公正\公平的电子裁判
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雅典奥运会上,中国三剑客饮恨收获了一枚男花团体银牌。赛后裁判的下课表明,是误判导致了这个令人遗憾的结局。雅典奥运会后,国际剑联意识到人为失误的严重性,决定将鹰眼系统引进北京奥运会。
在北京奥运会上,小将仲满剑挑上届男子佩剑金牌,实现了中国奥运历史上击剑零的突破,也为“公正、公平”写下了最好的注解。在这枚名至实归的金牌背后,电子裁判为比赛的“公平、公正”提供了坚实的保证。
鹰眼仿真――网球
赛场上的遗憾也是推动技术革新的力量。2004年美网女单四分之一决赛中,小威廉姆斯由于裁判的不公允判罚,输给了卡普里亚蒂。担任该场比赛裁判的马里亚娜•阿尔维斯几次将小威打出的好球判为界外,即使司线员和电视回放当时都已经清楚地表示为界内球,裁判竟然不予理睬。“阿尔维斯事件”被重新裁决之后,她本人被取消了继续裁判的资格。大赛组委会也就此向小威廉姆斯致歉,但小威的成绩却无法更改,令人遗憾。此事使引入电子裁判的呼声进一步提高,为鹰眼的使用铺平了道路。
鹰眼技术(Hawk Eye)又称即时回放系统。鹰眼这一传神的名字来自于发明人保罗霍金斯姓氏的前四个字母。整个系统由8-10个高速摄像头组成,每台摄像机以每秒100次的刷新速度记录画面,比赛过程中至少有5台摄像机能同时捕捉到球体的运动。借助几台高速服务器构建的虚拟比赛场地和高速摄像头从不同角度实时捕捉的基本数据,电脑利用即时成像技术再现网球的落点。电视画面中网球如彗星般在空中飞行、落地、压线的画面就是电脑处理的结果。从数据采集到结果演示耗时不超过10秒。即使考虑风速等突变因素,路线和落点的误差也能控制在1%以内。
最初的鹰眼技术只是为了服务赛场观赛和电视转播,提升观赛体验和质量,方便解说员评论,可以说是网球比赛直播的保留节目。由于鹰眼克服了人类观察能力上存在的极限和盲区,有助于公平裁判,最终被接纳为裁判设备。
2006年迈阿密纳斯达克100大师赛上,即时回放系统首次被正式应用于比赛裁判。美国人决定全面引进鹰眼的举动得到了国际网球联合会ITF、国际职业网球联合会ATP 和国际女子职业网球协会WTA三大网球组织的认可,成为除红土赛外所有职业巡回赛的裁判设备(因为网球在红土赛场上的落点清晰可辨)。
据研究表明,人眼的反应速度在球速每小时160公里的时候很难看清楚飞行和落地的界线,加上角度、高度、距离、景深、光线、遮挡等问题,无论裁判、司线员或运动员根本无法清楚看到球的落点。而人脑的判定过程也是一个类似计算机模拟计算的过程,眼睛看到的画面经大脑处理,加入主观判断和体力、反应等不确定因素更加大了误判的可能。如果说裁判的两只眼睛已经无法应对越来越快的球速,那么由高科技打造的第3只眼终于在正式比赛中睁开了眼。
鹰眼系统的使用也并非没有限制。出于各种考虑,国际网联规定运动员使用鹰眼系统每盘比赛中有两次挑战裁判的机会。如果挑战结果被证明是球员正确,则球员保留有相同数量的挑战机会。如果球员是错的,则失去一次挑战机会。如果比赛打至抢七局,每位球员可以多获得一次挑战机会。球员在一盘比赛中没有使用完的挑战机会不能带入到下一盘。
经统计,运动员每盘使用鹰眼仲裁1.52次,成功率占总使用次数的33%。虽然批评仲裁打乱比赛节奏的声音不绝于耳,但1/3的裁判失误率更令不少运动员汗颜。由于不能判断是否使用鹰眼仲裁而放弃了修正的机会,或浪费了机会对此后的误判无能为力的情况屡有发生,但此项规定最终大大减少了运动员与裁判争执的机会。而因此演绎的新故事也令网球迷们随之津津乐道,感慨叹息。穆雷就因为在澳网中错过了一个明显近线球的挑战机会而被ESPN解说员戴斯代尔调侃他应该偷偷咨询场外教练;有了电子裁判的小威因为用光了仲裁机会,仍然在澳网赛场上对误判一筹莫展。
