室内篮球跟踪系统精度分析

姜志军

（广东工程职业技术学院，广东 广州 510520）

1 前言

采取惯性测量单元（IMU）来量化和监控性能现在已成为训练师和健身教练的基本工具[1]。在篮球运动中，跟踪系统目前被用来检测运动时间和战术分析[2]。这些系统需要一定的最低精度标准，不同射频跟踪系统已经通过验证。由于技术的发展，许多学者采用了不同的验证方案：Frencken、Lemmink和Delleman[5]验证了一个局部位置测量（LPM）跟踪系统，该系统与光电管和卷尺记录的距离和速度有关。虽然该系统已在足球比赛中得到验证，但它可以用于室内篮球比赛。同一系统在室外和室内条件下进行评估和对比，但仅限于特定和确定的比赛区域。Ogris和coleagues[7]在分析LPM系统相对于应用红外技术的VICON摄像机系统的精度时也发现了同样的问题，但该方案仅在现场的一侧进行测试。后来，Leser、Schleindlhuber、Lyons和 Baca[6]验证了一种超宽带（UWB）跟踪系统Ubisense对滚轮测量距离的影响，假设距离有效。Luteberget和colleagues[9]验证了一个关于VICON的LPM系统，但该测试是在特定和确定的比赛场地区域进行，因为VICON系统在测量总场地[10-11]方面存在一定局限性。

目前，环境对射频信号的干扰是主要问题之一。在室内条件下，不同的元素及其排列方式，例如从场地到墙壁的距离、标记位置和其他，它们都可能导致报告的值存在显著差异和准确性偏差[4]。因此，同一个系统可能会给出与所放置室内球场相关的球员跟踪仪位置的不同评估产生指标误差，因为需要使用一个独立于球场位置的标准化方案来进行精度评估。因此，文章旨在设定一个特定室内篮球场地的轨迹精确定位方案。

2 研究方案

在比赛区域内进行3次不同的移位，每一次重复3次。在移位的过程中，两个装置安放在背部以上的位置（肩胛骨间线），用一个特殊安全带牢固地固定。在不同的距离、方向和强度下，以不同的距离、方向和强度来模拟比赛的实际条件，完成高达15km/h的位移。设计用于评价位置精度的轨道包括：不同运动行程侧边和轴线；球场的周界标记；球场中线；球场线的外部周界；中心圆；6.75m线。具体见图1～图6。尺寸如下：球场长28m、宽15m；球场中线长15m；涂漆线的外部长5.8m、宽4.9m；中心圆半径为1.8m；6.75m线质心长3.8m，其尺寸符合现行国际篮联篮球规则。实际距离可以通过脚轮测量。所有的任务必须从站着的位置开始，并在标记线的后面。

3 研究结果

3.1 准确度

X和Y坐标的位置平均差和差值百分比的精确度见表1。表1总结了不同方向位置估计误差的平均差。所有位置估计的平均绝对误差可以用各轴的差值和差值百分比的总平均值±SD来计算。在不同场合和使用的设备之间可以计算出显著性差异。

3.2 元素间可靠性

X坐标和Y坐标的ICC和TEM的元素见表2。表2显示了X坐标和Y坐标的ICC和TEM的元素间可靠性。

4 研究结果分析与讨论

文章所设计的方案仅使用同一跟踪系统的工具（WIMU-PROTM惯性器件和S-PROTM软件）。目前，在体育科学研究中，验证的参考方法是同时进行有效性分析和视频分析[7]。首先是经济成本高，其次是系统的安装和使用困难。基于这些原因，在这个意义上使用它似乎不够。此外，所有可用的研究都分析了场地的缩小面积，这限制了在全场正式比赛登记期间对跟踪系统的实际评估[7-9]。

为此，文章提出了一个标准化的低成本方案，该方案易于报告估计偏差。有人认为最佳估计偏差，在每个观测时刻，它必须小于物体重心自然位置（15～20cm）的误差[15]。因此，在分析过程中每个坐标（x，y）的值小于15cm时，可以假设跟踪系统可以实时测量时间运动分析。这项方案的评估进行了每秒2个数据的对比，这一过程比其他研究（光电管、手动测量等）将其数据进行对比过程更为详尽[3,5,6]。即使如此，数据的对比频率也可以配置为增加或减少。因此，如果能开发出组成跟踪装置的更高数据频率芯片组，这个电子表格将来就可以使用了。另一方面，篮球场的特点也存在一定程度的差异。故对室内条件下跟踪系统的相应精度标准化技术提出了挑战。这一方面很重要，当计算一个过程或一段时间内的数据比较时，要想知道是否有变化，那么一个测量值与另一个测量值的差值必须大于系统误差和重测信度。

图1 室内条件下的跟踪定位精度

5 结束语

一个标准化室内篮球场定位评估方案，可为体育科学专业人员提供一种有用的工具，用以分析所有跟踪系统的准确性和可靠性，且其结果可以在球场内与外进行比较。

表1 X和Y坐标的位置平均差（cm）和差值百分比的精确度

表2 X坐标和Y坐标的ICC和TEM的元素