可穿戴設備與視頻分析技術在高職院校足球訓練中的應用研究

賈志亮

（廣州民航職業技術學院 廣東 廣州 510403）

近年來，比之世界足球的發展，中國足球的發展并不盡如人意。對此，上至國務院2015 年印發的《關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見》及教育部頒布的各項校園足球政策，下至今年為止各個地方基層足球的發展與整改，無不彰顯出國人對中國足球崛起的期望與決心。足球作為世界第一大運動，在國內也有著較大的普及率，有著很好的群眾基礎。根據《全國青少年校園足球工作報告（2015-2019 年）》里的資料可以知道，全國認定的校園足球特色學校有24126 所，校園足球教師有4 萬名，全國校園足球場地有120960 塊，而參與校園足球活動的中小學生將近2000 多萬。校園足球被認為是中國足球發展的基石，為此，提升校園足球運動的水平，有助于夯實中國足球青訓的基礎，為中國足球未來的發展提供源源不斷的力量。校園足球運動水平提升的關鍵是實現足球的選材、訓練與比賽水平的科學化，量化評估學生在校園足球訓練與比賽中的運動表現及運動負荷是科學化必備要求。因此為了在校園足球的選材、訓練和比賽中更好地量化評估運動員的運動水平，將更先進的設備和技術運用于校園足球的訓練和比賽中也成了發展校園足球水平的必行之路。

在國內校園足球的發展中，廣東省的“省長杯”校園足球賽是很具有代表性的校園足球比賽。在2022 年的比賽中，僅大學組別就分為男子甲A、甲B、乙A、乙B、丙A、丙B 和女子組共7 個組別，全省89 所高校派出了122 支球隊，參賽人數達3472 人。自2014 年廣東大學生聯賽改名為廣東省“省長杯”青少年校園足球聯賽（大學組）總決賽以來，在這近10 年的發展中，廣東省大學的校園足球賽從技戰術打法及大學校園足球的覆蓋率上都有了質的飛躍。

因此，如何在學生們大學期間有限的時間內提高校園足球參賽隊伍的訓練和比賽的技戰術水平，也成了各大高校代表隊最需要解決的問題。在這種需求下，可穿戴設備和視頻分析技術在訓練和比賽中的綜合應用便成了短時間內提升球隊訓練和比賽技戰術打法的重要科技輔助手段。量化評估運動員的訓練和比賽的表現，可為運動隊伍提供更好的運動負荷數據分析和球隊技戰術打法的分析，從而制定更佳的訓練計劃。本文以廣州民航職業技術學院男子足球代表隊在訓練中面臨的問題，探索可穿戴設備和視頻分析技術給足球代表隊的訓練帶來的實際成效。

1、高職院校校園足球代表隊情況分析

1.1、高職院校足球代表隊生源情況不一

以廣東省“省長杯”大學生足球賽為例，高職院校組為丙A、丙B 組，分為升降級，丙A 組別的16 支隊伍為丙組中水平較高的隊伍，每年比賽丙A 組的后4 名降級到丙B 組，丙B 組的前4名則進入丙A 組。在兩個組別的幾十支隊伍中，招生情況也都有所不同。其中近年來丙A 組的冠軍獲得者廣東工貿職業技術學院和深圳職業技術學院的隊員多為自主招生的足球運動員，學校的招生政策均有較大的自主性。在這一組別的其他名列前茅的隊伍中，如私立華聯學院、廣州東華職業學院、廣東水利電力職業技術學院等學校對于足球隊伍的重視程度也相當大，學校在招生層面便有著較大的優惠政策吸引足球人才進入學校學習。同時學校對于足球代表隊的日常訓練鼎力相助，在師資投入和課程協調方面都有著獨有政策的支持，保證學生學業順利完成的基礎上給予足球代表隊訓練和比賽最大的支持，讓隊員們能夠安安心心訓練和比賽。

1.2、高職院校足球隊隊員的基本現狀

（1）高職院校普通學生組的足球技術水平較低。

高職院校學生對于課外活動的參與度要比普通高校的學生少，學生整體的足球技術水平較低，普通班級會踢球的學生少之又少，只能在課余參加足球比賽，沒辦法在課上進行系統的足球技術練習。高職院校代表隊相比于普通高校的足球代表隊伍，學制為三年制和兩年制，在校期間時間少，同時有較多課程內外的實踐訓練無法留在學校，在僅有的時間里提高足球技術水平較為困難。整體技術水平較低，且無法在校期間進行系統的練習，隊員們在校期間對于足球技術水平的提高極其有限。