谈到效益就不得不考虑成本。安装鹰眼的费用高达10万美元以上。除了最初的安装费用之外,每个球场每周的运营费用高达4万美元,这还不包括用来显示慢动作的大屏幕等周边设施。中国网球2006年公开赛仅租赁鹰眼就花费20万美元巨资,令赛事主办方成为亚洲网球比赛首次引入电子裁判的先驱,也令相关企业看到了技术服务的新市场。目前,鹰眼已经被应用在沙滩排球、击剑等多项经济体育比赛中,拓展了技术服务的应用。
触壁得分――游泳
菲尔普斯在2008年奥运会上勇得八金,其中一块金牌的成绩仅比获得银牌的塞尔维亚选手查维奇快了0.01秒。这0.01秒戏剧化的微弱优势遭到了包括塞尔维亚官方在内很多人的质疑。加上国际泳联拒绝公开比赛照片,同为计时器供应商和菲尔普斯赞助商的欧米茄本来锦上添花的市场策略变成了监守自盗的重要嫌疑,地位尴尬。国际泳联裁判埃库姆博对此事的态度却斩钉截铁,明确肯定电子计时器显示的成绩。其实为了防止运动员触碰过轻,水立方设置了4个可以精确到百分之一秒的摄像头,作为裁判的备份。塞尔维亚的官员在观看了摄像头拍摄的录像后,随即打消了继续上诉的念头。最终体育画报记者海茵斯公布的一组照片令所有人释然,照片中菲尔普斯的手指在碰触感应板时微微弯曲,而查维奇的手指仍然处于伸直状态。难怪塞尔维亚方面心服口服。
细心的观众不免疑惑,为什么世界纪录不能精确到千分位。事实上在1972年慕尼黑奥运会中使用的SwimEight O Matic准确度就可以接近千分之一秒。但在400米混合泳比赛中,两次获得欧洲冠军的瑞典选手甘那•拉尔森和美国选手迪姆•麦克金成绩都为4分31秒98,官方宣布甘那•拉尔森以4分31秒981的成绩成为这场比赛的冠军,迪姆•麦克金以4分31秒983的成绩屈居第二。不过几天后国际泳联就改变了判罚规则,宣布游泳比赛的结果将最终精确至百分之一秒。考虑到泳池每条泳道的长度无法准确到千分位,所以比赛成绩乃至世界纪录才本着科学的态度仅记录到百分位,令非专业人士豁然开朗。此后在1984年洛杉矶奥运会上,该计时标准使得女子100米自由泳比赛有史以来出现并列冠军。美国的卡罗琳•斯坦塞菲尔与南希•霍格斯黑德以55秒92的成绩双双获得金牌。
触摸板技术是在1968年墨西哥城奥运会上才正式投入使用。此前的游泳比赛计时都是每条泳道出发台前站3个裁判,每人拿一个秒表计时。一场游泳比赛,运动员只有8个,可计时裁判却有24人。尽管如此,因人为错误产生的遗憾仍无法避免。即使没有任何错误,人类本身的反应也需要至少百分之一秒的时间,令专业裁判备受质疑。
碰触板被普及使用后40年来一直是游泳项目公认的裁判设备,也是目前国际泳联唯一承认的记录标准。虽然菲尔普斯与查维奇的最终成绩是通过高速摄像确认,但碰触板在第一时间记录的成绩却无可非议的准确。这也证明了碰触板在泳坛裁判中无可动摇的地位。实际上,碰触板之外,激光等新技术的发展已经完全可以完成水下计时测量的任务,也引起不少相关组织的兴趣。但经试验证明,激光技术的引入并不能超越碰触板。而泳池的建造误差要控制在千分之一厘米内也是没有必要的花费。因此,碰触板也许不是现有最先进的测量技术,却仍然是最适合的测量手段,是大到奥运会,小到俱乐部比赛都会用到的仲裁手段。当然每个人的反射神经不同也会影响到碰触板的使用,就好像人工秒表计时也存在反射时间的问题一样。这也是高速摄影机作为备份设备在大型比赛中使用的另外一个原因。
