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(zhuān)員 Rob Manfred 最近告訴 ESPN，機器人裁判將在 2024 年進(jìn)入大聯(lián)盟。這種電子擊打區或自動(dòng)擊球系統 (ABS) 包括本壘板后面的一個(gè)傳感器和多個(gè)三角定位的鷹眼光學(xué)跟蹤攝像機。該系統使用投球弧線(xiàn)以及擊球手擊打區的位置、尺寸來(lái)確定任何特定投球的好壞。當擊球手沒(méi)有揮棒時(shí)，該系統會(huì )在幾秒鐘內將正確的判決轉發(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(gè)1950 年的自動(dòng)裁判機。（圖片來(lái)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(jìn)行一些實(shí)驗。在一半的 AAA 場(chǎng)地中，所有的判決將由 ABS 自動(dòng)執行。另一半將使用 ABS 挑戰系統。在該系統中，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)構件

根據反饋，棒球機器人裁判并不是體育領(lǐng)域的唯一應用——事實(shí)上，體育分析市場(chǎng)到 2025 年可能達到 45億美元。雖然產(chǎn)品功能和規格因制造商而異，但某些技術(shù)是大多數分析系統不可或缺的。請考慮三個(gè)例子：

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

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

2.超寬帶 (UWB) 是一種短程無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議。由于通過(guò)高頻無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行操作，因此 UWB 可以比藍牙、GPS 或 Wi-Fi 捕獲更精確的空間和方向數據。光學(xué)跟蹤系統使用高速、同步攝像機，以每秒 300 幀以上的速度從多個(gè)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(lái)源：Hawk-Eye Innovations）

3.人工智能 (AI) 軟件即時(shí)處理數據，然后將其轉換為其他格式，如適合廣播公司的視頻評論系統、視覺(jué)效果以及適合球迷的移動(dòng)應用。

圖 4：用于健身和體育的運動(dòng)捕捉傳感器常見(jiàn)于可穿戴設備中。（圖片來(lái)源：Movella Xsens Technologies BV）

 應用聚焦：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(kāi)發(fā)的新追蹤技術(shù)。Adidas 懸架系統用于穩定球內的 500 Hz 慣性運動(dòng)單元 (IMU) 運動(dòng)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(shí)間數據。體育場(chǎng)周?chē)您椦蹟z像機以每秒 500 次的速度追蹤球的位置。鷹眼的半自動(dòng)越位應用 SkeleTRACK 以每秒多達 50 次的速度追蹤每個(gè)球員的 29 個(gè)位置點(diǎn)。

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

當這些技術(shù)結合在一起時(shí)，視頻比賽官和視頻輔助裁判 (VAR) 就能獲得需要的數據，從而做出快速、準確、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(chǎng)內的大屏幕上顯示。其他應用將比賽直播與個(gè)別球員和球隊的當前和歷史表現數據相比較。這也是第一年在體育場(chǎng)用手機拍攝垂直格式的社交媒體內容，使內容創(chuàng )作者能夠以近乎直播的效果分享比賽的關(guān)鍵時(shí)刻。在家觀(guān)看比賽的球迷可以利用國際足聯(lián)的增強現實(shí) (AR) 應用——將自己的客廳變成 3D 數據中心。

 應用聚焦：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(huì )上獲得了著(zhù)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 品牌而獲得認可。該應用（由 SportsMEDIA Technology 或 SMT 創(chuàng )建）具有獲得專(zhuān)利的Bright Star 傳感器嵌入式冰球。當冰球受到?jīng)_擊時(shí)，比如掉到冰面上或被球員擊中，傳感器就會(huì )被喚醒并發(fā)出紅外光，并傳送到場(chǎng)館內的多臺光學(xué)追蹤攝像機。SMT 的 OASIS 平臺處理數據并分發(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據。（圖片來(lái)源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

圖 7：通過(guò) NHL 球衣背面的傳感器實(shí)現實(shí)時(shí)球員追蹤。（圖片來(lái)源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

數據分析幾乎在每一項職業(yè)運動(dòng)中都深入人心，但 NHL Edge 背后的驅動(dòng)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(zhù)聯(lián)盟的未來(lái)。由 5G 和邊緣計算支持的場(chǎng)內應用將數字信息實(shí)時(shí)疊加到比賽視頻上。廣播員和球迷可以在幾秒鐘內看到球員的數字、統計資料和歷史表現。觀(guān)眾很快就能通過(guò)增強現實(shí) (AR) 頭盔，將自己置身于冰上的行動(dòng)中。把此類(lèi)應用擴展到其他職業(yè)運動(dòng)的潛力無(wú)疑是贏(yíng)得阿爾法獎的一個(gè)因素。

 先別急著(zhù)考慮人

先進(jìn)的分析技術(shù)有助于運動(dòng)員更有效地訓練，更好地表現并更安全地投入比賽。光學(xué)追蹤和視頻審查系統解決了比賽爭議并加快了比賽。將應用聯(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(lèi)教練的直覺(jué)之上是另一回事。

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

數字計算員們不同意。

根據分析結果，在第六局換上一個(gè)新投手是正確的做法——理論上，這個(gè)決定可能在比賽開(kāi)始前就已經(jīng)做出了。（Roberts 在媒體見(jiàn)面會(huì )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(yíng)得了 2020 年世界系列賽的第六場(chǎng)比賽，當時(shí) Tampa Bay Rays 隊的投手 Blake Snell 在投出他職業(yè)生涯中最好的一場(chǎng)比賽時(shí)被撤下。該隊主教練Kevin Cash 承認是利用他們的數據分析結果做出這個(gè)決定的?？梢哉f(shuō)，分析可以是一種有價(jià)值的方法...但不是整個(gè)球賽。

小編的話(huà)

在邊緣側應用領(lǐng)域，將傳感器、通信和AI結合在一起從而構建智能化的傳感系統將成為一種趨勢，這將為邊緣側帶來(lái)更多的創(chuàng )新應用。本文提到的在體育分析中應用智能傳感系統來(lái)進(jìn)行裁判，就是一個(gè)正在發(fā)生的典型用例。