（2）高職院校學生的足球意識整體較低。

足球運動員競技能力的核心是駕馭空間的能力，而這一能力的訓練要素層面中，足球意識也可以看成是學生在比賽和訓練的知識經驗以及球場意識，如對足球運動的理解認識、對足球比賽的規律和在訓練中所表現出來的態度等。足球來源于生活，對足球運動的理解與認識也和學生們對生活和學習的認識與理解是相輔相成的。高職院校的學生在對生活和學習的理解中仍然處于從未成年人過渡到成年人的程度中，多數學生對足球運動的理解只停留在個人或者局部的水平，對教練員的意圖認識也很薄弱，自身能力欠缺，場上無位置感，團隊配合能力差等。

（3）高職院校學生身體條件較差。

高職院校學生與本科院校大學生相比，文化水平有一定差距，在生活學習方面有一定的惰性。學生們更愿意將時間花在社交軟件、電子游戲及日常的其他課余活動，而不愿意參加體育運動，身體基本素質普遍較低，意志品質較差。根據學校入學的大學生體測數據顯示，能符合《國家學生體質健康標準》所有測試項目及格以上的學生少之又少，學生在校期間身體素質得到提高的也較少。

1.3、高職院校足球隊訓練困難重重

（1）教育環境限制，訓練難以有效開展足球運動的普及。

高職院校重于學生的職業化教育，所以為了提升他們的實踐操作能力，學校在校內外都拓展了不少實踐平臺和渠道。同時，學校為普通專業學生所設置的足球課程非常少，可供學生接受足球訓練的機會有限。因此，在沒有一定政策支持下，學生在上課期間難以得到接觸足球運動的機會。

（2）足球隊訓練時間沒辦法得到保證。

足球運動作為第一大運動，在國內的普及率較高，但是從實際情況來看，高職院校學生的日常上課期間都是在學習專業技術，缺少專門的足球課程，學生只能利用課余時間去訓練。在僅有的課余時間內，各專業學生的專業需求不一，學生的課余時間也需要進行一定的專業技能訓練，足球隊日常訓練也都存在缺兵少將的情況。

（3）集中訓練較為困難，多為賽前集訓。

許多高職院校由于自身發展原因都有較多學院和專業，同時也有較多校區分布在不同的地方。對教學而言，學生的均勻分布，有利于學校體育設施的綜合利用，但對于代表隊的集中訓練而言卻成了一大難題。因此，代表隊平時的訓練無法保證隊員的集中，多為分校區、分教練，甚至分時段的訓練，無論對技戰術各方面而言，零散訓練對于球隊水平的提高都特別有限。在有比賽任務的基礎上，球隊的正式集中訓練也只能在賽前一月甚至一周，在有限的時間內提高球員們賽場上的技戰術水平也就尤為不易了。

（4）訓練硬件設施不足，后勤保障匱乏。

由于大多數高職院校并沒有體育專業，足球場地不足，訓練中的相應需求也無法得到滿足，如五人制、七人制、十一人制場地的協調使用，訓練期間健身器械的使用等等。同時，訓練和比賽后的恢復手段單一，除牽拉放松外，無其他輔助性的恢復器械，也無任何專業的醫療保障。

綜上可知，高職院校足球代表隊的訓練需要克服重重困難才能參與到代表隊的訓練中，無論從學生還是教練員的角度，都需要在短時間內提高球隊的技戰術水平，按照常規訓練的規律發展，并不能取得較好的效果。因此，為探討研究在高職院校足球隊訓練中有限的時間內提高球員們的技戰術水平，本文以可穿戴設備和視頻分析技術運用于代表隊訓練中，以量化球員的訓練和比賽表現，對球隊技戰術打法進行細化分析。

