在2010年，光学跟踪系统在主要足球联赛中变得越来越普遍，同时背负式全球导航卫星系统(GNSS)设备也在增加。这种增长首先在团队训练环境中观察到，然后在比赛中越来越多。因此，国际足球协会理事会(IFAB)考虑到这是一项新技术，但也有可能帮助球员、教练和医务人员，就出现了如何处理此类系统使用的监管问题。
国际足联(FIFA)和国际足球协会(IFAB)并没有简单地禁止这些系统，而是寻求一种更积极主动的方法，在对这些系统的使用做出任何结论性裁决之前，更好地了解这些系统的好处。在与联赛、足球利益相关者以及跟踪系统提供商进行磋商后，国际足联在2016年确定了四个需要明确的领域:
球员可穿戴设备的安全性
跟踪技术的有效性(准确性和可重复性)
数据格式--特别是确保互操作性
数据安全
虽然所有这些最终都将以某种形式得到解决，但本文特别关注第二个领域：电子性能和跟踪系统(EPTS)的有效性。这个总括性术语被创造出来，包括当时可用的光学和可穿戴设备的集合。国际足联与维多利亚大学的研究人员合作，于2017年发布了一项关于EPTS质量的全球标准，此后每年都进行测试活动。这些测试活动在足球场内举行，将每个EPTS的输出与已建立的3D运动分析标准系统进行比较，以确定其准确性(图1)。
图一
有了数百万个数据点、经过测试的大量系统，以及随着时间的推移进行的大量重新测试，现在可以发布过去7年测试和验证EPTS技术的一些综合经验。本文首先分享了这一时期的一些实证发现，第二部分介绍了这一领域需要解决的一些新挑战。
一、2017-2023年: 从零开始走向卓越体系
自2017年以来，国际足联质量计划一直在评估足球中EPTS的质量，旨在为最终用户提供与这些系统的安全性和准确性相关的信息。该方案自开始实施以来已发生重大变化；包括商业提供商数量的增加，以及提供给客户的度量标准的质量和范围的改进。这也导致了EPTS的新的和不同的应用，使一系列的足球利益相关者受益。以下是国际足联研究与标准部门在过去七年中所做的一些重要观察。
1. 新系统和新指标: 一个EPTS
自国际足联EPTS质量计划开始以来，新型系统已经出现。从单优势缝合光学跟踪和主要的GNSS和局部定位系统，值得注意的新例子包括基于传感器的、下肢安装的以及其他利用光探测和雷达(LiDAR)的系统。与此同时，除了传统的球员位移和基于位置的指标(以及它们的许多衍生品)之外，许多商业产品也添加了新的衡量标准。其中包括:
球跟踪，包括XYZ位置，速度和轨迹
骨骼跟踪，包括与每个球员和官员相关的多达30个或更多地标或身体部分的位置和速度
步态指标，包括估计的不对称，步幅长度和方向的变化
技术事件检测，包括球接触和控球
此外，采样率经常从通常的10或25增加到高达50Hz
这一系列扩大的措施也导致了EPTS新应用的出现。除了在工作量和球员分析等性能方面增强已经建立的用例外，它还可以更好地理解球员、裁判和球的移动和动作。
然而，这意味着，随着新度量和用例的数量继续增长，有能力提供所有功能的系统相对较少。为了解决这个问题，一些供应商希望通过扩展或合作来采用混合解决方案，通常利用增强的计算机视觉或传感器融合，这在工业中已经很常见。
表1提供了一个关于这种情况如何开始变化的例子。每个包含“Yes”的单元格表示系统类型提供特定测量的潜在能力(GNSS和LPS球跟踪假设包含一个连接的仪器球)。随着时间的推移，新系统将把表中的列数扩展到右边，那里可能出现新的跟踪技术和混合解决方案(表的阴影部分)。新措施的产生将行数向下扩展，可能进入以前认为不可能的新领域，例如球员和裁判的心理，沟通和更好地理解受伤机制。当然，就像基于球员位移的测量方法一样，每一种方法的有效性都需要在它们出现时建立起来。表格中某些单元格中出现的问号表明，每个新系统在其服务中选择强调哪些措施仍有待观察。
表一：当前EPTS类型的总结以及现有和潜在未来产品的比较
