现代足球竞技表现测量与分析技术探析

李 强

（天津体育学院运动训练科学学院，天津 301617）

近年来随着科学技术的进步，越来越多功能完善的竞技表现分析系统应用在足球运动员竞技表现的测量和分析上。应用这些先进的高科技方法和手段，可以帮助我们更深入地了解训练和比赛中足球运动员的竞技表现，并利用竞技表现信息来指导和准备随之而来的训练和比赛。

1 足球运动员个体竞技表现测量技术

从Reilly 和 Thomas的创立Timemotion研究开始，运用Time-motion研究职业足球运动员比赛中的竞技表现已经有超过30年的历史了，最初的研究使用录像机在比赛场地边拍摄的比赛录像，录像机架设在场地中线一侧看台的高处，垂直高度大约15m，距离边线30～40m，应用多台摄像机，每台摄像机实时跟踪一个运动员的活动 。比赛结束后，每名运动员活动的比赛录像被划分为若干活动等级和方式用于获得相应的数据。运用录像机回放比赛录像的方式对不同类型的比赛活动进行编码，包括活动的频率、每次活动的持续时间和该类活动的总时间等数据。利用每种活动的平均速度和平均时间计算每种活动等级的活动距离。每名运动员比赛中的活动总距离就是比赛各种活动等级方式的距离相加之和。在这之后的相关研究中出现了明显的技术进步，包括使用更高级的录像设备；应用软件进行更先进的输入编码方式等。然而，由于人们对比赛活动认识的主观性导致在数据采集和录入时可能存在人工误差。不同的比赛观察人员对运动员在比赛中不同类型和不同级别的活动等变量的观察存在差异。而且，这些比赛分析系统不允许实时分析，而且在分析比赛、采集和分析数据时费时费力。这种方法在学术研究方面的应用受到了极大的限制，因为比赛赛程密集，高水平职业足球俱乐部要在赛后24～36h就要获得数据。人工编码方式遇到的上述困难导致研究者在短时间内只能筛选每场比赛每个运动员的部分时间的个别变量进行研究。并以部分时间段的数据推断全场比赛和全部运动员的数据。然而，这种不完整的比赛分析导致无法提供运动员在比赛中持续活动负荷数据，因为运动员在比赛持续过程中的活动负荷变化非常大，导致无法轻而易举地推断运动员的竞技表现。

随着技术的不断进步，比赛分析技术开始运用电子装置，自动跟踪装置构建数学模型程序，计算机程序和卫星定位跟踪结合。本研究汇总了部分现代分析足球运动员比赛负荷的分析系统如表1所示。

这一研究领域更深层次的技术进步是“Trackperformance”系统的研发（澳大利亚Sportstec公司）它提供了一个自动跟踪单一运动员个体的方法，在一个特殊的按比例缩小的场地画板上，使用通用的计算机触屏笔跟踪单一运动员。与之前日本学者在纸上按比例缩小场地图描绘运动员的移动路线的传统的画图方法相比，这是技术上的一次进步。应用竞技能力跟踪系统功能可以在全场范围内追踪运动员，可以采用打点的方式追踪运动员。采用按比例尺适度缩小的场地以便鼠标和触屏笔跟踪运动员的活动。这个计算机跟踪系统的内部信度、外部信度和精确度都在可以接受的范围内。它的另一个优势是在比赛中可以实时跟踪运动员的活动，而且相对其他数据获得方式更经济实惠，花费较少。最后，这种研究技术便于携带和操作，可以在训练状态分析运动员的活动特征。

2 足球团队竞技表现测量技术

20世 纪90年 代，Sport-Universal Process公司和法国足协联合研发了AMISCO系统，它是第一个可以同时获得一支球队所有运动员在比赛中的活动负荷数据的工具系统。这个系统利用录像测量每名运动员比赛中的活动特征，在全场比赛时间里包括运动员、裁判员和球的数据采集频率是每秒钟25次，这可以在比赛场地上收集到450万个打点位置数据，超过2000次触球。类似的ProZone系统是AMISCO系统在欧洲的主要竞争对手，这些可以同时跟踪分析多名运动员比赛录像的高端计算机分析系统目前被大量、广泛的商业应用在欧洲足球联赛里。这些系统详细地提供每名运动员比赛中翔实的比赛活动负荷数据，而且可以创建一个全场比赛模式的二维动画，所有运动员在比赛中的移动，也包括传球、对抗等所有比赛行为都可以在这个动画中体现。

