让阿根廷队“告吹”的三个球背后，2022 年世界杯暗藏哪些技术玄机？ ...

荳丁_

整理 | 苏宓
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
「足球反着买，别墅靠大海」，昨晚 2022 年卡塔尔世界杯的一场小组赛上，最有看头的阿根廷球队出现惊天冷门，以 1:2 败北沙特阿拉伯队，为此，外部的无数球迷继 2018 年世界杯之后再次无奈地发出这样的自嘲。反观，沙特举国欢庆，甚至专门放了一天假来庆祝，令人好生羡慕。
4 d  D/ x8 P" a


然而，众所周知，每四年一届的世界杯不仅仅是一项含金量最高的体育赛事，也是一场暗藏玄机的技术赛事。
; B& t4 l# y8 m! [5 }虽然技术不能解决所有问题，但是它却是保证这场赛事公平公正的一把标尺。不过，在今年的赛事中，这把标尺也被人诟病了，尤其是几次吹掉阿根廷进球的「半自动越位识别」。
/ ]+ t+ x! m* w+ i; P1 A& j; c; ]接下来，我们将与大家一起揭晓本次世界杯用到哪些令人惊奇的技术吧！
足球的尽头是 " 芯片 "？
* K) A  T& x! D4 t& t作为本次赛事的核心器材，其实早在今年 3 月，国际足联便公布了 2022 年卡塔尔世界杯的官方用球为 "AI RIHLA"，翻译过来叫做 " 旅程 "。
2 }4 p8 L: s" K  W

2 s# L4 R. b8 f! W! b. B& i0 n1 `
5 a! G( w* Q; C) z" R而后，阿迪达斯也在官网透露，这款球由他们制造，采用了名为 SPEEDSHELL 的纹理聚氨酯球面材料，整个球面由 20 个 SPEEDSHELL 模块通过热黏合技术拼接而成。同时，20 片面板基于三角形状和弯折设计，以此降低足球在空中运行的风阻系数。
3 \5 H# T. y+ c当然，最为值得关注的是，这款球的内在。
* C4 J3 A4 x+ g3 h阿迪达斯表示，AI Rihla 首次采用了 CTR-CORE 系统，其中在球的中心位置有一个芯片，它可以以每秒 500 次的速度追踪每个球员的触球。
& d8 @' Q4 I! P3 W! P) A0 o. j同时，芯片还内置一个承载 500 Hz 的惯性测量单元（IMU）运动传感器的悬挂系统，可以在比赛期间收集高精度的球运动数据并实时传输给 VAR（视频助理裁判），让 VAR 在 25 秒内做出判决。
这项技术是由阿迪达斯与国际足联、最先进的传感器网络和边缘计算领域的领导者 KINEXON 共同开发出来的。阿迪达斯表示，新技术是「完全隐形的」，球员感知不到这项技术，因此对他们也不会有任何影响。此外，传感器由一个可充电电池供电，可通过感应充电。
/ O) j' I' b/ l8 i8 k: s' F  g4 f简单来看，基于这项新的技术制造的足球，可以提供精确的球数据，并实时传递给裁判。结合球员的位置数据并通过应用人工智能技术，可为视频助理裁判提供即时信息，帮助优化决策。
据悉，这款球将用于锦标赛的所有 64 场比赛中，而且这个比赛用球不会对外售卖。
" R8 f, X  Y* t7 Z# ~# S; z这也让不少网友发出感叹：足球的尽头原来是芯片，并不是花钱就能买得到的。
  H- @4 n6 Y6 y' P半自动越位识别技术 SAOT
) l* e! C, A+ c6 q3 y4 S2 f0 _今年世界杯中，首次正式应用了半自动越位识别技术 SAOT。所谓半自动越位识别技术，主要由上文介绍的球内传感器、特制摄像机和人工智能系统三个部分组成。
对于第一个模块——球内传感器，上文已经介绍过了，在此不再赘述。
第二个模块之特制摄像机，在本次赛事中主要有 12 个专用光学摄像机，被安装在体育馆屋顶下，而且摄像机之间相互同步。
# @3 c) Z4 F3 x4 u它们可以对场上的足球和每名球员进行追踪，而追踪球员四肢和球位置的数据点共计有 29 个，这些数据点被输入人工智能系统中，以每秒 50 次的频率发送数据，能够精准定位每名球员以及球的位置。
! g: D* v* W( f# f: f" L+ ]半自动越位识别技术 SAOT 的原理是，当国际足联利用第三个模板之人工智能系统捕捉到球员有越位时，系统会将这些信息合成并在几秒内发送到视频监控室。如果系统检测到越位，VAR 团队将会收到警告。
$ }: d4 o3 W3 Q/ b
8 ^, C& R. b; @+ Z