2、可穿戴設備在體育項目中的發展歷程

1983 年,芬蘭奧盧大學電子系發明了第一臺無線心率遙測儀—PolarPE-2000,科研人員第一次使用可穿戴概念來監控運動訓練過程,該設備為量化運動水平的評定提供了新方法,同時也開啟了訓練監控和量化評估負荷量的變革。在20 世紀90 年代,一種便攜式可穿戴氣體交換分析儀COSMED-K4b2 問世,使得以往只能在實驗室環境下進行的能量代謝實驗搬到訓練場,提高了人們對不同專項活動生理特征的了解。進入21 世紀，GPS 定位系統被用于運動監控，GPSports 內衣以黑色背心為主要穿戴方式,運動訓練監控進入數字化“黑背心”時代。2019 年,采用超光頻數據連接技術,擺脫GPS 使用環境限制的Clear-Sky 運動表現智能評估系統開始廣泛應用,運動訓練中的可穿戴設備進入了前所未有的高速發展時代。

2.1、可穿戴設備的分類

近年來，隨著信息技術的發展，可穿戴設備得以更大的普及。可穿戴設備種類多，按照這些設備的應用需求可分為三類：普通類、訓練類和科研類。普通類主要用于日常健身或者運動員恢復階段使用，這一類設備較為普遍，主要通過佩戴設備收集數據，利用相關APP 軟件進行數據分析，如手機、小米運動手環、蘋果手表等。訓練類主要用于體育專項訓練，這一類設備佩戴專門的運動設備，收集多項運動指標，如跑動數據、跑動熱圖、心電圖、體溫等，這一類設備包括GPS、加速度計、陀螺儀等。科研類主要用于體育科研，這一類設備精密復雜，數據需求精細，針對性較強，如血氧儀、代謝分析儀等。

2.2、可穿戴設備在足球訓練中的使用效果

（1）定位系統的應用。

2000 年，法西奧尼和同伴大衛·卡梅倫共同研發了GPSports 內衣。法西奧尼表示，這套產品能利用GPS 實時監控運動員們的跑動距離和心率。3 年后，澳大利亞GPSports 公司生產的GPSportsSystemsSPI-10 最早運用于團隊運動表現監控的全球定位設備，隨后幾年，該公司陸續改進并生產了SPIPro，WiSPI 和SPIElite 等版本。2006 年，另一家致力于體育運動表現監控專用全球定位設備生產的澳大利亞公司CatapultInnovation 誕生，并陸續推出了Cata-pultMinimax 系列和CatapultOptimeye 系列可穿戴全球定位設備。該公司生產的最新全球定位系統為OptimeyeS5，該系統融合了GPS 全球定位系統、3D 加速度傳感器、3D 陀螺傳感器和3D 磁力傳感器，可以有效地跟蹤和量化足球運動員的外部運動負荷，準確地記錄運動員在每一次訓練和比賽中的跑動距離、跑動速度、不同跑動速度段內的跑動次數和距離、不同強度的加速和急停距離與次數、不同強度的跳躍和變向次數。

（2）便攜式心率系統的應用。

便攜式心率監測系統可實現對學生在足球訓練和比賽過程中的每一次心跳進行跟蹤，具有代表性的運用于足球內部運動負荷監控的便攜式心率監測系統有：芬蘭生產的PolarTeam2系統、Firstbeat 系統等。便攜式心率監測系統一般都能提供運動員在每一次訓練中的平均心率、最大心率、不同心率區間的訓練時間等量化指標。在校園足球實踐中，可根據學生在訓練和比賽中的實時心率占其最大心率的百分比，將訓練和比賽中不同心率強度區間進行劃分，如：①低強度心率區間：實時心率處于＜60%最大心率的運動時間；②中低強度心率區間：實時心率處于60%-69%最大心率的運動時間；③中等強度心率區間：實時心率處于70%-79%最大心率的運動時間；④中高強度心率區間：實時心率處于80%-89%最大心率的運動時間；⑤高強度心率區間：實時心率處于90%-100%最大心率的運動時間。

3、視頻分析技術在體育訓練中的應用

最早的視頻分析來源于對體育賽事的錄像回看，用于觀察運動員自身的運動表現和對手的技術風格，從而分析自身技術動作的改進和研究克制對手的制勝技術動作。隨著科學技術的發展，視頻分析技術也得到了高速的發展，如高速攝像機、追蹤攝像機、多角度的動作捕捉攝像機等等。此類技術一般在體育訓練和比賽中應用，在足球項目中，足球運動員的跑動距離、姿態、區域以及接觸球位置、射門軌跡與動作形態都可通過視頻分析技術得到較好的比賽表現數據。

