如何监测运动员比赛的实时数据
来源： 科普中国 发布时间：2022-08-16
作者：张语格
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米乐app官网登录的技术支持，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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