7 x# K2 j8 ^& i( @% T& ?+ \! X来源：国际足联
然后，VAR 团队再进行人工重新评估情况，看收到的警告是否准确，并将最终结果同步给主裁判，以此实现比赛的准确与公平性。
针对这一点，国际足联预估，这种越位识别技术可以通过审查当前越位的视频片段，将决策时间从平均 70 秒缩短到 20-25 秒，极大地省了 VAR 团队的活。
9 [; x- o6 a$ v2 U# U2 H( [7 v; E2 `不仅如此，半自动越位识别技术还会生成 3D 动画，可以在中场休息的时候，面向现场看台上的观众以及线上观看比赛的球迷展示，回顾当时球员的越位具体情况。
8 |, Y( P5 U; F/ r


在昨晚的阿根廷 vs 沙特阿拉伯比赛中，阿根廷打进的四个球，有三个就是因为越位被判无效，其中不乏有差之毫厘的越位距离。为此，也让不少阿根廷球迷感到惋惜。
算法与人脸识别的应用
' E4 ^% P) I: N5 B( d除了以上针对球员和足球的技术应用之外，卡塔尔也在本次场馆安保上下足了功夫。
据外媒报道，将会有 100 多名技术人员在位于卡塔尔首都多哈的 Aspire 指挥和运营中心，这里全天 24 小时有人值班，他们会仔细监控从安装在八个用于赛事体育场内的 22000 个监控摄像头获得的图像。
与此同时，据悉，最终的决赛以及其他 10 场比赛将在可容纳 8 万多人的卢赛尔体育场举行，其中采用的面部识别技术可以直接放大场馆中 8 万个座位中的每一个。
9 O1 D9 a/ b$ e& A" 只需要单击一下，我们就可以从一个体育馆的画面移动到另一个体育馆。所有的一切都被集成在同一平台上，包括设施管理、安全等等 "，来自 Aspire 指挥和运营中心主任 Hamad Ahmed al-Mohannadi 分享道。
根据卡塔尔官方表示，这是世界杯首次使用 "互联体育场" 的概念。AI 可以使技术人员预测人群的拥挤程度，因此他们可以通过与安全官员共享信息来快速应对过度拥挤的问题。
便携式的球场
如果不是这次世界杯，可能很多人并不知晓卡塔尔这个国家。当然如果不是为了世界杯，卡塔尔也用不着建那么多球场。
据悉，卡塔尔为了这次世界杯已经花了 2200 亿美元，超越了过往任一届世界杯的开销，也让 " 中东土豪 " 几个字登上了热搜。
6 {) k! ]  _! |, a不过，有钱也不代表铺张浪费，此次卡塔尔所建立的足球场之一—— 974 体育场采用了独树一帜的技术，其结构的每个细节都可以拆卸，包括球场的草坪到每一排座位、厕所以及构成足球场的所有设备和用品，同时也可以运输到另一个位置快速组装起来。974 体育场也被认定为是世界杯历史上第一个完全可拆卸的体育场。