随着公司产品的扩展，它不仅会为最终用户提供更多的选择，而且还会为组织内的多个功能(即性能、粉丝参与、媒体、战术分析)提供使用给定系统的机会。因此，与其将系统视为可穿戴的或光学的，或者能够提供质心或骨骼跟踪，我们认为EPTS应该被视为一个包含所有这些类别的术语。用户被告知系统是否适合某一特定目的，理想情况下，至少部分应通过咨询类似于上面表1所提供的信息。
总结:
在过去的七年里，EPTS测试出现了新的测量手段，更高的采样率和更全面的数据集。因此，EPTS的领域已经发展得比最初主要提供广播洞察和告知玩家负载管理的目的更广泛。知道这些系统是有效的，现在就可以使用更多的应用程序。
2. 趋势: EPTS市场已经改善
自2017年以来，由28家EPTS供应商开发的86套EPTS系统已经接受了国际足联质量计划的评估。图2显示了这段时间内测试系统的细分情况，从2021年开始，随着下肢可穿戴设备和激光雷达的引入，光学产品将显著增加。
图2：自2018年以来测试的EPTS累计数量
在分析了超过1150万个数据点后，图3显示了在同一时期内观察到的三种主要系统类型在准确性方面的累积变化。滚动均方根差(RMSD)，一种常用的精度测量，已经显示出GNSS和光学系统的改进，而在LPS中已经观察到轻微的下降。值得注意的是，与3D动作捕捉相比，球员速度和增加的系统差异之间似乎没有线性关系。然而，值得注意的是，这些结果可能不能代表更广泛的行业，这些结果是在西班牙和英格兰的一系列体育场中获得的，并且应该划分为参与本次测试的系统(在某些情况下，同一系统进行了重复测试)。
图3：自2018年以来按系统类型划分的EPTS速度精度变化。平均系统类型性能用黑色三角形表示，95%置信区间用红线表示。RMSD为均方根差，单位为米每秒，OPT为光学。
图4显示了相同的数据，但是用位置而不是速度表示。GNSS设备总体上有了实质性的改进，从2018年的3米多上升到2米以下。许多供应商现在例行报告的数值低于1米。
图4：2018年以来按系统类型划分的EPTS定位精度变化。平均系统类型性能用黑色三角形表示，95%置信区间用红线表示。MAD为平均绝对偏差，单位为米；OPT为光学偏差。
这些数据的主要结论是:
总的来说，从2018年和2019年的第一次测试到2022年和2023年的后续测试，趋势是非常积极的。虽然有些系统最初被认为不具备足够的精度以达到性能目的，但除了少数异常值外，速度测量的质量完全在有用的范围内
2019年和2021年测试的光学跟踪系统数量显着增加，部分原因是多摄像头系统的引入。这些类型的系统不断改进，显示平均速度误差远低于1米/秒，使其成为市场上最准确的系统之一。
如上所述，新型系统已经进入市场。混合系统和激光雷达显示出了希望的迹象，但对它们的总体性能进行结论性评估还为时过早。
一种快速发展的新兴EPTS类型尚未有足够的验证周期来提供可靠的经验数据，即提供“直播跟踪”的EPTS类型。这些系统使用标准的直播信号或战术馈送，而不是定制的摄像机设置。过去三年进行的测试表明，这项技术的发展潜力巨大，特别是考虑到其相对成本较低。但是，应当指出，这种系统的性能在很大程度上取决于它收到的录像的质量。
这些观点提出了三个主要考虑因素。首先，这种改进对足球来说是一个积极的发展，并且在很大程度上有助于巩固EPTS在这项运动中的使用：EPTS及其数据将继续存在。其次，很明显，许多供应商现在已经足够准确(或者很快就会)跟踪球员的质量中心，以满足足球行业目前所需要的许多用例。此外，一些系统现在精确到与3D运动捕捉系统相似的水平，两者之间的任何差异可能主要由测试环境或方法差异(如过滤方法和如何跟踪物体的质心)来解释，这是合理的。第三，这意味着，对于那些想要进一步区别于竞争对手的公司来说，它将需要从其他方面入手，而不仅仅是准确性。
二、从这些最初的经验中我们能学到什么?
