一、UWB体育运动场景测试

来源：Experimental Evaluation of UWB Indoor Positioning for Sport Postures（比利时根特大学）

UWB室内定位系统在运动员复杂运动过程中跟踪运动员的能力，分析了人体标签放置位置和人体运动模式对定位精度和通信可靠性的影响。

标签放置位置影响

测试方案：标签佩戴人体不同的9个部位，周围有8个固定的锚节点(编号从0到7)，标签位于半径为2m的圆的中心。

由于人体会对电磁波产生吸收和反射的效应，同时每个标签的天线和接收天线的角度差异性，导致不同部位的标签表现不同。采用三个指标进行评估：精度、丢包率和可见锚的数量。

当标签位于用户头上时，所有锚节点上的平均丢包率为1.45%。而当标签放在胸部时，UWB信号被人体阻挡，在某些情况下，超过50%的测距包丢失。

以丢包率小于10%来定义锚节点的可用性，大多数标签位置可以有至少6个锚节点可用，这使得这些标签位置适合用于位置估计。

通过放置在头部的标签来进行来进行精度测试，可以研究所有可见锚节点是否具有同等质量。如果将丢包率与平均测距误差相结合，高丢包率并不一定会导致较低的精度。在标签放置在头部的情况下，锚4在测距过程中的丢包率最高，为4.8%，但在平均测距误差为16.85cm的情况下，它的测距精度并不是最差的。

体育运动的影响

评估当标签贴在身体的不同部位时不同姿态对测距误差的影响。关注四种姿态：站立，深蹲，弯腰，俯卧在地上。

实验收集了标签和所有8个锚节点之间的测距测量值。然后对数据进行处理，并从精度和丢包率的角度分析结果。

标签放置在头部的性能是最优的，该位置的丢包率和平均测距误差都是最小的。因此，针对头部的标签，还进行了加速跑和跳跃两项额外的测试。虽然与静止情况相比，丢包率从8%提升到了17%，但测距误差是相当的，加速情况下的平均误差为14.5cm，跳跃和静止情况下的平均误差分别为14.8cm和13.9cm。

UWB定位算法

使用卡尔曼和粒子滤波融合来自不同传感器（如UWB和IMU）的信息，实现对物体或人的跟踪。卡尔曼滤波不适合于非线性系统，通常采用扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波对非线性系统进行建模。另一方面，粒子滤波虽然能更好地处理非线性系统，但它需要更多的计算能力。

为了评估粒子和卡尔曼滤波的性能，实现采用一条8字形的路径，同时用UWB标签和动作捕捉系统采集测量数据。

粒子和卡尔曼滤波都能够遵循正确的路径。另外，对于粒子滤波来说，大多数的测量误差在30cm以下，有50%的时间误差小于10cm。另一方面，卡尔曼滤波有50%的时间误差小于17cm。

大场景的测试

为了覆盖整个赛道，需要28个锚节点。自行车运动员在头盔上佩戴移动标签，对运动员的表现几乎没有影响。骑行一圈参考时间约为27s，近似速度为9m/s。

室内跑步

在一条长60米，有三条赛道的直线跑道上进行测试。部署的锚的数量减少到10个，运动员将标签佩戴在侧臂上。根据之前的研究结果，侧壁从丢包率和精度来看是第三好的选择。虽然在跑步过程中，手臂相对于身体重心移动得更明显，但这个位置确保了跑步者的最佳舒适感。

可以看出运动员显然处于第一条赛道（4m<y<5m）。由于标签位于手臂上，估计值略偏向上。即使在这种情况下，算法也可以精确地跟踪跑步者。然而，粒子滤波似乎不太精确，估计值有时比卡尔曼滤波更分散。

结论

UWB被认为是获得厘米级位置估计值最有前途的技术之一。随着价格低廉的UWB芯片的商业化，这项技术得到了更多的普及。UWB是一个很好的体育分析和跟踪市场的候选。

原文信息

Matteo R , Stef V , Jense D , et al. Experimental Evaluation of UWB Indoor Positioning for Sport Postures[J]. Sensors, 2018, 18(2):168. DOI: 10.3390/s18010168

