五人制足球射門點的熱圖分析

王偉明，龍婷，夏青

五人制足球射門點的熱圖分析

王偉明，龍婷，夏青

采用熱圖分析方法對2004年、2008年和2012年五人制足球世界杯60支球隊的射門得分點進行描述。結果表明五人制足球得分點分布呈層級遞減的扇形分布，大部分的進球分布在夾角60°內，熱圖分析能夠非常直觀呈現出球隊進攻點的分布情況，可以作為五人制足球的統計分析方法。

五人制足球；世界杯；進球；熱圖

熱圖是對實驗數據分布情況進行分析的直觀可視化方法，可以用來進行實驗數據的質量控制和差異數據的具像化展示。最早在體育中應用熱圖的是籃球，作為同場競技對抗的室內五人制足球運動，場地小，射門次數多，得分多，也應該能夠通過熱圖分析的方式來描述射門情況。國際足聯五人制足球世界杯（以下簡稱“五人制世界杯”）從2004年開始，對每支球隊得失分情況用圖示化的方式進行標注和描述，本文試圖將熱圖分析方法引入五人制足球比賽描述，結合數據以直觀化的方式呈現射門得分的規律。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

2004-2012年參加五人制足球世界杯球隊得失分點描述圖60張。

1.2 研究方法

熱圖分析。

2 結果分析與討論

2.1 圖片處理過程與編程實現

采用MATLAB對歷界五人制足球得失分點進行熱圖描述。具體過程與程序實現按下列步驟進行。

第1步：根據原始圖片，將球場分割成了2 737*1 800（分辨率）個格子；

第2步：通過imread函數讀取圖片，并形成灰度矩陣；

第3步：設置條件，將灰度值大于120的背景去掉，形成只有射門點的矩陣；

第4步：將得失分點的圓心坐標、半徑標準化（通過控制參數的二維高斯分布實現，越靠近球心顏色越亮）；

第5步：最后，把所需的不同球隊或年份所形成的灰度矩陣進行疊加，得出各點的熱值，用imagesc畫出熱圖，再設置透明度，與標準球場畫在一起將每張處理后的圖片進行疊加，得出各點熱值，繪制出最終熱圖。

圖1（a）所示是2012年巴西隊的得失分點原始圖，其中上半區白點為射中得分的分布點，下半區黑點為該隊失分情況。經計算機標準化處理后，我們將巴西隊2004年至2012年連續3屆比賽射門得失分圖進行了匯總處理后形成了圖1（b），上半區球場顏色越亮的地方表示進球數越多，在下半場區球場顏色越亮的地方表示失分的點分布越多。

2.2 得分點的熱圖描述與分析

將2004年到2012年所有比賽球隊的射門得失分點原始圖匯總處理作出射門得分圖2，從圖中可以看出射門得分點從半場向球門方向的顏色漸亮，面向球門。如圖2（b）所示，我們根據圖形亮度標識出了兩個扇面，扇面頂點剛好是球場上的兩個罰球點，即距離球門10m的第二罰球點和距離球門6m的罰球點。圖中Ⅰ區為高亮顯示，這兩個區域集中了大部分的進球，其次是Ⅱ區，較低亮區，在扇形區域外的顏色更為深些，也有部分進球，命名為Ⅲ區，整體分布是以球門為中心，呈層級遞減的扇形分布，大部分的進球分布在夾角60°內。

圖1 巴西隊得失分點及制作的熱圖

圖2 2004-2012年所有球隊射門點熱圖

表1顯示的是這3屆五人制足球世界杯按距離球門的距離統計的進球情況，在Ⅰ區共打入了480個進球（含罰球點的點球）占總進球數的49.3%，Ⅱ區打入的進球有409個，占42.0%，在第二罰球點以內的進球占到91.3%。其他在Ⅲ區的可視為遠距離射門。從2004年至2012年這3屆比賽情況看，遠射進球數是呈上升趨勢，表明世界各隊遠射破門的能力提高迅速，已經成為一種重要的得分手段，在2012年五人制足球世界杯上，進球數占到10.0%。更能體現這種變化的是2012年五人制足球世界杯，遠射進球數占總數的10.0%，前4名決賽階段，在Ⅰ區僅打入了4個進球，而在Ⅱ區打入了10個，Ⅲ區打入3個，這表明比賽球隊實力相近情況下，對于Ⅰ區的防守更為嚴密，主要破門機會反而在Ⅱ區和Ⅲ區，更為考驗球隊的韌性和破防進攻能力。

