Материал из PL Engineering

          Технологии RFID в спорте

          Использование технологий RFID для хронометража во время спортивных состязаний

          Несомненно, Олимпийские игры изменились со времени их проведения в древнем мире. В Древней Греции они проводились в Олимпии каждые четыре года с VIII века до н.э. до IV века н.э. и включали такие спортивные состязания, как гонки на колесницах, бег на различные дистанции, бокс и борьба.

          Когда современные Олимпийские игры были возобновлены в Афинах в 1896 году, на них были представлены борьба, плавание, фехтование, гимнастика, легкая атлетика, велосипедные гонки, тяжелая атлетика и стрельба. В настоящее время Олимпийские игры включают около 302 соревнований в 28 видах спорта: девяти основных плюс множество видов спорта из различных стран мира.

          Однако, изменились не только виды спорта. Современные технологии, такие, например, как технология радиочастотной идентификации (RFID), в настоящее время играют важную роль в организации многих спортивных состязаний.

          Сейчас обычных секундомеров уже недостаточно для хронометража во время соревнований. В таких видах спорта, как марафонский бег, триатлон, велосипедные гонки и т.д., используются таймеры на основе технологии RFID, а также прочие высокотехнологичные устройства, например, инфракрасные лучи и электронные сенсорные панели.

          Технологии RFID все более широко используется во время соревнований. Так как Олимпийские игры превратились в события международного масштаба, требуется все более высокий уровень безопасности во время спортивных мероприятий. Впервые технология RFID была применена в 2008 году во время Олимпийских игр в Пекине, когда ее использовали при проверке билетов. Билеты на Олимпийские игры оснащались RFID-чипами для ускорения проверки билетов на входе и предотвращения подделок. Около 3 миллионов зрителей, журналистов и спортсменов пользовались этой системой проверки билетов на основе технологии RFID.

          Использование RFID-таймеров во время гонок обеспечивает высочайшую точность хронометража. RFID-таймеры определяют время с точностью до миллисекунды, хотя обычно публикуются результаты с точностью лишь до одной сотой секунды. Это в 40 раз меньше времени, за которое человек может моргнуть, что позволяет определить победу или поражение спортсменов с точностью в доли секунды. Точность хронометража особенно важна в забегах на короткие дистанции, например, в забеге на 100 метров, так как продолжительность таких забегов лишь немного больше десяти секунд.

          Для определения времени метки RFID прикрепляются к обуви каждого спортсмена. Как сообщает Стюарт Стил (Stuart Steele), представитель компании RFID Race Timing System (Австралия) в Соединенном Королевстве и Ирландии, «традиционными таймерами сейчас считаются низкочастотные (LF) метки на лодыжке, а новейшей технологией являются сверхвысокочастотные одноразовые метки на майке или обуви спортсмена. В забегах на короткие и средние дистанции обязательным условием является использование систем хронометража и подсчета очков на основе технологии RFID».

          Отсчет времени начинается после выстрела электронного стартового пистолета. Звук выстрела усиливается громкоговорителем, чтобы спортсмены могли стартовать точно в одно время.

          Стартовые колодки оснащены электронными нажимными панелями, которые реагируют на давление ступни спортсмена при старте, посылая сигнал на дисплей хронометражного устройства. Хронометраж с использование технологии RFID позволяет также выявлять фальстарты.

          Результаты исследований демонстрируют, что человеческий организм реагирует на стимулы через одну десятую долю секунды. Система хронометража на основе технологии RFID позволяет проверить, действительно ли спортсмены стартовали, по меньшей мере спустя одну десятую секунды после выстрела стартового устройства. Если старт произошел раньше этого времени, это означает, что спортсмен среагировал раньше, чем выстрелил пистолет. Если старт спортсмена опережает выстрел, он может быть дисквалифицирован.

          RFID-таймеры также обеспечивают мгновенный подсчет очков. Для отслеживания продвижения спортсмена во время забега на дорожке размещаются специальные маты.

          RFID-таймеры также помогают определять разницу в результатах спортсменов, измеряющуюся долями секунды. Специальный мат, размещенный на линии финиша, фиксирует результаты спортсмена. Высокоскоростная цифровая видеокамера также регистрирует финиш.

          На соревнованиях используются различные технологии хронометража на основе технологии RFID в зависимости от конкретных потребностей вида спорта или состязаний, а также дистанции и погодных условий. RFID-таймеры, используемые на Зимних Олимпийских Играх, значительно отличаются от тех, которые используются на Летних Олимпийских Играх из-за разницы в температуре во время их проведения.

