯(lián)在本屆世界杯期間推崇的新技術(shù)。

　　4.數(shù)據(jù)分析平臺為多方面應(yīng)用提供參考

　　通過KINEXON傳感器獲取的數(shù)據(jù)，KINEXON提供專門的分析平臺，在比賽現(xiàn)場提供了更為精 準和快速的裁判判罰輔助。除此之外，這些數(shù)據(jù)和分析平臺也可以為多方提供創(chuàng)新的輸入，包括教練教學(xué)參考、媒體及時報道以及觀眾觀賽體驗。

　　以媒體報道為例，平臺為媒體開放傳感器收集的數(shù)據(jù)，媒體借助這些數(shù)據(jù)可以給觀眾帶來及時的數(shù)據(jù)分析，讓觀眾可以從多個角度了解比賽進程。此外，這些數(shù)據(jù)為未來制作成VR、AR視頻提供輸入。

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　　本次世界杯并非KINEXON公司在體育領(lǐng)域的首秀，實際上這家公司憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，僅用兩年的時間，便一舉改變了NBA在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的版圖。早在2016年，KINEXON通過與費城76人隊的合作進入了NBA的市場，通過內(nèi)置的傳感器芯片，KINEXON推出的iball智能籃球可以追蹤籃球的運動軌跡和速度，并實時反饋數(shù)據(jù);而搭載著KINEXON傳感器的球衣，也能幫助教練們在訓(xùn)練或比賽中實時監(jiān)控運動員們的狀態(tài)。在不被大多數(shù)人看好的情況下，這家公司僅用兩年便迅速站穩(wěn)腳跟，成為了NBA較大的可穿戴設(shè)備供應(yīng)商，NBA官方數(shù)據(jù)顯示，目前聯(lián)盟中的30支球隊里，有14支隊伍使用著KINEXON的設(shè)備。

　　實際上，KINEXON提供的物聯(lián)網(wǎng)解決方案不僅僅在體育領(lǐng)域，其他行業(yè)尤其是工業(yè)領(lǐng)域也廣泛受到認可。今年5月，KINEXON獲得了1.3億美元的A輪融資，其中寶馬和德國電信也參與了投資。在相關(guān)報道中，多家媒體提到，KINEXON針對工業(yè)領(lǐng)域提供的實時定位和實時分析系統(tǒng)，使寶馬、大陸、西門子和空客等公司提高生產(chǎn)力以及可持續(xù)性，并下降 制造和物流的成本。

　　寶馬高管在評論其投資KINEXON時提到，寶馬集團的汽車生產(chǎn)很像頂 級運動，因為它是關(guān)于高性能的過程。KINEXON實時定位平臺構(gòu)成了我們生產(chǎn)全面數(shù)字化的支柱，這是一個創(chuàng)新的操作系統(tǒng)，它使我們高度復(fù)雜的生產(chǎn)過程透明化，并進一步提高了生產(chǎn)效率。德國電信物聯(lián)網(wǎng)首席執(zhí)行官也提到，通過與KINEXON建立這種伙伴關(guān)系，我們?yōu)橹圃鞓I(yè)客戶提供實時定位的自動化解決方案，德國電信的5G能力也為我們兩家公司的共同開發(fā)機會鋪平了道路。