表1 五人制足球世界杯進球距離統計表

圖3顯示的分別是2004年、2008年和2012年五人制足球世界杯進球點的分布熱圖，從這3屆比賽的射門點熱圖可以看到一些分布上細微的差異，但總的角度、分布在Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區的進球點還是相似。

圖3 2004、2008和2012年射門點熱圖

2.3 世界前4名強隊的熱圖

根據國際足聯的五人制足球世界排名，位于前四強的球隊分別是巴西、西班牙、意大利和阿根廷，這幾支球隊也多次打入五人制足球世界杯的決賽。巴西隊以獲得5次冠軍而毫無爭議的排名第1，西班牙隊5次進入決賽，2次獲得冠軍，4次亞軍排在第2位，這兩支球隊無疑處于世界頂尖水平，表現出夢幻般的五人制足球魅力，除了意大利和阿根廷之外，伊朗、俄羅斯、葡萄牙和烏克蘭緊隨其后，塞爾維亞和日本表現出良好的技術和戰術水平的改善，非常接近第二集團球隊，競爭日趨激烈。

這4支球隊在世界上得失球的表現如表2所示，這些球隊總體來看，表現出了強大的攻防能力，在整個比賽中保證失球更少的情況下打入更多的進球，得失分比平均達到2.49：1，每失1個球情況下，會有2.49個球打進。巴西隊體現了最為強大的防守和進攻實力，在每失1個球情況下，會打入4.23個球，比賽中擁有絕對的優勢。西班牙超出平均得失分比的數據保證了它能有機會挑戰巴西，而位于第二集團的意大利和阿根廷的得分失比則是在1.5至1.9之間。進而對這4支球隊連續3屆比賽的進球點進行熱圖描述，得到如圖1(b)和圖4，通過這4支球隊的熱圖比較，可以看到世界強隊進攻得分點多，較為分散，近攻、遠攻能力全面，同時創造門前的進攻得分機會的能力突出，體現了超強的攻擊力。

表2 國際足聯五人制足球世界排名前4球隊得失分情況統計

圖3 西班牙、意大利、阿根廷射門點熱圖

3 結論與建議

1）五人制足球得分點分布呈層級遞減的扇形分布，大部分的進球分布在夾角60°內；2）五人制足球的世界強隊攻守兼備，失球較少的情況下，擁有較強的進攻破防能力，得失分之比平均為2.49；3）熱圖分析能夠非常直觀呈現出球隊進攻點的分布情況，可以作為五人制足球的統計分析方法，并還可在此基礎上，對于球場進行劃分，配合圖形進行數據化呈現。

［1］于鋒.足球射門的最佳區域［J］.北京體育學院學報，1992（1）

［2］高飛.MATLAB圖像處理375例［M］.北京:人民郵電出版社，2015.

［3］FIFA.2004 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

［4］FIFA.2008 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

［5］FIFA.2012 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics

［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

Thermal Imagine Analysis of Futsal Shooting Point

WANG Weiming，LONG Ting，XIA Qing

Using the thermal imagine analysis method to describe the position of score points among the 2004，2008 and 2012 Futsal World Cup on 60 teams.The results show that the Futsal score point distribution presented as fan-shaped distribution，most of the scores distribution in the 60 degree.Thermal imagine analysis can very intuitive showing distribution of the team attract points which can treat as a statistical analysis method for Futsal.

futsal；World Cup；goal；heat maps

G843

A

1003-983X（2016）12-1083-03

2016-09-27

國家體育總局2013年體育哲學社會科學研究項目（1910SS13 071），2015年度湖北省體育社會科學研究項目(2015B010)

王偉明（1974-），男，湖北武漢人，碩士，副教授，研究方向：體育教學.

三峽大學體育學院，湖北宜昌443002

School of Physical Education，Three Gorges University，Yichang Hubei，443002