          В марафонских забегах из-за большого количества участников невозможно организовать так, чтобы все спортсмены покинули линию старта одновременно. В этом случае технологии RFID позволяют отслеживать каждого бегуна индивидуально.

          Стил также поясняет, что «все решение сводится к управлению информацией о показателях спортсмена и возможности отслеживать участников во время забега. Спортсмены оснащены уникальными номерами, поэтому целесообразно использовать технологию RFID, учитывая среднюю дальность считывания меток. Таким образом, можно легко считывать информацию о том или ином спортсмене по мере его продвижения по дистанции. Во время забега важно вести учет необходимой информации о местоположении спортсмена и времени прохождения дистанции».

          На случай возникновения технических проблем обычно существуют не менее четырех резервных систем, которые включаются автоматически, если происходит отказ оборудования.

          Эти RFID-метки обеспечивают не только точность хронометража, но и безопасность данных и предотвращают возможность искажения результатов соревнований.

          Как заявил Стил, «метки являются уникальными – их невозможно легко скопировать, хотя ни одна система не застрахована от обман и подделок. Тем не менее, с помощью RFID в сочетании с видеокамерами можно идентифицировать людей, бегущих в одном ряду, и подтвердить это с помощью видео и фотокамеры. На самом деле фальсификация результатов довольно редкое явление, однако иногда происходит самопроизвольное включение системы, что может привести к путанице на линии финиша. В конечном итоге это лишь вопрос правильного управления информацией».

          Футбольный мяч с микрочипом

          Идея использования футбольного мяча с микрочипом во время международных соревнований витала в воздухе долгое время. О применении микрочипов в мячах всерьез начали говорить после чемпионата мира по футболу 2002 года, ознаменовавшийся целой серией судейских ошибок. В частности, высказывались мнения о том, что его необходимо усовершенствовать, чтобы он, например, фиксировал выход за границы поля, или точно определял взятие ворот, помогал в решении спорных моментов. Здесь мы немножко отклонимся от темы и вспомним некоторые моменты из истории футбола.

          1966 год Англия. На трибунах самого известного стадиона Великобритании собрались 93 000 футбольных болельщиков, шумом и пением поддерживающих свои команды. Страсти на трибунах и футбольном поле достигли наивысшего предела, но основное время финального матча Чемпионата мира по футболу между Англией и сборной ФРГ до 90 минуты так и не определило победителя. На 12 минуте дополнительного тайма при счете 2-2 футболист сборной Англии Джефф Херст с мячом прошел к линии штрафной площадки и нанес удар по воротам. Трибуны замерли. Мяч ударился под перекладину и отскочил то ли на линию, то ли пересек линию ворот. Защитник быстро выбил мяч в поле.

          Главный арбитр матча не был уверен, пересек ли мяч линию ворот. Тофик Бахрамов, судья на линии, зафиксировал взятие ворот. Засчитанный гол принес англичанам славу победителя первенства Чемпионата мира по футболу 1996 года, сборная Германии была в шоке, а 400 млн футбольных фанатов, которые смотрели финал чемпионата, так и не смогли для себя точно определить, был ли засчитан мяч правильно, или нет. В течение почти 35 лет не утихали споры по поводу того, пересек ли мяч полностью линию ворот. Тем не менее, в последние годы новые технологии обработки изображений позволили сделать окончательный вывод, что мяч не пересек полностью линию ворот, но было уже слишком поздно.

          Это далеко не единственный пример спорного взятия ворот в футболе. Несколько лет назад, во время игры на Кубок Англии между Уотфордом и Челси, арбитр матча опять ошибся. Гейдар Хелгусон нанес головой удар по воротам, который полетел после этого вниз, но линию ворот не пересек. Мяч был засчитан, а игра закончилась вничью. Телевизионный повтор четко зафиксировал после игры, что мяч не пересек линию ворот, но гол то был засчитан.

          Футбол является единственным профессиональным видом спорта, который не использует мгновенные воспроизведения. В сочетании с обработкой видео изображения, его можно было бы использовать для установления истины и пресечения споров. Но ФИФА считает, что использование видеоповторов может привести к замедлению темпов игры и свести на нет ее динамику, ради которой болельщики смотрят футбол. Как сказал Джон Бейкер, главный судья английской Футбольной ассоциации, в интервью Национальному общественному радио: ”Неотъемлемая часть привлекательности футбола состоит в том, что мяч постоянно находится в игре. Если судья постоянно будет перерывать игру для просмотра спорных моментов матча, игроки, тренеры и болельщики будут очень разочарованы”. В случае финала чемпионата мира по футбол 1996 года , большое количество камер следовало бы установить по периметру футбольного поля для записи игры. Потом, большой объем данных следовало бы проанализировать, чтобы определить точное местонахождение футбольного мяча, пересек он линию ворот или нет.