碰触板在几十年的时间里一直不断变革。除了精确度和准确度的提高,碰触板自身的抗干扰性也大大提高。将板子安装在略高于泳池排水槽位置的整面池壁上,运动员不会因为方向、位置的问题错过触壁的时间。当然这样做也并非全无缺点。由于排水槽被阻挡,水浪会被碰触板反弹,某种程度上会影响运动员的成绩,至少反弹的水花也会造成一定的不适。得益于无线技术的支持,对应的计时系统会在发令枪响的同时开始计时,以不同泳道碰触板终止的时间记录成绩。所有的信号传输都是由电脑控制,不会因为人为因素的错误或干扰有碍比赛的公平。碰触板还被扩展应用到起跳台上,为判罚提供了有利的证据。抢跳的问题,特别是接力赛中抢跳的问题被合理的控制,除非池壁的碰触板被触发,否则跳台上的起跳将自动被判定为犯规。此外起跳台上还各自安装了喇叭,一来可以提醒接力赛选手误判,二来避免因发令枪响声不同步的问题而引发争议。这样的比赛判罚是人眼无法比拟的。
毫秒之争―― 田径
1932年的奥运会上,官方比赛结果只能精确至0.1秒。在1936年柏林奥运会上,伟大的美国运动员欧文斯在田径赛中独领,勇夺四枚金牌,但那时还没有起跑器,运动员们要用小铁铲亲自挖出起跑洞。1948年电子眼设备登上奥运舞台,这种可移动的设备可以独立于电网运转,不但具备防水功能,而且可以承受极大温差变化,其使用的红外线技术不受太阳光和闪光引起的反射影响。
有史以来第一次,计时系统可以在起滑门打开时自动触发。由British Race Finish Recording公司研发的首台终点摄影机也首次亮相,它可以拍摄连贯的画面,并可根据不同赛事的需要来调节记录速度。摄影机与计时装置配合使用,开始逐渐替代人力的计时工作。此后,光感摄影机、终点摄影仪相继面世,它可以显现运动员冲线时百分之一秒的画面。随着石英和电子计时新纪元的到来,可移动且独立于电网运转的计时设备能在卷纸上打印出结果,欧米茄因为该项创新获得了奥林匹克十字勋章。从此,官方计时精确度已达到0.01秒。
电子追踪监察器、综合计时、终点摄影打印机、违规起跑探测器等,将奥运计时带入了全电子时代。1972年慕尼黑奥运会,严谨的德国人把计算单位精确到了千分之一秒。到了2004年雅典奥运会,光是终点的摄像机就可以每秒拍摄1000张照片,完全杜绝了出现争议的可能。2008年北京奥运会,负责场馆计时的技术人员多达700名,各种器材重达400吨。而 1932年洛杉矶奥运会,负责整个奥运会计时的技术人员,只有1名。
飞人大战是田径中最激动人心的项目。仅仅几秒的时间决定了光荣与梦想,百分之一秒的差距决定了成功与失败。这样的差异让人眼根本无法识别。利用高速摄像技术,能清晰准确地记录下选手们起跑和冲刺的镜头。在亚特兰大奥运会百米决赛上,就是高速摄像机使英国老将克里斯蒂的两次抢跑显露无疑,从而取消了决赛资格。当时克里斯蒂仅比别人提前0.015秒起跑,肉眼根本无法识别。
除了高速摄影,踏板也采用压力感应技术记录起跑反应时间。其实抢跑的界定在短跑中并非以发令枪响时间为界。田径规则中的起跑时间是在枪响后0.1秒,否则以违例论处。0.1秒的时间是根据医学对人类反射神经研究所得出的结论,可以说是人类极限反应时间。换句话说,即使运动员在枪响后0.09秒离开踏板也会被判定为抢跑。起跑时间也因此成为专业运动员极其重要的成绩指标。