经验表明，总体而言，EPTS已经发展得非常好，如上面的综合质量报告所示，接下来的问题是“下一步是什么”?这个问题与系统及其应用以及进一步的研究和验证同样相关。不断提高准确性、可重复性、数据完整性和延迟性将是许多供应商的内在动机，然而足球数据无处不在的本质将需要一个更大的框架来评估“好”或“有用”，因为这些术语对不同的用户将开始有非常不同的含义。
1. 质量比准确性更重要
当国际足联开始评估EPTS为足球提供的额外价值时，准确性是首要考虑的问题。这些系统所衡量的东西是否足够好，足以提供有用的见解？既然这个问题的答案几乎可以肯定是肯定的，那么公司有哪些方法可以实现进一步的差异化呢？合适的价格点和良好的客户服务总是受到消费者的重视，然而，在其他质量特征上显示高水平的性能，如可靠性(在多个体育场馆同样出色地工作)、可扩展性(在国际赛事中提供实时数据的能力与在训练中延迟数据交付的能力一样好)和功能(运动员、教练和球迷的积极使用体验)可能越来越重要。
当然，这些都不是定义“质量”的新概念；对于许多EPTS用户来说，质量总是包括对这些特性的考虑。为了更全面地代表一个系统的标准，国际足联质量计划自2017年以来一直在反复测试，以包括更多的质量特征。例如，2023年报告包括报告数据报告中的退出比例，实时数据提交的真实测量延迟以及多个球员的性能可重复性。今后需要对更多方面进行评估。
通知这些变化的一些是体育技术质量框架。该框架由体育技术研究网络开发，旨在提供一个标准化的、基于证据的工具，体育技术利益相关者可以采用该工具来评估技术的价值、可用性和质量。它包括23个质量特征，如可用性、数据所有权、隐私和环境可持续性，最终用户在采用或获得新技术之前应该考虑这些特征。随着行业的持续发展，解决或强调这些功能可能是EPTS供应商的有利策略。此外，为了更好地告知最终用户并进一步提高行业标准，预计该框架中包含的更多功能将在未来几年被纳入国际足联EPTS质量计划。这方面的例子可以是组织内的质量保证体系、生产足迹或数据安全评估。
2. 情人眼里出西施
EPTS质量本身只是决定采用哪个系统时考虑的一个因素。成本，供应商的地理区域和人为因素，如供应商和组织之间的个人关系也发挥作用。决策者的EPTS素养也可能因国际足联不同成员协会或不同级别的比赛和(半)职业俱乐部而异。在像足球技术这样快速发展的领域，跟上最新的硬件发展和应用也很困难，这使得买家容易受到令人信服的销售说辞的影响。为了支持质量体系的推广，进一步加强国际足联质量计划报告，结合应用资源，如预期的EPTS买家指南，将有助于在这方面创造公平的竞争环境。
然而，最终，当涉及到决策时，哪些质量特征的权重最大可能在组织之间有所不同。用于大规模青训计划的系统可能会牺牲一些准确性，以换取显著降低的成本或易用性。相比之下，获取用于直播的系统可能需要强调系统可靠性和极低的延迟，因此可能需要更高的计算需求来快速提供质量控制的数据。
图5显示了如何实现这样的流程。在这个例子中，比较了四种系统的成本和收益。后者可能与系统将在组织内经历的用例数量、将与其输出交互的部门数量或预期的投资回报有关。根据本文前面讨论的许多特性，气泡的大小可能与提供者的质量有关。国际足联质量计划的目的是提供越来越客观的信息，帮助每个用户做出自己的明智决定。
图5：举例成本与效益质量评估比较各种不同的EPTS
3. 应用为指导因素
如果EPTS用例是比球探的定性评估更准确地捕捉球员在训练中的移动或最大速度，那么这可能需要与世界杯决赛中用于半自动越位判罚的系统非常不同的规格。然而，将系统与预期的应用程序相匹配不仅仅是质量或成本问题。它包括深入研究这些问题和应用程序本身。
