在整个锦标赛期间，比赛用球都将包含一个实时收集空间定位数据的传感器——这是第一次采用这种球跟踪机制的世界杯。这与现有的光学跟踪工具相结合，将使 VAR（视频助理裁判）和越位审查等程序比以往任何时候都更加准确和简化。长期以来，将这两种跟踪形式结合起来一直是技术界的圣杯，尤其是 FIFA 对球传感器的使用将在接下来的四个星期内成为一个高度公开的测试案例。

与蓬勃发展的体育科技世界的许多其他部分一样，世界杯上使用的设置既是一个终点，也是一个全新时代的起点。实现这一目标需要多年的研究和测试——这种特殊的球传感器在获得完整的国际足联认证之前已经进行了六年的开发和测试——但像这样的事件可以迅速将新兴技术推向公众视野。

当今跟踪技术的发展历程是怎样的，它在本届世界杯上的主要用途是什么？这项技术是如何测试的，球员、球队和球迷等人如何才能确信它是准确和一致的？也许最重要的是，同样的技术对世界上最受欢迎的运动的分析、粉丝参与和团队数据的未来有何预示？

我与世界各地的体育科技界人士交谈，围绕该领域迄今为止最大胆的实验之一寻找答案。

国际足联在 2022 年世界杯上对这项技术的应用被称为“半自动越位（semi-automated offside）”程序——该程序主要由人工智能功能运行，但保留了人工确认的重要元素。

每个比赛用球内都有一个由 KINEXON 设计的设备，KINEXON 是多项体育运动成绩追踪领域的主要参与者。根据该公司的说法，该设备重 14 克（不到 0.5 盎司），实际上装有两个同时运行的独立传感器：

KINEXON 的联合创始人兼董事总经理 Maximillian Schmidt 表示：“虽然超宽带帮助我确定了物体的位置，但 IMU 为我提供了三个维度的精细运动。”

因此，无论何时踢球、头球、投球，甚至轻敲球，系统都会以每秒 500 帧的速度拾取它。数据从传感器实时发送到本地定位系统 (LPS)，这涉及安装在运动场周围的网络天线设置，这些天线接收并存储数据以供立即使用。当一个球在比赛过程中飞出界外，一个新的球被扔进或踢入以取代它时，KINEXON 的后端系统会自动切换到新球的数据输入，而无需人工干预。

KINEXON 的球内装置由阿迪达斯提供的悬挂技术提供支持，旨在将传感器安装在球的中央内部点，并将其固定在一致的位置。

与这个球传感器配对的是来自 Hawk-Eye 的光学摄像机跟踪系统，该系统以其在网球领域的工作而闻名。体育场周围安装了 12 台鹰眼摄像机，每秒跟踪球本身和每位球员 50 次。跟踪玩家身体的 29 个独立点，包括四肢。

当结合使用这两个数据源时，越位判定不仅高度准确，而且比过去更快——这是国际足联在本届世界杯周期中的一个主要优先事项。

“我们在 2018 年世界杯后进行了汇报，”国际足联技术创新足球研究和标准负责人尼古拉斯埃文斯说。据埃文斯说，这样的汇报是每届世界杯之后的标准做法。“我们看到的最大改进领域是做出越位决定所需的时间。”

考虑到这一点，来自 KINEXON 和 Hawk-Eye 的数据都通过人工智能软件运行，该软件被编程为向比赛视频室的官员生成自动越位警报。人工智能程序自动生成警报，而不是手动梳理比赛，这是一个耗时的过程，然后可以由视频比赛工作人员确认。

该软件还生成空间数据的 3D 渲染图，这些数据将叠加到电视广播和体育场内的监视器上，让球迷直接了解每个经过审查的裁定是如何决定的。

一些读者此时可能会有一个问题：“我怎么知道这些数据始终如一地反映了球员和球的真实定位？”

这里要理解的第一个概念是刷新率，它以赫兹为单位测量，指的是给定显示器每秒能够绘制新图像的次数。标准 50Hz 视频是当今高清显示器常用的格式，每秒生成一张新图像 50 次（对于那些更熟悉该术语的人来说，“帧速率”为每秒 50 帧）。任何将视频放慢到逐帧模式的人都知道每帧之间有轻微时间间隔的感觉——对于 50Hz 视频，该间隔为每帧 20 毫秒（对于 60Hz 视频，为每帧 16.66 毫秒，等等）。

使用 KINEXON 的球跟踪系统，该数据以 500Hz 的频率进入，这意味着真正定位中的任何间隙都低于两毫秒长——或者比标准 50Hz 滞后短 10 倍。此外，根据埃文斯的说法， PTP 主时钟的使用允许 KINEXON 和鹰眼数据之间的同步，精确到百万分之一秒，确保两个馈送永远不会相互干扰。

