冰球运动员与冰球跟踪系统 | Marvelmind

0:01 我们来谈谈体育运动。我们已经接触过、也做过一些体育方面的案例，特别是冰球。我们就以冰球为例来讨论：如何跟踪冰球。我们需要触及一个话题——有时甚至是一个哲学话题——什么叫“跟踪”？比如，我看着画面，却完全不知道冰球在哪里。要跟踪它，就必须能够以某种方式——某种物理方法——测量它的位置。我们不讨论那些假想的、能够穿透地球之类物质的中微子方法，只讨论合理可行的方法。我们使用无线电进行精确的时钟同步，使用超声波进行定位。所以甚至

1:00 在开始讨论定位或冰球（我看不到它在哪里）之前，必须能够接收或发送来自冰球的信号，也就是冰球发出的超声波信号，发送给固定 信标，无论它们安装在哪里。再说一次，我不知道它在哪里，但假设它就在那里，而且已经被接住了。所以冰球就在那里的某个位置，我们想跟踪它。或者，假设我们之前一直在跟踪它，但现在它被包住了，超声波必须从某个地方传出去——我们把这里画粗一点——并被固定 信标接收到，比如说，

1:58 举个例子，这里放一个，这里放一个，这里放一个。但超声波无法从——比如说——守门员的手套里传出去。嗯，假设我们不用超声波，而用超宽带。超宽带可以穿过无线电透明的材料，但电波不可能不发生畸变。例如，如果冰球已经被握在手套里，无线电波出来时并不是在空气或真空中传播，所以延迟会不同。因此实际上，测得的位置就不会在这里，而是在那里、那里或那里。在另一些情况下，比如光学

2:57 跟踪，情况比超声波还糟，因为如果在光学上看不见，就根本无法确定位置。您可以根据之前的位置推测，但一旦冰球被抓住、被包住，就无法确定它的位置。现在我们回到之前的情况，比如冰球在那里的某个地方。好，您把固定 信标 装在那里的天花板上，然后把 信标 装在冰球内部的某个位置。可行吗？可行。很好，效果会相当不错。所以需要安装麦克风，即接收用的麦克风，装在顶部、侧面，当然还有顶部和底部。因为当它底面朝上时，同样的问题：在顶部就听不到声音。当然，它还必须

3:56 很好地防冰、防水、防尘。可行，能做到。但现在假设冰球在某个位置——我不知道，在那里的某个地方——而移动 信标 仍在冰球内部。这时情况更糟，固定信标在那边，这意味着超声波必须穿过所有这些障碍。即使预算不受限制，即使安装了很多信标，这些信标周围仍会被密集的球员遮挡。您看，因为他们几乎肯定会挡住。所以只有当冰球在开阔处飞行时，才容易跟踪。

4:56 那么在两者之间，可以使用其他方法，比如传感器融合和基于IMU的方法。也就是说，在被遮挡时使用IMU数据，不需要任何参考信标。IMU数据会很快累积误差，但当冰球回到这个区域后，就可以消除误差。误差会累积，但累积的误差会被抵消——这是相当复杂的传感器融合，但可以实现。不过它总有一些前提。前提是什么？前提是冰球不会被遮挡太长时间，比如超过1秒或2秒。否则，IMU累积的误差会太大，测得的冰球位置就不在这里，而是在那里或那里。

5:56 或者离得很远。而当冰球飞得非常非常快时，又是另一回事。位置更新率可能是典型的8赫兹或10赫兹，但飞行速度可能是每秒20米。也就是说，如果我在这里——在两次位置更新之间，好，我先把这些擦掉。在两次位置更新之间，这里有一个位置，然后速度是每秒20米，20除以8，大约2.5，所以下一个位置在2.5米之外，相当远。这意味着需要非常高的更新率，比如100赫兹，这很难实现，但可以做到，主要靠IMU融合。这样，两个位置之间的距离大约是20厘米，已经好得多了。但这又是一种取舍，因为在这种

6:58 情况下，您无法进行滤波。如果使用传感器融合，就可能开始累积误差。在这种情况下，它测得的是基于超声波的位置，但基于IMU的位置可能已经移到这里，然后输出。所以总的来说，要点是：是的，这是可行的。只需记住您到底想跟踪什么，以及您愿意接受哪些取舍。我们把这些擦掉，让任务稍微简单一点：假设我不想跟踪冰球，而是想跟踪人。是的，这要容易得多。可以把移动信标装在头盔里，甚至装在衣服下面。然后在天花板上安装固定信标，就能相当容易地进行跟踪，移动信标

7:58 装在里面——衣服里面——是的，这是可行的。在这种情况下，理论上可能出现遮挡，因为会有球员扎堆以及各种拼抢。但对于冰球来说，相当容易。所以：跟踪球员——可以；跟踪冰球——可以，但有很多很多限制、很多取舍和很多潜在的局限。非常感谢。