現(xiàn)代足球競技表現(xiàn)測量與分析技術(shù)探析

李 強

（天津體育學(xué)院運動訓(xùn)練科學(xué)學(xué)院，天津 301617）

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的進步，越來越多功能完善的競技表現(xiàn)分析系統(tǒng)應(yīng)用在足球運動員競技表現(xiàn)的測量和分析上。應(yīng)用這些先進的高科技方法和手段，可以幫助我們更深入地了解訓(xùn)練和比賽中足球運動員的競技表現(xiàn)，并利用競技表現(xiàn)信息來指導(dǎo)和準備隨之而來的訓(xùn)練和比賽。

1 足球運動員個體競技表現(xiàn)測量技術(shù)

從Reilly 和 Thomas的創(chuàng)立Timemotion研究開始，運用Time-motion研究職業(yè)足球運動員比賽中的競技表現(xiàn)已經(jīng)有超過30年的歷史了，最初的研究使用錄像機在比賽場地邊拍攝的比賽錄像，錄像機架設(shè)在場地中線一側(cè)看臺的高處，垂直高度大約15m，距離邊線30～40m，應(yīng)用多臺攝像機，每臺攝像機實時跟蹤一個運動員的活動 。比賽結(jié)束后，每名運動員活動的比賽錄像被劃分為若干活動等級和方式用于獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。運用錄像機回放比賽錄像的方式對不同類型的比賽活動進行編碼，包括活動的頻率、每次活動的持續(xù)時間和該類活動的總時間等數(shù)據(jù)。利用每種活動的平均速度和平均時間計算每種活動等級的活動距離。每名運動員比賽中的活動總距離就是比賽各種活動等級方式的距離相加之和。在這之后的相關(guān)研究中出現(xiàn)了明顯的技術(shù)進步，包括使用更高級的錄像設(shè)備；應(yīng)用軟件進行更先進的輸入編碼方式等。然而，由于人們對比賽活動認識的主觀性導(dǎo)致在數(shù)據(jù)采集和錄入時可能存在人工誤差。不同的比賽觀察人員對運動員在比賽中不同類型和不同級別的活動等變量的觀察存在差異。而且，這些比賽分析系統(tǒng)不允許實時分析，而且在分析比賽、采集和分析數(shù)據(jù)時費時費力。這種方法在學(xué)術(shù)研究方面的應(yīng)用受到了極大的限制，因為比賽賽程密集，高水平職業(yè)足球俱樂部要在賽后24～36h就要獲得數(shù)據(jù)。人工編碼方式遇到的上述困難導(dǎo)致研究者在短時間內(nèi)只能篩選每場比賽每個運動員的部分時間的個別變量進行研究。并以部分時間段的數(shù)據(jù)推斷全場比賽和全部運動員的數(shù)據(jù)。然而，這種不完整的比賽分析導(dǎo)致無法提供運動員在比賽中持續(xù)活動負荷數(shù)據(jù)，因為運動員在比賽持續(xù)過程中的活動負荷變化非常大，導(dǎo)致無法輕而易舉地推斷運動員的競技表現(xiàn)。

隨著技術(shù)的不斷進步，比賽分析技術(shù)開始運用電子裝置，自動跟蹤裝置構(gòu)建數(shù)學(xué)模型程序，計算機程序和衛(wèi)星定位跟蹤結(jié)合。本研究匯總了部分現(xiàn)代分析足球運動員比賽負荷的分析系統(tǒng)如表1所示。

這一研究領(lǐng)域更深層次的技術(shù)進步是“Trackperformance”系統(tǒng)的研發(fā)（澳大利亞Sportstec公司）它提供了一個自動跟蹤單一運動員個體的方法，在一個特殊的按比例縮小的場地畫板上，使用通用的計算機觸屏筆跟蹤單一運動員。與之前日本學(xué)者在紙上按比例縮小場地圖描繪運動員的移動路線的傳統(tǒng)的畫圖方法相比，這是技術(shù)上的一次進步。應(yīng)用競技能力跟蹤系統(tǒng)功能可以在全場范圍內(nèi)追蹤運動員，可以采用打點的方式追蹤運動員。采用按比例尺適度縮小的場地以便鼠標和觸屏筆跟蹤運動員的活動。這個計算機跟蹤系統(tǒng)的內(nèi)部信度、外部信度和精確度都在可以接受的范圍內(nèi)。它的另一個優(yōu)勢是在比賽中可以實時跟蹤運動員的活動，而且相對其他數(shù)據(jù)獲得方式更經(jīng)濟實惠，花費較少。最后，這種研究技術(shù)便于攜帶和操作，可以在訓(xùn)練狀態(tài)分析運動員的活動特征。

2 足球團隊競技表現(xiàn)測量技術(shù)

20世 紀90年 代，Sport-Universal Process公司和法國足協(xié)聯(lián)合研發(fā)了AMISCO系統(tǒng)，它是第一個可以同時獲得一支球隊所有運動員在比賽中的活動負荷數(shù)據(jù)的工具系統(tǒng)。這個系統(tǒng)利用錄像測量每名運動員比賽中的活動特征，在全場比賽時間里包括運動員、裁判員和球的數(shù)據(jù)采集頻率是每秒鐘25次，這可以在比賽場地上收集到450萬個打點位置數(shù)據(jù)，超過2000次觸球。類似的ProZone系統(tǒng)是AMISCO系統(tǒng)在歐洲的主要競爭對手，這些可以同時跟蹤分析多名運動員比賽錄像的高端計算機分析系統(tǒng)目前被大量、廣泛的商業(yè)應(yīng)用在歐洲足球聯(lián)賽里。這些系統(tǒng)詳細地提供每名運動員比賽中翔實的比賽活動負荷數(shù)據(jù)，而且可以創(chuàng)建一個全場比賽模式的二維動畫，所有運動員在比賽中的移動，也包括傳球、對抗等所有比賽行為都可以在這個動畫中體現(xiàn)。