为了检查系统的每个组件，国际足联在受控和实时设置中进行了测试。

对于 KINEXON 球传感器和 Hawk-Eye 的光学相机设置，国际足联电子性能测试系统(EPTS)质量计划要求采用一种称为“地面实况测试”的格式。该方法使用至少 36 个高质量的Vicon 运动捕捉相机，结合专为这些相机设计的反光标记，这些相机放置在球本身和每个球员上，以进行超精确检测。当球员和球在测试场地上移动时，这些 Vicon 摄像机和 KINEXON/Hawk-Eye 设置同时运行——研究人员比较这两个输出以评估后者系统的准确性。这种测试通过使用其他工具得到增强，例如激光来检测高速玩家冲刺等事件。

另一种测试在这里也很重要，尤其是对于世界上收视率最高的体育赛事之一：确保球内添加的传感器不会被踢球的球员察觉。由于很容易想象这样一种情况，即一位著名球员将罚失点球或其他一些场上失误归咎于“不同”的足球“手感”——引发了世界范围的争议——消除这种担忧自然很重要。

阿迪达斯是负责此类测试的关键实体，测试是通过两种方式完成的：

该测试是在多个专业和基层环境中进行的，例如在卡塔尔举行的 2021 年国际足联阿拉伯杯和在阿布扎比举行的 2021 年国际足联俱乐部世界杯。此外，埃文斯表示，国际足联自己进行了几次额外的盲测，包括 2022 年初在卡塔尔的一个团队研讨会。

埃文斯说：“与我们的合作伙伴阿迪达斯一起，已经进行了大规模的样本盲测，玩家无法观察到连接球和普通球之间的差异。”

多年来，这些和类似形式的技术也一直在现实生活中被测试着。2018 年，KINEXON 传感器注入球的早期版本与球衣追踪一起用于德国四级区域联赛，将实时数据带入电视直播；今年早些时候在德国学院俱乐部比赛中使用了更新的设置。与此同时，鹰眼摄像机已在本赛季初世界杯前夕的欧洲冠军联赛小组赛中被使用。

当然，这些都不能保证赛事中无事故发生。科技界可能会出现不可预见的情况。设备可能会发生故障。即使在该技术从头到尾完美运行的可能情况下，疯狂的球迷们也可能相信他们国家的顶级球员的一个“烂球”，是由于球内设备被“破坏”或者系统故障导致。

这种可能性最终几乎是不可避免的。但相关公司相信，他们的这项新技术水平已经达到了把该技术引入世界上最重要的足球比赛中的门槛。

“[它]可能和这种技术一样好，”埃文斯说。

2022 年世界杯只是触及了这种技术潜在能力的皮毛——这远远超出了裁判的能力范围。

不久之后，这种球跟踪和光学跟踪的组合可能成为这项运动的每个人都熟悉的工具——就像 NBA 中的 Second Spectrum 跟踪或网球中的鹰眼一样。球队和球员可以使用由此产生的数据进行下一代战术分析；广播可以使用它来可视化比赛并吸引新的观众。粉丝们最终可以访问海量的新统计数据，而这在以前是不可能的。

事实上，这已经开始发生了。

2022 年初，KINEXON 的球传感器被用于一场葡萄牙联赛保级比赛，同时球员球衣中的传感器也用于跟踪他们的动作。在多个类别中收集了 300 多个不同的指标，包括技术数据（射门和传球速度、控球时间、不同的球动作）、表现数据（运球速度、加速度和冲刺——有球和无球——以及运动员的测量“负载”）和战术数据（对于球队和球员而言，可以跟踪战术概念，例如空间控制、压迫、得球/失球和反击）。

一旦它成为比赛中更标准化的部分并且相关各方熟悉使用它时，这些数据的可能应用将是无限的。

“我们可以实时使用这些信息来讲述新故事，”施密特说。“[我们可以使用]它们来创建虚拟世界、增强覆盖、对玩家表现的洞察。”

一方面，希望足球迷能够以这种先进技术为基础，以新的方式享受比赛。这里的第一层将是广播改进：更多 3D 沉浸式图形，类似于 2022 年世界杯观众将看到的越位渲染，可以以多种新方式使用——甚至是观众控制的方式。我们还将在屏幕上看到叠加的数据，很像洛杉矶快船队的“CourtVision”广播选项，它在比赛期间显示跟踪信息和球场的数字化视图。

在那之后的下一波浪潮更令人兴奋。虚拟现实世界提供了诱人的潜力；想象一下从 Kylian Mbappe、Karim Benzema 或您选择的任何其他球员的直接有利位置观看比赛（甚至整场比赛）。埃文斯和该领域的其他人也希望这些数据最终能够进入视频比赛世界，融合真实和数字领域。

那只是在粉丝方面。随着 2022 年世界杯跟踪设置在足球领域变得越来越普遍，球员和球队现在将拥有大量新数据，尤其是围绕足球的数据——这项运动的真正心跳。战术、分析，甚至最重要的健康和性能改进都摆在桌面上。

施密特说：“越来越多的联盟现在正在考虑，‘我们如何利用球的新见解来增强现有的数据集？’ 因为它是比赛的关键。”

因此，随着科技不断改变我们看待体育的方式，2022 年世界杯将成为一个分水岭。当您看到第一个“半自动”越位判罚时，请记住达到这一点所付出的汗水——并幻想不久的将来会发生什么。