讓阿根廷隊(duì)“告吹”的三個(gè)球背后，2022 年世界杯暗藏哪些技術(shù)玄機(jī)？
「足球反著買，別墅靠大海」，昨晚 2022 年卡塔爾世界杯的一場小組賽上，最有看頭的阿根廷球隊(duì)出現(xiàn)驚天冷門，以 1:2 敗北沙特阿拉伯隊(duì)，為此，外部的無數(shù)球迷繼 2018 年世界杯之后再次無奈地發(fā)出這樣的自嘲。反觀，沙特舉國歡慶，甚至專門放了一天假來慶祝，令人好生羨慕。
然而，眾所周知，每四年一屆的世界杯不僅僅是一項(xiàng)含金量最高的體育賽事，也是一場暗藏玄機(jī)的技術(shù)賽事。
雖然技術(shù)不能解決所有問題，但是它卻是保證這場賽事公平公正的一把標(biāo)尺。不過，在今年的賽事中，這把標(biāo)尺也被人詬病了，尤其是幾次吹掉阿根廷進(jìn)球的「半自動越位識別」。
接下來，我們將與大家一起揭曉本次世界杯用到哪些令人驚奇的技術(shù)吧！
足球的盡頭是“芯片”？
作為本次賽事的核心器材，其實(shí)早在今年 3 月，國際足聯(lián)便公布了 2022 年卡塔爾世界杯的官方用球?yàn)?ldquo;AI RIHLA”，翻譯過來叫做“旅程”。
而后，阿迪達(dá)斯也在官網(wǎng)透露，這款球由他們制造，采用了名為 SPEEDSHELL 的紋理聚氨酯球面材料，整個(gè)球面由 20 個(gè) SPEEDSHELL 模塊通過熱黏合技術(shù)拼接而成。同時(shí)，20 片面板基于三角形狀和彎折設(shè)計(jì)，以此降低足球在空中運(yùn)行的風(fēng)阻系數(shù)。
當(dāng)然，最為值得關(guān)注的是，這款球的內(nèi)在。
阿迪達(dá)斯表示，AI Rihla 首次采用了 CTR-CORE 系統(tǒng)，其中在球的中心位置有一個(gè)芯片，它可以以每秒 500 次的速度追蹤每個(gè)球員的觸球。
同時(shí)，芯片還內(nèi)置一個(gè)承載 500 Hz 的慣性測量單元（IMU）運(yùn)動傳感器的懸掛系統(tǒng)，可以在比賽期間收集高精度的球運(yùn)動數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)傳輸給 VAR（視頻助理裁判），讓 VAR 在 25 秒內(nèi)做出判決。
這項(xiàng)技術(shù)是由阿迪達(dá)斯與國際足聯(lián)、最先進(jìn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者 KINEXON 共同開發(fā)出來的。阿迪達(dá)斯表示，新技術(shù)是「完全隱形的」，球員感知不到這項(xiàng)技術(shù)，因此對他們也不會有任何影響。此外，傳感器由一個(gè)可充電電池供電，可通過感應(yīng)充電。
簡單來看，基于這項(xiàng)新的技術(shù)制造的足球，可以提供精確的球數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳遞給裁判。結(jié)合球員的位置數(shù)據(jù)并通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，可為視頻助理裁判提供即時(shí)信息，幫助優(yōu)化決策。
據(jù)悉，這款球?qū)⒂糜阱\標(biāo)賽的所有 64 場比賽中，而且這個(gè)比賽用球不會對外售賣。
這也讓不少網(wǎng)友發(fā)出感嘆：足球的盡頭原來是芯片，并不是花錢就能買得到的。
半自動越位識別技術(shù) SAOT
今年世界杯中，首次正式應(yīng)用了半自動越位識別技術(shù) SAOT。所謂半自動越位識別技術(shù)，主要由上文介紹的球內(nèi)傳感器、特制攝像機(jī)和人工智能系統(tǒng)三個(gè)部分組成。
對于第一個(gè)模塊——球內(nèi)傳感器，上文已經(jīng)介紹過了，在此不再贅述。
第二個(gè)模塊之特制攝像機(jī)，在本次賽事中主要有 12 個(gè)專用光學(xué)攝像機(jī)，被安裝在體育館屋頂下，而且攝像機(jī)之間相互同步。
它們可以對場上的足球和每名球員進(jìn)行追蹤，而追蹤球員四肢和球位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)共計(jì)有 29 個(gè)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)被輸入人工智能系統(tǒng)中，以每秒 50 次的頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠精準(zhǔn)定位每名球員以及球的位置。
