乾坤物联-卡塔尔世界杯高科技，足球场的UWB高精定位

卡塔尔世界杯如火如荼举行着，官方用球AL RIHLA中植入的芯片成为一个重要的看点，为视频助理裁判技术（VAR）团队实时提供精确的球数据，以支持快速准确的越位判罚。

近日已有大量文章对这一神秘的芯片进行研究报道，业界不少专家对其背后多个工作机制比较感兴趣。这是一个集运动传感、定位、通信、边缘计算和应用平台为一体的一整套物联网解决方案。

物联网系统如何应用于世界杯官方用球

2022世界杯官方用球将采用新的连接技术，它将通过提供前所未有的数据和信息水平来增强VAR系统，使裁判可以做出更快、更准确的决策。

1.两颗传感器组成的感知系统

具体来说，在每一个比赛用球内都有一个基于UWB技术的芯片，实际上是由两个同时工作的独立传感器集成而成：

超宽带（UWB）传感器，这一传感器有2个功能，一方面可以跟踪和获取足球精确的位置数据，另一方面可以将数据实时传输至后台系统中。

惯性测量单元（IMU）传感器，这一传感器用来探测足球细微运动。

两颗传感器有效配合，UWB传感器获取位置数据，IMU传感器获得精细的三维运动数据，保证足球主要数据的采集，其中UWB作为最为理想的定位技术，在精度、成本、可靠性、稳定性等方面胜于WiFi、蓝牙等手段，其定位精度最低可以达到0.1米，并可以实现三维定位，适合球场很多争议的场景。基于两个传感器的技术，在球场任何时候，足球被踢、被顶、被扔，甚至轻击，都会以每秒500次的速度获取相关数据。每秒500次的速度，意味着每次数据收集间隔仅为2毫秒，极大的提升了足球状态和轨迹的精确度。

2.高速可靠的数据传输通道

足球的数据从传感器会实时发送到本地系统，这涉及到了数据的通信手段。虽然当前5G可以提供高速可靠的数据传输通道，且通过网络切片能够保障通道畅通，但需要足球内传感器必须搭载专门的5G芯片，这无疑增加了内部芯片的重量和体积。而UWB此时就发挥了重要的作用，根据应用场景的不同，UWB可以实现10-500米不等的传输距离，能够实现球场范围内的数据传输。

该方案首先会在球场周边安装12-24个UWB基站用于收集数据，并通过有线方式实现基站数据回传。足球传感器收集的高精度数据，会通过内置的UWB芯片以每秒500次的频率发送给基站，由基站进行回传。

当一个足球在比赛过程中飞出界外，另一个新球被扔进来代替它时，后端系统会自动切换到新球的数据输入，无需人工干预。

3.实时处理的边缘系统

由于数据传输具有一定的时延，足球的实时数据分析需要通过边缘计算节点进行处理，UWB基站收集的数据会及时传输至球场附近的处理器中，边缘处理器会在20毫秒内计算出各类参数，例如足球飞行速度、传球距离，并识别出球员的行为，如射门、过人、控球等——这是国际足联在本届世界杯期间推崇的新技术。

此外UWB定位具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能够提高精确定位精度等优点，通常用于室内移动物体的定位跟踪或导航，广泛应用于变电站，污水化工，智慧工厂，医疗，公检法等多个行业。