在专业赛事中,大屏幕除了显示运动员成绩外,起跑反应时间也会被公布,成为人们津津乐道的话题。刘翔在西班牙室内田径锦标赛上就曾经达到了几近完美的0.105秒起跑的极限,“零抢跑”策略也成为专业运动员追求的理想。除了“世界上跑的最快的人”这个头衔,运动员也在为成为世界上反应最快的人而努力。起跑板不仅成为大型体育比赛必备的裁判设备,也因此成为专业运动员必不可少的训练装备。
无为而治――足球
作为世界上参与人数最多、商业价值最高、发展模式最完善的集体性体育项目,足球始终在原汁原味与高科技之间徘徊。足球运动的历史可以回溯到近千年,但有记录的裁判制度却没有那么久远。1872 年,在伦敦举行了第一次国际性足球比赛,主办方为让比赛正常进行,临时请来一位警察执勤。这位警察持着一根警棍就上场,谁犯规就得挨上一棍,结果,比赛秩序出奇地好。这被看作是裁判制度的起源。
随着规则的逐步完善,裁判人数从1到2人,2人到现在的4人。今年,南非世界杯开赛在即,5名裁判制的呼声也越来越高。随着技术的发展,现代技术的发展早已渗透到体育比赛的各个层面。而信息化真正开始应用于足球裁判工作是始于上世纪90年代后期。
1997年世青赛,被裁判们称之为BB旗的助理裁判与主裁判之间的无线感应装置开始应用。这种装置装在助理裁判的旗上,当助理裁判发现球员有犯规行为,在举旗的同时,旗帜可以发射出无线信号,主裁判的手表就会收到并产生震动,即使主裁正在前场,也可以根据后场助理裁判发出的信号对后场的犯规行为做出判罚。后来,世青赛不仅成为全世界青年球员展现才华的舞台,也是国际足联约定俗成的制度改革和技术改革的试验田。国际赛场上用到的所有新技术,都是先在世青赛上试用,做出效果评估后再决定是否向全世界推广的。
除了BB旗,2006年世界杯上,国际足联给每位裁判,包括场外的第四官员,都配备了无线耳麦。利用此装置,主裁判与助理裁判、第四官员、甚至工作人员都可以随时进行通话,沟通主裁的视觉死角处可能发生的任何情况。这一设备受到了裁判的广泛好评,从此在大型比赛中广泛应用。
此外,裁判员以往用于计算比赛补时的方法也有了很大进步。以前,裁判主要是靠经验来判断伤停补时,在有争议性的比赛中难免有失客观。现在裁判们会佩戴专用手表。其表盘上下配有两种秒表。当比赛中断时,上面的秒表停止计时,下面的秒表则将持续运转,这会更有利于裁判员可以通过上、下秒表的时间差估算补时时间。
2004年,国际足联还讨论了将电子感应足球应用于球场的可能性。足球将内置无线射频识别电脑微处理芯片,它能够在比赛中准确地探测皮球是否越过球门线,甚至边线。2006年,阿迪达斯研发出第一个智能芯片足球,当年的世界杯用球团队之星已经植入RFID芯片,但未获应用。相比于其他项目,足球运动的信息化改革步伐相对保守,论调不一。有些人鼓吹,错误永远是足球运动比赛不可缺少的组成部分,是区别于其他体育项目的非凡魅力、足球比赛的连贯性神圣不可侵犯。事实上,巨大的经济利益才是裁判工作不能充分信息化的根本原因。与游泳、田径或网球等项目不同,足球属于近身接触的高对抗型项目,判罚的尺度直接决定比赛的观赏性。而体育比赛的职业化使每一场比赛都决定俱乐部的运营是否顺畅,是否可以获得更高的商业赞助,球员的收入是高是低,比赛的激烈程度在其中起着很大的作用。即使没有假、赌、黑的需要,一板一眼的判罚也容易令球员畏首畏尾,比赛淡然无味。技术已经不是问题,究竟信息技术如何与足球规则更好的结合,增加比赛的吸引力才是更值得深入探讨的课题。
与时俱进――冰雪项目
1956年在意大利科尔蒂纳举办的冬奥会首次在阿尔卑斯山滑雪赛中使用了起滑门。信号灯发出声响,灯光由红色变为黄色,再变为绿色,由此自动启动比赛开始时间。2006年都灵冬季奥运会上,速度滑冰运动员们在脚踝上绑有异频雷达收发机,这样计时器就可能捕捉到许多重要的瞬间时刻。运动员突然加速、快速绕过U形险弯处,或者因摔倒而突然结束比赛的数据都会实时输送到媒体和教练员手中。
