信息技术辅助训练及参赛研究*

戈 俊

（南京林业大学体育教育部，江苏 南京 210037)

信息技术（Information Technology，IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology, ICT），主要包括传感技术、计算机技术、通信技术、遥感技术、智能控制技术等获取、传递、存储、显示和应用信息的技术[1]。随着多领域应用的加速渗透，信息化技术日趋成熟，我国支柱性信息产业的发展势态及规模已领先世界各大强国。现代信息技术影响范围之广，普及率之高，正以昂首阔步迈向新时代的姿态融入人们生活、工作、学习的方方面面。

1 历史上信息技术在运动训练及体育比赛中的应用

第5 届奥林匹克运动会于1912 年在瑞典举办，比赛中首次安装并使用电子计时器及终点摄像技术，从而使比赛成绩精确到1/10 秒。1936 年在德国柏林举办的第11 届奥林匹克运动会，率先尝试通过媒体影响受众来提升赛事知名度，通过视频技术传播赛事实况，开创电视转播赛事新纪元。1964 年日本东京第18 届奥林匹克运动会上，美国借助“辛科姆”通信卫星，再一次刷新并扩大了赛事转播范围，让全球共享奥运盛况。1968 年墨西哥第19 届奥林匹克运动会，利用更加精准的电子计时系统，将运动员比赛成绩锁定在小数点后两位的毫秒值上，这一技术的运用让比赛更具竞争性和观赏性。1972 年慕尼黑第20 届奥林匹克运动会上，首次利用光电距离测试仪（精度可达1/1000 秒），大量应用激光装置、高速电子摄像设备及计算机处理等信息技术，使计时更精确，评分更公正，判罚更理性。2000 年悉尼奥林匹克运动会更是将信息技术运用到赛事的方方面面，集中整合出3 套核心系统，即奥运信息检索系统、奥运竞赛结果系统和奥运管理系统，足以支撑所有项目的计时、测速和计分需要[2]。

2 信息技术在运动训练中的应用分析

2.1 信息技术通过数据驱动运动员选材的有据可依

科学选材是基于生物化学、生物力学以及遗传学等生命科学学科的基础上，根据运动员自身特点、项目特点，运用现代科学技术手段对运动员的身体形态、生理机能、身体素质、心理品质和运动技能等方面进行综合选拔，科学合理的选择优秀运动员从事高水平运动训练[3]。利用现代信息技术结合生物数据模型，制定与项目特点相符合的选材依据，力求实现选材理性化、选材数据化、选材科学化。

“MT-Sports 足球助教”是动量科技发布的国内首款具有自主知识产权的运动机能数据服务系统，产品以人体运动科学和IT 技术的充分结合为基础，监测分析训练中的47项运动机能的数据指标[4]。从而实现综合管理、竞技训练、运动档案三大维度170 多项综合指数的全方位呈现，多维度驱动训练科学化、过程管理数字化、发展成果可视化。中国足球运动学院（秦皇岛）成立之初对人才挖掘及培养极其重视，为了让选材更具科学性和客观性，引进并投入使用MT-Sports 大数据综合分析师系统。该系统通过测试30m 跑、T 型跑射门、Illinois 灵敏、5×20m 折返跑等，来考察运动员的专项体能、专项技术以及竞技能力，并将运动员的测试成绩进行量化评比，记录并分析每位运动员的生理指标数据，反映运动员的体能状态和身体技能水平，为科学、精准、高效的运动选材提供了数据支撑和参考依据。同时，MT-Sports 大数据综合分析师系统可为每位运动员建立成长档案，以信息化手段辅佐青少年运动生涯各阶段的数据监控与评价体系，形成数据链及拓扑结构图，让数据之间通过链路、节点、通路形成关系，借助历史记录的横向分析、纵向对比进行数据化布局，以此科学推断运动员未来各项机能指标的移动范围，为针对性训练提供必要参考，为挖掘运动员潜能提供科学依据。

2.2 信息技术使运动辅助器械拥有智慧大脑

随着电子信息技术、智能传感技术、互联网大数据、云计算、人工智能技术等现代科学技术的快速发展，原本毫无感情色彩、没有数据反馈的原始传统运动健身器械，如杠铃、跑步机、力量拓展器等，如今通过信息技术的植入拥有了可以与运动参与者互动交流的“大脑”，具备体能指标的自动检测、训练方案的自动提供、运动过程的实时监控、运动效果自动反馈评估等功能。2007 年前后，随着多款智能手机的面世，各大基于Android、iOS、Windows、BlackBerry OS的应用商店中涌现出大量可提供科学训练方法指导、运动量、运动强度分布控制、训练方式搭配、训练周期安排及训练器械选择等，既不受运动场所限制，又可以利用碎片化时间进行体育锻炼的APP。信息技术改变了人们运动“难”、运动“苦”的观念，取而代之的是科学健身、高效健身。可穿戴运动设备通过声音、图片、激光、影像等使人体感觉器官实现接收并感知，使器械学会“思考”成为可能，实现人机交互，增强了人们快乐运动的新体验。