          Дискуссии по поводу сомнительности принятия решений стали частью мирового футбола еще с 1800-х. Сомнительные решения судьи порождали гнев, враждебность, и последующие конфликты, которые иногда заканчивались смертью футболистов, игроков и футбольных фанатов во всем мире. За последнее десятилетие свыше 100 футбольных болельщиков получили увечья, или погибли в результате конфликтов и беспорядков. Было зафиксировано огромное количество угроз смерти судьям, включая игры Лиги европейских чемпионов. Для устранения возможной неопределенности принятия решений, которые могут вызвать различные противоречия, и была предолжена идея использования футбольного мяча с микрочипом.

          Для того, чтобы не терять динамику игры, и одновременно использовать технологии для точного определения взятия ворот подобно финалу чемпионата мира 1966 года, Adidas-Salomon AG, Cairos Technologies AG, а также Институт Фраунгофера разработали систему микрочипа RFID. Эта система состоит из микрочипа, помещенного в центре футбольного мяча наряду с 10 антеннами, расположенными вокруг футбольного поля. Система отслеживания, разработанная Cairos, обладает значительными преимуществами по сравнению с видео по обработке изображений. Она позволяет использовать небольшое количество данных для того, чтобы точно определить расстояние между объектами. Это означает, что данные могут быть обработаны в режиме реального времени, что позволит установить, было взятие ворот или нет, а также ряд других моментов. Антенны обеспечивают точное нахождение мяча. Способность точно определить местонахождение мяча позволило бы судье на линии Тофику Бахрамову мгновенно принять правильное решение. Но даже до сих пор ведутся споры по поводу целесообразности использования технологии RFID в футболе. Технические характеристики футбольного мяча с микрочипом.

          Сочетая современную RFID технологию с методами триангуляции (метод триангуляции - использование трехмерного исчисления для определения точного местоположения), компании Cairos удалось разработать способ определения нахождения мяча и игроков в режиме реального времени в любом месте футбольного поля. Новая технология отслеживает объекты через микрочипы RFID, вмонтированные в футбольный мяч и футбольные щитки футболистов. Чип передает сигналы на антенны, расположенные вокруг футбольного поля. Каждый раз сигналы, которые идентифицируют объект, посылаются с каждого чипа на 6 антенн, расположенных по периметру поля и по одной в каждом углу футбольной площадки. Благодаря этому можно точно определять нахождение игроков и футбольного мяча в любой момент во время матча. Когда нападающий наносит удар в сторону ворот, часы на руке арбитра матча начинают вибрировать по мере приближения мяча к линии ворот. Затем на часах мелькает изображение ГОЛ, когда мяч полностью пересек линию ворот.

          Новая технология использует активные RFID метки, которые функционируют в диапазоне частот 2,4 ГГц ISM. Высокая частота позволяет осуществлять скоростную передачу данных в широком диапазоне. Поскольку полоса ISM является бесплатной, систему можно внедрить повсеместно. Система Cairos имеет диапазон 300м на 300м и может обработать примерно 100 000 измерений в секунду. Точность системы в пределах от одного до двух сантиметров, даже если объект движется со скоростью 140 км/час. Размер передатчиков, в том числе аккумуляторов, составляет примерно 2 х 2 х 0,5 см или, примерно, размером с копейку, благодаря чему физическое внедрение микрочипа в футбольный мяч не представляет какой либо сложности.

          Проблемы применения футбольного мяча с микрочипом.

          Впервые новая технология была апробирована на стадионе в Нюрнберге, Германия, где специалисты Фраунгоферовского института интегральных схем произвели начальное тестирование новой технологии. Первый футбольный мяч с чипом получил название Пелий (Пелий в древнегреческой мифологии был сыном Посейдона и Тиро) и был готов к началу 2005 года. Он ничем внешне не отличается от обычного футбольного снаряда. Вес, упругость, отскок – все эти параметры сохранены. Кроме этого, внедренный микрочип помогал вести статистику скорости полета мяча после удара.