半自動越位識別技術(shù) SAOT 的原理是，當(dāng)國際足聯(lián)利用第三個(gè)模板之人工智能系統(tǒng)捕捉到球員有越位時(shí)，系統(tǒng)會將這些信息合成并在幾秒內(nèi)發(fā)送到視頻監(jiān)控室。如果系統(tǒng)檢測到越位，VAR 團(tuán)隊(duì)將會收到警告。
來源：國際足聯(lián)
然后，VAR 團(tuán)隊(duì)再進(jìn)行人工重新評估情況，看收到的警告是否準(zhǔn)確，并將最終結(jié)果同步給主裁判，以此實(shí)現(xiàn)比賽的準(zhǔn)確與公平性。
針對這一點(diǎn)，國際足聯(lián)預(yù)估，這種越位識別技術(shù)可以通過審查當(dāng)前越位的視頻片段，將決策時(shí)間從平均 70 秒縮短到 20-25 秒，極大地省了 VAR 團(tuán)隊(duì)的活。
不僅如此，半自動越位識別技術(shù)還會生成 3D 動畫，可以在中場休息的時(shí)候，面向現(xiàn)場看臺上的觀眾以及線上觀看比賽的球迷展示，回顧當(dāng)時(shí)球員的越位具體情況。
來源：國際足聯(lián)
在昨晚的阿根廷 vs 沙特阿拉伯比賽中，阿根廷打進(jìn)的四個(gè)球，有三個(gè)就是因?yàn)樵轿槐慌袩o效，其中不乏有差之毫厘的越位距離。為此，也讓不少阿根廷球迷感到惋惜。
算法與人臉識別的應(yīng)用
除了以上針對球員和足球的技術(shù)應(yīng)用之外，卡塔爾也在本次場館安保上下足了功夫。
據(jù)外媒報(bào)道，將會有 100 多名技術(shù)人員在位于卡塔爾首都多哈的 Aspire 指揮和運(yùn)營中心，這里全天 24 小時(shí)有人值班，他們會仔細(xì)監(jiān)控從安裝在八個(gè)用于賽事體育場內(nèi)的 22000 個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭獲得的圖像。
與此同時(shí)，據(jù)悉，最終的決賽以及其他 10 場比賽將在可容納 8 萬多人的盧賽爾體育場舉行，其中采用的面部識別技術(shù)可以直接放大場館中 8 萬個(gè)座位中的每一個(gè)。
“只需要單擊一下，我們就可以從一個(gè)體育館的畫面移動到另一個(gè)體育館。所有的一切都被集成在同一平臺上，包括設(shè)施管理、安全等等”，來自 Aspire 指揮和運(yùn)營中心主任 Hamad Ahmed al-Mohannadi 分享道。
根據(jù)卡塔爾官方表示，這是世界杯首次使用“互聯(lián)體育場”的概念。AI 可以使技術(shù)人員預(yù)測人群的擁擠程度，因此他們可以通過與安全官員共享信息來快速應(yīng)對過度擁擠的問題。
便攜式的球場
如果不是這次世界杯，可能很多人并不知曉卡塔爾這個(gè)國家。當(dāng)然如果不是為了世界杯，卡塔爾也用不著建那么多球場。
據(jù)悉，卡塔爾為了這次世界杯已經(jīng)花了 2200 億美元，超越了過往任一屆世界杯的開銷，也讓“中東土豪”幾個(gè)字登上了熱搜。
不過，有錢也不代表鋪張浪費(fèi)，此次卡塔爾所建立的足球場之一——974 體育場采用了獨(dú)樹一幟的技術(shù)，其結(jié)構(gòu)的每個(gè)細(xì)節(jié)都可以拆卸，包括球場的草坪到每一排座位、廁所以及構(gòu)成足球場的所有設(shè)備和用品，同時(shí)也可以運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)位置快速組裝起來。974 體育場也被認(rèn)定為是世界杯歷史上第一個(gè)完全可拆卸的體育場。
其他技術(shù)
盡管卡塔爾現(xiàn)在的天氣并不是炎炎夏日，不過其依然為賽事服務(wù)的場館帶來了先進(jìn)的制冷技術(shù)。在對足球場的建筑和設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是，無需對整個(gè)場地進(jìn)行降溫，只需將場地和最高座位上方約 2m 的位置作為重點(diǎn)即可。
每個(gè)不同場地的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)都不同，以適應(yīng)每個(gè)場地的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)。不過，這項(xiàng)技術(shù)的共同點(diǎn)是利用太陽能。
當(dāng)室外空氣被冷卻后，直接分布在看臺觀眾席下方和球場旁邊的大型噴泉中。該系統(tǒng)使用絕緣和現(xiàn)場冷卻，以盡可能環(huán)保。卡塔爾大學(xué)的 Saud Abdulaziz Abdul Ghani 博士表示：“據(jù)估計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)的效率比現(xiàn)有技術(shù)高 40%。”
