【全球新视野】【创作培育计划】如何监测运动员比赛的实时数据

来源:科普中国

作者:张语格


(资料图片)

审核:陈旭东

2022世界杯将在几个月后的卡塔尔正式开幕,平时喜欢看足球的你,可能好奇过一件事,每场比赛,球员们的运动数据,究竟是怎么统计出来的?

其实这背后,隐藏着很多的高科技。简单来说,数据的统计,由运动员身上佩戴的设备,和活跃在赛场旁边的人工智能摄像机共同实现。

比如你常常会在看比赛时,发现运动员穿戴的黑色小背心。这是在2000年就被发明出来的体育实时定位系统,衣服背面肩胛骨的部位,安装了微型GPS系统,正面还有心率带,可以统计球员的跑动距离、最高速度、爆发力、冲刺次数,以及运动心率,大概有16个检测指标。比赛结束,每个球员在球场上展示出的具体数据是多少,都可以通过这个反映出来。教练团队也就能及时发现球员们的长处和不足,并进行针对性的改善,甚至还能通过场边的接收天线、电脑联网,进行实时分析。

此外,系统还可以监测心脏,以及身体其他部位的伤病,比如双脚落地不均等等。

欧洲很多体育公司,都在着手开发这方面的监测系统,并与足球俱乐部展开深度合作。STARTsport公司,就常年为皇马、巴萨、阿森纳等俱乐部提供数据服务。连斯特林、凯恩、马奎尔这些英超巨星,都认识到其发展潜力,斥巨资对其进行投资。

以色列一家名为PlayerMaker的公司,则另辟蹊径,选择在球鞋上下功夫。他们把数据传感器,用硅胶绑带,固定在球鞋后侧。这个传感带,可以有效捕捉球员运动时的双脚数据,像是传球次数、传球成功率、跑动距离、冲刺速度、触球次数,都可以汇总起来,交给人工智能分析。

国际足联发展总监,著名教练温格,非常看中这套设备,在研发团队融资期间,给了很大的助推。相比于传统的采集设备,安装在球鞋上的系统,不仅采集更精准,还最大程度减少对球员的影响。这次卡塔尔世界杯,据说英格兰队和阿根廷队,都会使用该系统,你看球时,别忘了观察一下。

PlayerMaker还有更大的野心,就是在全球建立数据分析库,可以在球员的青少年时期,就发现其中的潜力股和佼佼者。

除了球员所佩戴的设备,球场外也安装了大量的高速热成像摄像机,可以实时捕捉球员们的运动情况。早在上个世纪90年代,影像处理跟踪系统出现后,就有了固定摄像头,覆盖整个球场,记录影像数据。

在技术不发达的时候,采集主要是手动的,工作量大,采集时间也长,直到后来,计算机视觉技术引入到足球轨迹数据采集流程,通过计算机识别球场上每个运动员的位置,效率才大大提高。

计算机识别系统,主要通过球员身上的信号发射器,与场外的接收器联动,实现数据捕捉。

但我们要知道,室外球场的开阔性,导致会有大量的云层和阳光,对目标进行遮挡,很难有效的捕捉数据。

为此很多公司都进行了多次的算法迭代。比如提取目标的影像为正样本,其周围目标的影像为负样本,正样本为1,负样本为0,并确定权重,离目标越近,接近1,离目标越远,接近0,结合数据提高分析能力。

此外,数据公司还会使用多摄像头的跟踪方式,当一名运动员被其他球员遮挡,迅速切换到其他视角,观察球员,获得其运动的准确数据。

还有些系统,甚至可以通过粒子滤波技术,对球员进行位置追踪和阵型检测。

采集人员把特定目标作为跟踪目标,而当跟踪框转移到其他球员上,或者目标被遮挡,以及置信度低于预先设定的阈值,系统都可以要求停止跟踪,手动更正。

有了大量的数据统计和跟踪系统,教练团队可以对整场比赛的数据变化和态势一览无余,加强对比赛的分析。

早在2010年出现的可视化系统soccer scoop系统,可以将球员不同身体部位进行统计和编码,直观分析球员统计指标。

outflow系统,可以归纳、聚合、统计,像进球和失球等比赛关键事件。

而 soccerstories 系统,还能将比赛中不同的局部传球路线,绘制到球场相应位置,将其聚合,数据分析师能从中观察出球队的传球模式。

通过大量的数据采集捕捉,球场上每个区域的威胁性评估,传球频率,球员活动规律性,都可以充分在电脑中被展现出来。

欧洲有很多知名高校,都展开了比赛数据分析的相关项目。像英国利物浦的约翰莫尔大学,运动学教授,开创了早期的视频捕捉分析技术,与阿森纳、切尔西、埃弗顿等俱乐部,都有密切的科研联系。

德国的科隆体育大学,则通过对足球比赛的数据统计,为德国国家队服务。早在2006世界杯期间,德国队与阿根廷队的四分之一决赛中,科隆体育大学,就通过分析对手的进攻路线、核心球员的技术特征和跑动特点,以及防守球员的组织和协同站位,给德国队提供了大量的技术支持,最终帮他们战胜了阿根廷队。

很多科技公司,也在做相关的研究与开发。

比如位于英国伦敦的老牌体育数据公司Opta,通过视频捕捉采集技术,来记录球员每次触球的位置和时间,团队跑动的热图、传球线路图、进球线路图、进攻分析等,不仅可以帮助球队分析比赛数据,也可以指导他们根据球员特性,来买卖球星。

用科技指导足球,方便了教练组和团队制定战术,同时也能让我们每个球迷,了解不同地域和联赛的战术风格,这就是科技之光,带来的魅力。

参考资料:

1,足球运动员的黑背心,究竟有多黑科技?https://www.easthulk.com/6347

2,温格投资!一根200美元的智能足球鞋带,获投资4000万。https://baijiahao.baidu.com/s?id=1736387850761998105&wfr=spider&for=pc

3,上海体育学院学报:基于KCF算法的足球运动员体能录像跟踪技术研究:http://www.xml-data.org/SHTYXYXB/html/58c8c783-8b52-4ffb-a405-883b5ac19ce5.htm#close

4,河北师范大学硕士论文:比赛数据采集分析技术在中超联赛的应用现状与发展趋势。

5,足球比赛数据可视分析:https://blog.csdn.net/weixin_45585364/article/details/115315189

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关键词: 数据采集 人工智能 数据分析

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