, _$ _8 {9 r  I1 m/ ?
2 {( M* z5 f7 c, B7 w
其他技术
# d: ^, s4 u# B% M. ]1 X" ^0 q% u尽管卡塔尔现在的天气并不是炎炎夏日，不过其依然为赛事服务的场馆带来了先进的制冷技术。在对足球场的建筑和设计进行优化后，设计团队得出的结论是，无需对整个场地进行降温，只需将场地和最高座位上方约 2m 的位置作为重点即可。
" j: f* [9 o" C* N. c每个不同场地的冷却系统设计都不同，以适应每个场地的设计和特点。不过，这项技术的共同点是利用太阳能。
当室外空气被冷却后，直接分布在看台观众席下方和球场旁边的大型喷泉中。该系统使用绝缘和现场冷却，以尽可能环保。卡塔尔大学的 Saud Abdulaziz Abdul Ghani 博士表示：" 据估计，这项技术的效率比现有技术高 40%。"
8 a, ^  F) n( O, w* [3 P体育场只需要在比赛前两小时进行降温，与其他方式相比降低了能源消耗。此外，还有冷空气回收系统，经过二次冷却后排放到室外，从而减少热空气的吸收。
此外，本次还使用了音频解说（ADC）服务，它可以让弱视和盲人观众与其他球迷一起欣赏比赛。视障人士将通过尽可能逼真的声音体验现场的气氛和发生的事情。专职负责这项服务的解说员也会对比赛进行进行点评，还关注肢体语言、面部表情、球场氛围、色彩以及所有视障人士需要了解的信息。
猜测哪队会取得最终的胜利？
( W/ U$ P1 d  I5 t当然，每年世界杯球迷最为关注的方向，必然是哪支队伍会获得最终的胜利。为此，来自英国艾伦图灵研究所（Alan Turing Institute）开发了一种算法来预测哪支球队最有可能赢得世界杯。
优化算法
7 e# B/ U+ J- b( e/ }根据该团队介绍，其使用了一种名为 AIrsenal（https://www.turing.ac.uk/news/airsenal）的算法，该算法是他们在 2018 年开发的，用于玩 Fantasy Premier League（梦幻英超）。这又是基于 1997 年 Dixon & Coles 的模型（足球预测界的经典之作），该模型有球队的攻击力、防守力和主场优势的参数，并使用贝叶斯统计学来计算特定比赛的最可能得分线。
" b1 f+ m/ z% L" S他们修改了 AIrsenal 算法，使其更适合预测国际比赛结果。例如，国际球队最常与来自同一大洲的球队比赛（巴西自 2019 年以来没有与任何欧洲球队比赛），这可能导致在试图预测不同大洲的球队之间的结果时出现偏差。为了解决这个问题，该团队为不同大洲的联合会相对实力引入了模型参数。
基于 GitHub 数据集
为了更准确地预测 2022 年世界杯冠军，该团队用过去的数据训练了模型。其采用的是 GitHub 用户 martj42 汇编的一个包括自 1872 年以来的每场国际足球比赛的数据（https://github.com/martj42/international_results）。
) Y% c( e# s! M为此，他们用了这个模型先预测了 2014、2018 年世界杯的结果，最终成功了。然后，该团队将模型增加了世界杯比赛（降低洲际锦标赛、预选赛和友谊赛的权重）和最近进行的比赛的权重，实现对球队最新表现的预估。
在将模型运行了运行了 100,000 次之后，该团队发布了预估的结果：
巴西是大热门，获得冠军的几率约为 25%。其次，比利时和阿根廷的得分也很高，分别排在第二和第三位。
3 p6 B3 _7 h+ L0 W# y% q


5 x( C- u, w* n6 r目前该模型已开源：https://github.com/alan-turing-institute/WorldCupPrediction。
* |" q2 z) ?. R* h* W' |特别声明：本预测结果不提供任何参考建议，只供源码学习、贡献与交流。
6 E- Y$ t( G% ?* F1 H/ }你认为哪个球队会获得最终的冠军宝座呢？
. h5 g" y2 S% ]& Z2 E/ p0 ]+ T: d参考链接：
; I9 n- m6 z: |( |8 @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
& x; Y# {3 y; |$ X
, Z; x0 @4 Q- e0 W8 F