表1 用于分析现代足球运动员竞技表现的工具

以比赛录像为基础的多名运动员跟踪系统，包括AMISCO Pro和ProZone通常需要在体育场内特定位置永久固定安放几台摄像机，这几台摄像机的画面要覆盖整个比赛场地的全景。这样设计确保摄像机在任何时间、任何位置都能够捕捉到每名运动员的比赛画面。摄像机的数量、位置、方向、变焦和场地的视野等因素取决于体育场的结构和规格。体育场和比赛场地依据高度、长度和宽度等进行标准化，然后转换成二维坐标模式，这样可以标注比赛录像画面内运动员的坐标（x，y）。复杂三角形、适当的数学算式，采用图像转换方法获得二维或三维空间坐标。在每个比赛时刻，运动员个体的活动也可以应用比赛分析软件通过比录像自动或手动追踪。这项技术的实现是通过一些信息的支撑，例如比赛服装颜色、光学字符识别球衣号码、跑动模式的预测等信息，这些信息能够帮助精确的确认和追踪运动员。在定位球活动时，如踢角球和任意球时，比赛画面被压缩，运动员位置很密集，需要支撑信息来帮助精确的追踪运动员个体活动 。尽管大量的计算机自动追踪，这些高端的追踪技术一直需要一些人工输入，以及系统操作者需要不断验证以确保计算机程序跟踪的运动员正确。自动跟踪系统不是万能的，因为一些微小的改变就会导致系统混乱，如在很小的区域内同时聚集了很多运动员，运动员位置变换重叠，这样很容易导致系统混乱。在这种情况下，必须要手工操作来纠正这些错误。

人工手动和自动跟踪影像系统的一个最大优势是不需要运动员佩戴任何电子传输装置。而不同类型的官方足球组织严禁在比赛中佩戴这种装置。而上述装置的主要劣势在于：成本较高；需要在比赛场地安装多台摄像机；需要一个计算机网络；至少一个研究人员收集数据和多个研究人员进行比赛分析。由于这样的分析系统不便携带，只能安装在球队主场比赛的体育场里。然而，DatatraX和Feedbacksport系统只需要2台便携式摄像机安装在体育场地开台高处，当运动员距离看台较远时需要调整一下摄像机焦距即可。此外，随着各个高水平职业俱乐部签署相互合作协议，在客场比赛时，主队俱乐部之间可以提供比赛分析系统提供的比赛负荷、技战术统计等比赛分析数据。

全球卫星定位系统（GPS）技术已经在优秀足球运动员的竞技能力分析中广泛使用。但是这样的电子传输设备只能在训练中使用。虽然目前有一些其他类型的教学、训练和热身比赛可以使用GPS设备。GPS设备需要每名运动员身体上佩戴一个接收器，它接收至少4个地球卫星发射的信号去决定运动员的位置信息，并且计算活动速度、距离、活动路线和活动高度。GPSPORTS公司设计的最新的SPII卫星定位设备已经被英国、西班牙、法国和中国等许多高水平俱乐部和国家队中使用。相类似的是，一家西班牙公司研发的RealTrack Football也是类似使用商用GPS的应用于足球的卫星定位装置。可以一次购买包含超过11个接收器的一套设备。可以用于足球训练、友谊比赛和其他类型的足球比赛。

3 结 语

足球竞技表现分析已经从最原始的单台录像机拍摄发展到多台高速摄像机同步拍摄，并同步上传至计算机，应用软件对其进行编码生成各种类型的数据，从运动员个体到多名运动员乃至整个球队的比赛竞技表现测量和分析数据，从手动跟踪到计算机自动跟踪技术。但高端的追踪技术也需要一些人工手动的输入，以及操作者验证计算机程序追踪的运动员正确。因此，需要人工手动和自动追踪技术相结合。目前在训练中广泛运动的就是GPS定位和跟踪技术分析足球运动员的竞技表现。