每一届奥运会上,技术人员和计时专家都不断提升并重新定义世界级别的体育计时科技。在刚刚结束的温哥华冬奥会上,全新奥运计时技术亮相温哥华和惠斯勒,数以吨记的设备代表了全世界最为先进和最高水准的冰雪项目计时与评判技术。
在今年的冬奥会和冬季残奥会上,发令枪被一个极富未来感的流线型装置取代。它由一个闪光枪和一个声音发生盒构成。当发令员扣下扳机,声光电信号同时发射信号至计时装置。声音可以更改,并与计算机连机下载。与使用粉末的传统发令枪一样,发令声在每位运动员身边的扬声器中播放出来,以确保他们同时听到发令声。在一些场地中,声音信号还传递至公众扩音系统中。
本届冬奥会上,高山滑雪首次使用名为Snowgate的全新起滑门。新技术保证了只有当起滑门上的栏杆对于每位选手的角度完全相同时,出发信号才会发出。这一装置的控制盒中包括了一个主系统和一个备用系统。两个系统采用了不同的技术。一个是纯机械,另一个是电动机械。选手有10秒的出发时间,在正式出发时间前5秒内到后5秒内的时间段都可出发。如果选手在此时间段内出发,计时系统会在他们冲破起滑门时自动启动。否则,会被取消比赛资格。
在温哥华冬奥会越野滑雪比赛中,基于全球定位系统的通用追踪系统可以跟踪比赛进程中选手的位置。类似的系统曾在北京2008奥运会公路自行车和铁人三项比赛中使用,发挥了重要作用。这一系统使得计时员可以在比赛进程中任何时间测量两位选手间的距离。此外,通过基于卫星数据的视像虚拟跟踪还可以用三维动画的形式显示选手位置。这一系统的原型曾在2008/2009国际滑雪巡回赛中使用,而温哥华奥运会见证了它的首次奥运会亮相。温哥华2010年冬奥会双板滑雪障碍争先赛项目中,无线射频识别收发机用以显示比赛进程中选手的中间排名。收发机还在男子和女子单板越野滑雪比赛中应用。此外,高山滑雪比赛中使用的Chronos Timer计时器也首次出现在奥运会上。这一计时产品曾在瑞士阿德尔博登举行的技术赛事(大回转和小回转)中作为备用设备使用,并在温根举行的欧洲杯赛前训练和两项速降项目中作为主计时设备使用。
花样滑冰比赛中,使用的高清裁判评分系统也是一次突破。这一全新评分系统在莱比锡和利贝雷茨举行的国际赛事中进行了试用,并于2008年通过了国际滑冰联盟(ISU)批准,用于其所有赛事之中。2009年初的花样滑冰世锦赛首次正式使用了这一系统,并在温哥华首次用于冬奥会比赛之中。系统的高清图像使得画面质量大幅提升,并比之前使用的评分系统更为轻便,操作上也进行了改进。该系统与上世纪70年代满分10分只能显示为1.0的计分板完全不能同日而语。
强强联合――长途比赛项目
1896年第1届现代奥运会使用的是浪琴赞助的手动计时怀表,只能精确到1/5秒。有意思的是,这只表的倒计时极限是30分钟,所以那届奥运会的马拉松比赛,只有名次,没有成绩。目前的计时技术早已今非昔比,民用比赛也因此受益。对于拉力赛、马拉松、越野自行车赛等选手众多的长距离大规模体育赛事,摄像技术结合无线射频技术共同执法,避免了几个甚至十几个人同时冲线误判、漏判的情况,也可以杜绝某些选手在赛程中偷偷乘坐其它交通工具,违规作弊的情况发生。
目前在国际上流行的无线射频识别技术RFID发射芯片一般被固定在运动员身上或放置在鞋子、自行车等器械装备上,芯片首先越过终点线的运动员将被判定为胜出。芯片广播式发射电子编码,编码代表的时间标记就可以记录不同运动员在不同观测点的时间参数。记录的数据可以立刻被上传到服务器与参赛者的数据进行匹配,然后自动发送到电子显示屏、媒体等。RFID技术因此被广泛应用于自行车、长跑、拉力赛等比赛中。