例如，如果体能教练想要确定他们最近的跑步计划对提高球员加速的有效性，就应该提出更详细的方法问题。例如:
运动员的哪个部位被跟踪？(质心、传感器位置、下肢？)
系统是如何测量加速度的？(通过GNSS、惯性测量系统、传感器融合？)
定义“加速”的阈值是什么？
采用了哪些过滤技术？
在一个日益饱和的市场中，供应商将寻求开发(并推广)新的指标，实际上，应用程序是最具影响力的。正如表1中所阐述的那样，不同的任务需要非常不同的系统，而且，在每一种情况下，非常擅长某一件事(可靠的高速跑步测量)的系统往往不擅长其他事情(球跟踪或裁判数据)。
虽然EPTS提供商的工作不一定是提出好的问题，但他们的职责应该是产生实际增加价值的指标。随着市场的整合和购买者越来越大的实体，如联赛或俱乐部，漫长的招标过程或信息请求将被公布，以寻求最好地解决所有所需的解决方案。在这个阶段，关键是要理解直播的需求(通常首先热衷于快速数据传递)，战术分析(需要良好的位置测量)和物理分析(需要良好的移动数据)将是不同的。因此，由于低延迟、高质量和高采样率，一次性最好地解决所有问题的解决方案可能非常昂贵，而如果单个定制系统仅用于满足关键目的，则它们往往更经济实惠。对真正需要的东西保持务实是决定申请的关键。
4. 关注未来是有好处的——但也要知道今天的需求
所有现有的系统都可能会继续改进。这可能是以新硬件(例如在其他行业中可用)、软件、更新算法(包括人工智能能力等)的形式出现的，或者只是从其他行业(通常是金融科技或军事)转移过来的。了解这些可能的发展是什么，应该有助于在计划的时间范围内指导决策。然而，重要的是要知道你目前的需求是什么，而不是过多地关注未来，以及未来两年、三年或五年内可能有什么。我们有充分的理由考虑该技术的更大背景，并解决EPTS的一些进一步考虑:
了解EPTS今天可以提供的数据，这些系统是否有助于更好地理解人类运动的“方式”和“原因”，从而找到新的用途?
通过“简单地”衡量绩效，EPTS能否帮助完成比现在更广泛的任务？在健康、机构见解甚至大规模研究方面是否还有进一步的胜利尚未被利用?
毫无疑问，人工智能的崛起可能会帮助用户提出他们今天没有想到的数据问题。就其本身而言，人工智能不会彻底改变EPTS市场，但随着从业者提出正确的问题，它可能会增加显著的价值。
随着数据变得越来越标准化，计算能够轻松地获取更大的数据集，联合研发应该成为一个有趣的价值主张。虽然一个实体(联盟或俱乐部)可以收集的数据量将受到限制，但为更大的人群加入(匿名)数据集可能会解锁当今不可行的见解。
市场整合很可能发生在主要细分市场，为了提供全方位的混合解决方案——从端到端，合并和合作必须发生(并将继续这样做)。
结论
过去七年对超过1000万个数据点的分析显示了EPTS技术的改进。与2010年相比，这种更高的品质表面上创造了一个全新的市场。对80多个商用系统的验证为最终用户提供了前所未有的信息，并大大提高了数据提供者的质量。通过在2017年引入质量计划，国际足联成功地确保了当时市场上的系统对足球有用，但一直在推动使用EPTS来解决进一步的现实问题。骨骼追踪作为一种更准确的越位检测手段的验证，显示球运动的经验证据和新技术的出现极大地扩大了追踪技术在体育运动中的使用范围。接下来的步骤将是扩展质量的概念，超越对度量的特别度量，并朝着更全面的理解，即对于所有当前和未来的用例，无论它们是什么，什么是“好”和“有用”。
信息来源：FIFA
