現代足球競技表現測量與分析技術探析

李 強

（天津體育學院運動訓練科學學院，天津 301617）

近年來隨著科學技術的進步，越來越多功能完善的競技表現分析系統應用在足球運動員競技表現的測量和分析上。應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練和比賽中足球運動員的競技表現，并利用競技表現信息來指導和準備隨之而來的訓練和比賽。

1 足球運動員個體競技表現測量技術

從Reilly 和 Thomas的創立Timemotion研究開始，運用Time-motion研究職業足球運動員比賽中的競技表現已經有超過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，錄像機架設在場地中線一側看臺的高處，垂直高度大約15m，距離邊線30～40m，應用多臺攝像機，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的數據。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、每次活動的持續時間和該類活動的總時間等數據。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。在這之后的相關研究中出現了明顯的技術進步，包括使用更高級的錄像設備；應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致在數據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，這些比賽分析系統不允許實時分析，而且在分析比賽、采集和分析數據時費時費力。這種方法在學術研究方面的應用受到了極大的限制，因為比賽賽程密集，高水平職業足球俱樂部要在賽后24～36h就要獲得數據。人工編碼方式遇到的上述困難導致研究者在短時間內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據推斷全場比賽和全部運動員的數據。然而，這種不完整的比賽分析導致無法提供運動員在比賽中持續活動負荷數據，因為運動員在比賽持續過程中的活動負荷變化非常大，導致無法輕而易舉地推斷運動員的競技表現。

隨著技術的不斷進步，比賽分析技術開始運用電子裝置，自動跟蹤裝置構建數學模型程序，計算機程序和衛星定位跟蹤結合。本研究匯總了部分現代分析足球運動員比賽負荷的分析系統如表1所示。

這一研究領域更深層次的技術進步是“Trackperformance”系統的研發（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的畫圖方法相比，這是技術上的一次進步。應用競技能力跟蹤系統功能可以在全場范圍內追蹤運動員，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的內部信度、外部信度和精確度都在可以接受的范圍內。它的另一個優勢是在比賽中可以實時跟蹤運動員的活動，而且相對其他數據獲得方式更經濟實惠，花費較少。最后，這種研究技術便于攜帶和操作，可以在訓練狀態分析運動員的活動特征。

2 足球團隊競技表現測量技術

20世 紀90年 代，Sport-Universal Process公司和法國足協聯合研發了AMISCO系統，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據的工具系統。這個系統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、裁判員和球的數據采集頻率是每秒鐘25次，這可以在比賽場地上收集到450萬個打點位置數據，超過2000次觸球。類似的ProZone系統是AMISCO系統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目前被大量、廣泛的商業應用在歐洲足球聯賽里。這些系統詳細地提供每名運動員比賽中翔實的比賽活動負荷數據，而且可以創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。

表1 用于分析現代足球運動員競技表現的工具

以比賽錄像為基礎的多名運動員跟蹤系統，包括AMISCO Pro和ProZone通常需要在體育場內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。攝像機的數量、位置、方向、變焦和場地的視野等因素取決于體育場的結構和規格。體育場和比賽場地依據高度、長度和寬度等進行標準化，然后轉換成二維坐標模式，這樣可以標注比賽錄像畫面內運動員的坐標（x，y）。復雜三角形、適當的數學算式，采用圖像轉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用比賽分析軟件通過比錄像自動或手動追蹤。這項技術的實現是通過一些信息的支撐，例如比賽服裝顏色、光學字符識別球衣號碼、跑動模式的預測等信息，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一直需要一些人工輸入，以及系統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。自動跟蹤系統不是萬能的，因為一些微小的改變就會導致系統混亂，如在很小的區域內同時聚集了很多運動員，運動員位置變換重疊，這樣很容易導致系統混亂。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的一個最大優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；需要一個計算機網絡；至少一個研究人員收集數據和多個研究人員進行比賽分析。由于這樣的分析系統不便攜帶，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整一下攝像機焦距即可。此外，隨著各個高水平職業俱樂部簽署相互合作協議，在客場比賽時，主隊俱樂部之間可以提供比賽分析系統提供的比賽負荷、技戰術統計等比賽分析數據。

全球衛星定位系統（GPS）技術已經在優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備只能在訓練中使用。雖然目前有一些其他類型的教學、訓練和熱身比賽可以使用GPS設備。GPS設備需要每名運動員身體上佩戴一個接收器，它接收至少4個地球衛星發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公司設計的最新的SPII衛星定位設備已經被英國、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的RealTrack Football也是類似使用商用GPS的應用于足球的衛星定位裝置。可以一次購買包含超過11個接收器的一套設備。可以用于足球訓練、友誼比賽和其他類型的足球比賽。

3 結 語

足球競技表現分析已經從最原始的單臺錄像機拍攝發展到多臺高速攝像機同步拍攝，并同步上傳至計算機，應用軟件對其進行編碼生成各種類型的數據，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測量和分析數據，從手動跟蹤到計算機自動跟蹤技術。但高端的追蹤技術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相結合。目前在訓練中廣泛運動的就是GPS定位和跟蹤技術分析足球運動員的競技表現。