高水平的運動員跟蹤分析系統，不僅需要先進的攝像技術和圖像數據處理技術，還對場地設備等硬件設施有一定的要求，這在職業聯賽中能夠實現一定的普及，但是由于設備極其昂貴，硬件設施要求高，在校園足球中則難以普及。因此，在校園足球中運用視頻分析技術只能應用普通多機位的攝影攝像機，而后進行錄像回看，獲得所需要的數據。

4、可穿戴設備和視頻分析技術在訓練中的實際使用效果

“陽康”后，由于隊員們身體內部的不穩定性，在廣州民航職業技術學院足球代表隊的集訓中，引入INSAITKS 足球運動表現分析系統，同時使用自有設備DV 錄像和手機錄像多方位架設錄像。在檢測運動員身體健康的基礎上，獲得訓練需要的相關數據，綜合提高運動員的技戰術能力。在這套系統中，包括數字工作站、運動員追蹤器（臂帶式）、智能足球和相應的數據分析軟件。

4.1、設備介紹

（1）數字工作站。

在該套設備中選用移動版的數字工作站，將6 個移動工作站分置于訓練區域周邊。該系統采用了更高性能和精確度的UWB 定位技術，對于智能足球和運動員追蹤器的數據采集頻率大于10 次/s，定位精度小于16cm，能夠更大程度上滿足教練員對球員身體數據和位置信息的采集。

（2）運動員追蹤器。

運動員追蹤器采用臂帶式佩戴，可進行球員的實時定位、運動軌跡數據采集和心率數據采集。具有獨立數據顯示，球員姓名號碼自由切換，可多人共用。

（3）智能足球。

此款智能足球內置定位智能芯片，實時采集球體運動軌跡、和運動員觸球部位等數據。

（4）視頻設備。

在比賽和訓練中，使用兩臺錄像設備進行錄制，其中一臺設備固定整場畫面的錄制，另一臺由人為操作在球發展的區域內鏡頭跟蹤錄制。

4.2、訓練中設備的使用

（1）根據訓練計劃，在訓練的初期階段主要以有氧耐力跑動和無氧間歇跑動進行體能恢復訓練，在這一期間的訓練中，主要收集運動員的起止心率和跑動數據。根據運動員的心率監測每一位運動員的身體狀態和運動負荷強度，設置訓練的起止心率區間，未達標和超負荷者，教練都可通過實時數據提醒進行管理。在一次訓練中，可根據運動員們的整體數據變化進行運動負荷量的合理選擇以制定下一次的訓練計劃；

（2）在進行局部戰術配合時，根據教練員需要部署的戰術思路，提前搜索好的戰術配合案例，在訓練前集中觀看學習加深印象，進而在訓練中實際演練。在訓練結束時，根據運動員的實時數據進行總結，利用錄制的視頻對訓練中出現的具體問題加以分析，讓隊員們更加深刻地明確球隊戰術的需要和自身的問題；

（3）在訓練賽中，可結合運動員的最大負荷量判斷運動員的體能狀況，實時調整局部戰術部署。在賽后，根據運動員的跑動數據和位置定位，結合視頻分析對運動員的表現進行客觀評價和總結。截取比賽中成功的配合和出現問題的地方進行集中學習探討，進一步加深運動員們對場上位置感的認識，提升隊員們時間和空間的把控能力；

（4）在訓練中通過對智能足球的使用，可以更好地對隊員的技術動作進行糾正，結合觸球部位以對技術訓練環節進行更好的監測，使得運動員能夠更直觀地感受到人球結合的關鍵點。

在廣州民航職業技術學院足球代表隊的集中訓練期間，通過可穿戴設備和視頻分析的使用，效果顯著，尤其根據運動負荷的監測能更有效地控制負荷的量度。同時通過對運動員的跑動熱圖和視頻分析，能讓其對位置認識更清晰深刻，能直觀地反應運動員自身的位置和跑動問題，進而提升運動員們對足球場上時空能力的把握。這些技術在訓練中的運用，對于基礎較差的高職院校足球運動員，在保證運動員身體狀態的基礎上，能更好地提升訓練的質量，也能更有效地提升該水平運動員的技戰術水平。只是目前為止，該套設備屬于高科技產品，雖能有效地提升運動隊伍的技戰術水平，效果顯著，但是使用費用昂貴，需要較大的經費預算。