體育場只需要在比賽前兩小時(shí)進(jìn)行降溫，與其他方式相比降低了能源消耗。此外，還有冷空氣回收系統(tǒng)，經(jīng)過二次冷卻后排放到室外，從而減少熱空氣的吸收。
此外，本次還使用了音頻解說（ADC）服務(wù)，它可以讓弱視和盲人觀眾與其他球迷一起欣賞比賽。視障人士將通過盡可能逼真的聲音體驗(yàn)現(xiàn)場的氣氛和發(fā)生的事情。專職負(fù)責(zé)這項(xiàng)服務(wù)的解說員也會對比賽進(jìn)行進(jìn)行點(diǎn)評，還關(guān)注肢體語言、面部表情、球場氛圍、色彩以及所有視障人士需要了解的信息。
猜測哪隊(duì)會取得最終的勝利？
當(dāng)然，每年世界杯球迷最為關(guān)注的方向，必然是哪支隊(duì)伍會獲得最終的勝利。為此，來自英國艾倫圖靈研究所（Alan Turing Institute）開發(fā)了一種算法來預(yù)測哪支球隊(duì)最有可能贏得世界杯。
優(yōu)化算法
根據(jù)該團(tuán)隊(duì)介紹，其使用了一種名為 AIrsenal（https://www.turing.ac.uk/news/airsenal）的算法，該算法是他們在 2018 年開發(fā)的，用于玩 Fantasy Premier League（夢幻英超）。這又是基于 1997 年 Dixon & Coles 的模型（足球預(yù)測界的經(jīng)典之作），該模型有球隊(duì)的攻擊力、防守力和主場優(yōu)勢的參數(shù)，并使用貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)來計(jì)算特定比賽的最可能得分線。
他們修改了 AIrsenal 算法，使其更適合預(yù)測國際比賽結(jié)果。例如，國際球隊(duì)最常與來自同一大洲的球隊(duì)比賽（巴西自 2019 年以來沒有與任何歐洲球隊(duì)比賽），這可能導(dǎo)致在試圖預(yù)測不同大洲的球隊(duì)之間的結(jié)果時(shí)出現(xiàn)偏差。為了解決這個(gè)問題，該團(tuán)隊(duì)為不同大洲的聯(lián)合會相對實(shí)力引入了模型參數(shù)。
基于 GitHub 數(shù)據(jù)集
為了更準(zhǔn)確地預(yù)測 2022 年世界杯冠軍，該團(tuán)隊(duì)用過去的數(shù)據(jù)訓(xùn)練了模型。其采用的是 GitHub 用戶 martj42 匯編的一個(gè)包括自 1872 年以來的每場國際足球比賽的數(shù)據(jù)（https://github.com/martj42/international_results）。
為此，他們用了這個(gè)模型先預(yù)測了 2014、2018 年世界杯的結(jié)果，最終成功了。然后，該團(tuán)隊(duì)將模型增加了世界杯比賽（降低洲際錦標(biāo)賽、預(yù)選賽和友誼賽的權(quán)重）和最近進(jìn)行的比賽的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)對球隊(duì)最新表現(xiàn)的預(yù)估。
在將模型運(yùn)行了運(yùn)行了 100,000 次之后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)布了預(yù)估的結(jié)果：
巴西是大熱門，獲得冠軍的幾率約為 25%。其次，比利時(shí)和阿根廷的得分也很高，分別排在第二和第三位。
目前該模型已開源：https://github.com/alan-turing-institute/WorldCupPrediction。
特別聲明：本預(yù)測結(jié)果不提供任何參考建議，只供源碼學(xué)習(xí)、貢獻(xiàn)與交流。
你認(rèn)為哪個(gè)球隊(duì)會獲得最終的冠軍寶座呢？
參考鏈接：
https://news.adidas.com/football/adidas-reveals-the-first-fifa-world-cup--official-match-ball-featuring-connected-ball-technology/s/cccb7187-a67c-4166-b57d-2b28f1d36fa0
https://www.fifa.com/technical/media-releases/semi-automated-offside-technology-to-be-used-at-fifa-world-cup-2022-tm
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