射频芯片按工作方式分为主动式和被动式两种。由电池驱动的主动式芯片相对来说较为准确,造价也更昂贵。从芯片发射出的信号可自动轮询,读取的过程实际上仅需要1毫秒,更适合记录精确性要求高的比赛使用。如果选用被动无源式芯片,信号可被范围在1-3米的区域内被任何设备读取,如果芯片被放置在脚踝或运动鞋内,那么计时时间有可能晚于运动员撞线的时间。如果参赛运动员在比赛过程中互换芯片,则有可能为成绩造假提供机会。对于大多数比赛来说,上述的风险并没有造成问题,但97%的准确率只能满足区域级运动集会的需要,仍然无法满足高水准比赛的严格要求。虽然有些供应商建议将芯片放置在运动员胸前的号码牌上,但这样的使用方式在北美地区受到限制。此外,被动式芯片也有可能受到音响系统、收音机及其它磁场的影响。
近年来随着芯片技术的发展,被动式芯片的使用可靠性已经大大提高。很多供应商都建议用户从主动式芯片转用被动式芯片。奥登马拉松赛7000名参赛者的组织裁判工作就是使用被动芯片的成功案例。由于成本低廉,被动式芯片成为长距离、大规模群众性比赛,如自行车越野、铁人三项等项目广泛应用的计时管理方式。长距离比赛对于小数点后第二位的准确度一般要求不高。相对较低的成本,被动式芯片完全可以作为一次性产品使用,避免了比赛主办方因成本问题不得不回收芯片而造成人力物力上更多的消耗。很多赛事举办方甚至为比赛识别芯片赋予了新的意义。芯片上不仅有参赛人姓名、赛事名称,连无孔不入的赞助商也占有一席之地,将计时器变成了比赛纪念品。有些系列自行车赛事的主办方甚至鼓励运动员保留芯片以参加次年的比赛,支持环保。
RFID技术并非没有缺点。对于大多数短程田径比赛来说,特别是选手到达终点时间相近的比赛,高速摄影机仍是目前更加流行的选择。植入芯片与高速摄影机取长补短,共同为竞赛项目服务成为平衡性价比的最佳选择。
事实上,这两项技术在美国规模最大的越野滑雪赛Birkebeiner中已经大显身手。7000名参赛者对于负责裁判计时的PrimeTime公司无疑是一种新挑战。从威斯康辛州堪布尔到海渥德51公里的赛程都必须埋设RFID感应节点。而运动员的身份标识芯片则被放置在右脚踝处。即使是左脚先撞线,记录的时间误差也不会超过1秒种。无线射频记录的比赛成绩对于大多数以参与完成比赛为目的的参赛者来说已经足够。而对排名前50的专业级运动员来说,以高速摄像为优先所记录的成绩则更为精准。射频信号所记录的区段成绩可以更好的在赛程中监督比赛者,并为未来的分析研究留取宝贵的记录。而射频信号所提供的粗略信息也可以帮助摄像机辨别通过终点运动员的身份。即使出现同时撞线的情况,通过摄像画面和芯片两种独立数据的支持也可以分析出每位运动员的最终成绩。
无论是无线射频或是高速摄影,技术的发展和体育事业的壮大已经令电子裁判产品成为体育用品行业内一片新的市场。比赛举办方往往无法因为一年一度或几年一次的比赛自行购买高昂的设备并承担技术支持、保养等运营费用,外包则更加符合目前商业化市场的实际需要。
在美国,很多裁判设备运营服务商都会承租大型体育赛事的判罚工作。PrimeTime,Milliseconds等十几家公司基本包揽了北美大型体育赛事的判罚工作,在设备不足时甚至会相互借用设备保证比赛的顺利。去年的Birkebeiner越野滑雪赛裁判合同就价值75万美元,即使是大学级别的比赛合同通常也可以达到15000美元左右,专业设备租赁成为相当可观的利基市场。