二、UWB产品体育领域实际应用

UWB和足球训练

采用了超宽带无线通信技术（UWB）进行数据传输，将定位精确度精准到厘米级，这一技术利用足球人工智能算法，准确的计算出在训练和比赛中球员的体能负荷、运动表现、技战术配合等等上百项足球数据，将科技带入校园足球。

通过多维度数据监测，评估球员体能与运动表现，分析团队及战术数据，以此为选拔优秀足球人才提供依据、为教练制定足球训练教案提供参考。

通过先进的精准定位技术、核心精确算法、世界级球队数据分析经验，以可视化图表数据形式呈现足球训练与赛事。

通过技术的创新，提升了足球运动的乐趣性与专业化，让每一个有足球梦想的青少年都能够使用。同时，我们为每一位使用者建立了永久性的数据档案，进而建立整个足球领域的大数据，为中国足球产业带来革命性的变化。

通过先进的科学技术，让足球运动数字化、专业化、科学化、趣味化。建立健全校园足球及各个球员的档案，为科学的训练，客观的评定和选拔人才做数据标准，更全面、科学的数据为教练的临场指挥和比赛总结提供科学依据。

UWB应用于世界杯官方用球

这一技术由一家名为KINEXON的德国物联网公司提供，通过每秒500次自动提供准确的足球相关信息，如足球的初始速度、运行速度、运动角度等，使比赛裁判和官员能够快速查看现场数据，并将有助于通知越位情况，并协助检测有争议的冲撞，从而最终提高VAR决策过程的质量和速度。

作为物联网技术厂商，KINEXON为足球比赛提供了一整套物联网解决方案。

1.两颗传感器组成的感知系统

备重14克，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。

KINEXON 公司联合创始人兼总经理马克西米利安·施密特（Maximillian Schmidt）表示：“ UWB 传感器能给出物体的位置信息，IMU 则提供球三维的运动细节。”

KINEXON 的球内装置由阿迪达斯提供的悬挂技术支持，该技术将传感器置于球的中心点，并将其固定不动。

2.高速可靠的数据传输通道

足球数据从传感器实时发送到本地系统，UWB可以实现10-200米不等的传输距离，能够实现球场范围内的数据传输。根据KINEXON的足球跟踪解决方案，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。

3.实时处理的边缘系统

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。

当然，球场的各类数据和球员行为不仅仅通过足球传感器的数据来确定，还搭配了全场的光学跟踪相机，12个鹰眼摄像机安装在体育场周围，每秒钟跟踪足球本身和每个球员50次，可以追踪身体的29个独立点。当这两个数据源结合起来时，越位决策不仅高度准确，而且比过去快得多。

4.数据分析平台为多方面应用提供参考

通过KINEXON传感器获取的数据，KINEXON提供专门的分析平台，在比赛现场提供了更为精准和快速的裁判判罚辅助。除此之外，这些数据和分析平台也能够为多方提供创新的输入，包括教练教学参考、媒体及时报道以及观众观赛体验。

2022 年 5 月，葡萄牙超级联赛升降级附加赛用了内置 KINEXON 传感器的足球，同时球员球衣上也有传感器，用于追踪球员的动作。赛后给出了多个类别共 300 多种统计数据，包括：

技术数据：射门和传球速度、控球时间、各种运球动作
表现数据：运球速度、加速和冲刺跑——包括有球和无球——加上运动员“负荷”的测量
战术数据：面向球队和球员两个方面，可以跟踪空间控制、压迫、得球/失球和反击等战术概念

KINEXON与NBA

本次世界杯并非KINEXON公司在体育领域的首秀，实际上这家公司凭借物联网技术，仅用两年的时间，便一举改变了NBA在可穿戴设备领域的版图。

早在2016年，KINEXON通过与费城76人队的合作首次进入了NBA的市场，通过内置的传感器芯片，KINEXON推出的iball智能篮球可以追踪篮球的运动轨迹和速度，并实时反馈数据；

而搭载着KINEXON传感器的球衣，也能帮助教练们在训练或比赛中实时监控运动员们的状态。在不被大多数人看好的情况下，这家公司仅用两年便迅速站稳脚跟，成为了NBA最大的可穿戴设备供应商，NBA官方数据显示，目前联盟中的30支球队里，有14支队伍使用着KINEXON的设备。

三、UWB+BLE 标签

UWB实现高精度定位；BLE实现人体数据采集，并通过UWB数据通道上报UWB基站；

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