          Начальные испытания Пелия дали неплохие результаты, после чего новая технология впервые была использована на Чемпионате мира среди юниоров в сентябре 2005 года в Перу, где четыре из пяти футбольных стадионов, на которых проходили соревнования, были оборудованы этой технологией. Во время турнира судьям пришлось останавливать несколько раз игру для замены мяча из-за расшатывания микрочипа. Очень мало информации относительно того, какие проблемы возникали с посыланием сигналов от мяча к часам на руке у судьи. Было зафиксировано еще несколько претензий помимо расшатывания микрочипа. После юношеского Чемпионата мира по футболу в Перу, Сэр Бобби Чарльтон, бывший игрок национальной сборной Англии по футболу, заявил: ”Я бы хотел, чтобы эта технология получила широкое распространение. По крайней мере, чтобы мы знали, забит мяч или нет”.

ФИФА было немногословно по поводу конкретных успехов или неудач первоначальных испытаний. Чиновники высказались за то, чтобы усовершенствовать технологию прежде, чем разрешить ее использование.

После испытаний усовершенствованной технологии на клубном чемпионате мира по футболу в Японии в декабре 2005 года, ФИФА сделал заявление, в котором указывалось, что целью организации является получение 100% надежности технологии, поэтому футбольный мяч с микрочипом не будет использоваться на предстоящем футбольном чемпионате в июне 2006 года. Как только технология удовлетворит стандарты ФИФА, организация выделит необходимые ресурсы для использования новой технологии.

          Технология вроде бы несложная – крохотный чип и некоторое количество датчиков на линии футбольного поля. Но все дело в том в том, что по футбольному снаряду наносятся сильные удары, и проблема состоит в том, чтобы разработать надежную технологию, устойчивую к постоянным нагрузкам. После решения ФИФА, не разрешившего использования футбольного мяча с микрочипом на чемпионате мира по футболу в Германии, Adidas сделала официальное заявление, в котором в частности говорилось, что компания сосредоточит усилия на дальнейшем усовершенствовании системы до того, как она будет использована в соревнованиях на самом высоком уровне.

          13 декабря 2007 года на международном стадионе в Йокагаме Международная федерация ФИФА представила другую версию электронного мяча - Teamgeist II. В нем было решено ограничиться только одной функцией – сигнализацией о том, пересек ли мяч линию ворот или нет.

          Раньше мяч обладал большими возможностями, но затем было принято решение использовать более простую технологию, которая действует следующим образом. Под воротами прокладывают 2мм кабели на глубине около 15-20 см. Провода образуют магнитное поле, на которое реагирует встроенный в мяч чип. Чтобы внедрить такую технологию, требуется не более одного дня. При пересечении линии ворот мяч транслирует сигнал на часы арбитров матча. При этом сигнал шифруется, поэтому вмешаться в работу системы невозможно.

          Тем не менее, Международный совет футбольных ассоциаций, уполномоченный принимать изменения футбольных правил, своего окончательного решения по поводу применения футбольного мяча с микрочипом пока не принял.

         Самой последней разработкой футбольного мяча с микрочипом стал CTRUS японской компании AGENT. CTRUS – настоящее футбольное чудо. Его не нужно подкачивать либо надувать, вес и объем его остается стабильным. С помощью микрочипов можно определить местонахождение футбольного снаряда. В случае пересечения линии вратарских ворот или, например, лицевой линии поля, мяч подает сигнал, подсвечиваясь определенным цветом. Он также оснащен видеокамерой, фиксирующей перемещение на футбольном поле и акселерометрами, фиксирующие скорость движения мяча и силу удара по нему.

          Тем не менее, противники использования футбольного мяча с микрочипом утверждают, что внедрение этой технологии может существенно повредить футболу. Это мнение поддерживается мнением тренера Суонсона, который отметил:”На протяжении длительного времени история подтверждает, что даже с самыми современными технологиями мы не всегда правильно понимаем ситуацию. Усложняющие факторы являются частью игры, независимо от того, этим фактором стала плохая погода, плохой газон или незафиксированное нарушение правил. Без этих усложняющих факторов мы неминуемо потеряем некоторые из тех великих преимуществ, которые предоставляет нам этот вид спорта… ”.

          Как бы там ни было, идея установки микрочипа в футбольный мяч для отслеживания его местонахождения является инновационной и уникальной. Человек уж так устроен, что он всегда стремится к совершенству, особенно в таком высоко конкурентом виде спорта, как футбол. Хотя мяч, забитый Джеффом Херстом на чемпионате мира по футболу 1966 года и победа сборной Англии навсегда останется в учебниках истории, использование футбольного мяча с микрочипом позволяет надеяться на то, что спорные голы навсегда станут уделом прошлого.