表1 用于分析現(xiàn)代足球運動員競技表現(xiàn)的工具

以比賽錄像為基礎(chǔ)的多名運動員跟蹤系統(tǒng)，包括AMISCO Pro和ProZone通常需要在體育場內(nèi)特定位置永久固定安放幾臺攝像機，這幾臺攝像機的畫面要覆蓋整個比賽場地的全景。這樣設(shè)計確保攝像機在任何時間、任何位置都能夠捕捉到每名運動員的比賽畫面。攝像機的數(shù)量、位置、方向、變焦和場地的視野等因素取決于體育場的結(jié)構(gòu)和規(guī)格。體育場和比賽場地依據(jù)高度、長度和寬度等進行標準化，然后轉(zhuǎn)換成二維坐標模式，這樣可以標注比賽錄像畫面內(nèi)運動員的坐標（x，y）。復(fù)雜三角形、適當?shù)臄?shù)學(xué)算式，采用圖像轉(zhuǎn)換方法獲得二維或三維空間坐標。在每個比賽時刻，運動員個體的活動也可以應(yīng)用比賽分析軟件通過比錄像自動或手動追蹤。這項技術(shù)的實現(xiàn)是通過一些信息的支撐，例如比賽服裝顏色、光學(xué)字符識別球衣號碼、跑動模式的預(yù)測等信息，這些信息能夠幫助精確的確認和追蹤運動員。在定位球活動時，如踢角球和任意球時，比賽畫面被壓縮，運動員位置很密集，需要支撐信息來幫助精確的追蹤運動員個體活動 。盡管大量的計算機自動追蹤，這些高端的追蹤技術(shù)一直需要一些人工輸入，以及系統(tǒng)操作者需要不斷驗證以確保計算機程序跟蹤的運動員正確。自動跟蹤系統(tǒng)不是萬能的，因為一些微小的改變就會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂，如在很小的區(qū)域內(nèi)同時聚集了很多運動員，運動員位置變換重疊，這樣很容易導(dǎo)致系統(tǒng)混亂。在這種情況下，必須要手工操作來糾正這些錯誤。

人工手動和自動跟蹤影像系統(tǒng)的一個最大優(yōu)勢是不需要運動員佩戴任何電子傳輸裝置。而不同類型的官方足球組織嚴禁在比賽中佩戴這種裝置。而上述裝置的主要劣勢在于：成本較高；需要在比賽場地安裝多臺攝像機；需要一個計算機網(wǎng)絡(luò)；至少一個研究人員收集數(shù)據(jù)和多個研究人員進行比賽分析。由于這樣的分析系統(tǒng)不便攜帶，只能安裝在球隊主場比賽的體育場里。然而，DatatraX和Feedbacksport系統(tǒng)只需要2臺便攜式攝像機安裝在體育場地開臺高處，當運動員距離看臺較遠時需要調(diào)整一下攝像機焦距即可。此外，隨著各個高水平職業(yè)俱樂部簽署相互合作協(xié)議，在客場比賽時，主隊俱樂部之間可以提供比賽分析系統(tǒng)提供的比賽負荷、技戰(zhàn)術(shù)統(tǒng)計等比賽分析數(shù)據(jù)。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)已經(jīng)在優(yōu)秀足球運動員的競技能力分析中廣泛使用。但是這樣的電子傳輸設(shè)備只能在訓(xùn)練中使用。雖然目前有一些其他類型的教學(xué)、訓(xùn)練和熱身比賽可以使用GPS設(shè)備。GPS設(shè)備需要每名運動員身體上佩戴一個接收器，它接收至少4個地球衛(wèi)星發(fā)射的信號去決定運動員的位置信息，并且計算活動速度、距離、活動路線和活動高度。GPSPORTS公司設(shè)計的最新的SPII衛(wèi)星定位設(shè)備已經(jīng)被英國、西班牙、法國和中國等許多高水平俱樂部和國家隊中使用。相類似的是，一家西班牙公司研發(fā)的RealTrack Football也是類似使用商用GPS的應(yīng)用于足球的衛(wèi)星定位裝置。可以一次購買包含超過11個接收器的一套設(shè)備。可以用于足球訓(xùn)練、友誼比賽和其他類型的足球比賽。

3 結(jié) 語

足球競技表現(xiàn)分析已經(jīng)從最原始的單臺錄像機拍攝發(fā)展到多臺高速攝像機同步拍攝，并同步上傳至計算機，應(yīng)用軟件對其進行編碼生成各種類型的數(shù)據(jù)，從運動員個體到多名運動員乃至整個球隊的比賽競技表現(xiàn)測量和分析數(shù)據(jù)，從手動跟蹤到計算機自動跟蹤技術(shù)。但高端的追蹤技術(shù)也需要一些人工手動的輸入，以及操作者驗證計算機程序追蹤的運動員正確。因此，需要人工手動和自動追蹤技術(shù)相結(jié)合。目前在訓(xùn)練中廣泛運動的就是GPS定位和跟蹤技術(shù)分析足球運動員的競技表現(xiàn)。