2018 俄罗斯世界杯上频频涌现的高科技信息技术令人记忆犹新。阿迪达斯公司研发的赛事用球“Telstar 18”，将全方位智能运动识别芯片、传感器、蓝牙等技术搭载其中，通过对足球运动中的推、送、控、传、射、盘、带等不同形式中的力量、速度、耐力等20 多项数据进行分析计算，科学地反映出运动员的技术特点及训练成果。为了获取更多的数据，阿迪达斯公司将精度测速仪置于球鞋鞋垫之下，将运动员的位移加速度、反应速率、跑动用时、体能消耗等数据通过无线传输设备实时显示在智能终端上，让教练员和运动员自身能够及时查阅数据信息。这为教练员给运动员制订或改进运动方案提供依据，能迅速提高运动员的运动成绩[5]。

2.3 信息技术增进运动训练形式多样化，推进科学化变革

信息技术作为科技发展产物迅速渗透到人们的日常工作与生活中，并将影响逐渐扩大。科技奥运的理念不仅让人们对现代体育赛事更加期待，还使比赛更具观赏价值。利用信息技术手段进行辅助训练，可使训练方法更加科学，手段更加多样，效果更加显著。从某种意义上说，是科技让体育更具魅力，让体育与时俱进，让体育变得更有意义。教练员通过信息处理技术，快速、高效地制定训练计划、大纲及教案；合理运用文字处理技术、图像编辑技术、视频采集技术，将训练内容、训练方法，通过科技手段传给运动员的视听系统，以全新的方式改善训练体验，激发训练动力，提高训练效果。

利用VR 技术模拟体育运动场景，构建三维虚构赛场条件，使运动参与者有身临其境的直观感受，将运动体验推向高潮。目前，市面上的VR 运动产品有VR 网球、VR 赛车、VR 力量训练、VR 跳伞、VR 高山滑雪等极限运动。1991 年冬奥会前夕，美国奥林匹克雪橇队利用计算机仿真模拟比赛训练。该系统整体框架设计由硅谷图像公司芝特·哈波特研发，采用三维立体视觉成像技术将法国阿尔贝维尔冬奥会雪橇赛场映射到训练场馆中，其逼真程度足以以假乱真[6]。该案例的技术核心在于利用计算机信息技术及图像处理技术，结合运动员自身训练特点，将有形的技术动作的运动轨迹通过点对点的信号传递形成文字及图形，再通过二进制的机器指令码交由存储介质贮存并提交数据库进行数据的比对，最终交由处理器根据事先指定的算法，分析大量运动数据的特点及规律，如运动时间、坐标方位、速度、频率、重心等，最终形成分析报告。这有助于教练员有针对性地进行技术改良和优化，达到提高运动成绩的目的。众所周知的SAP Sports One 系统针对不同的球队及运动员进行实时数据追踪和采集，并通过GUI 反馈到屏幕上，从移动路线、奔跑速度、心率到体能情况，SAP 都能及时量化运动员的表现，从而给教练员在进行科学选材、指定训练计划、及时调整比赛战术提供便利[7]。

作为体育强国之一的美国，将计算机信息处理技术运用在田径训练项目的各个领域中，均获得不俗的表现。例如，通过视频载入系统，记录跳高运动员起跳前移动的路线轨迹，起跳点，起跳后身体的各种姿态变化、角度、速度等，再将这些数据与数据库中世界著名跳高选手的各项数据进行对比，找出差距，寻找问题所在，并给出解决方案。通过对技术动作的反复录放，结合信息技术的模拟仿真教学，使运动员直观、立体、主动、全面地掌握规范、正确的技术动作，从而提高运动训练的科学性、有效性，降低运动员培养周期，提高成材率，有效增加运动成绩的科学产出。运用信息技术不仅能改善训练效果、提升竞技水平、刷新运动成绩，还能降低运动损伤、延长运动寿命。信息技术打破了体育竞赛与运动训练的传统模式。传统的运动训练要求教练员通过语言或者肢体进行有计划、有目的、有组织的言传身教，然而，训练期间的各种数据往往更能说明运动员的实际参赛能力。

3 信息技术在赛事数据分析中力求判罚更具科学性、准确性

利用数字信息技术展现体育运动过程，分析运动成绩，总结致胜规律，从而成就历史辉煌。级别越高的比赛，如奥运会是展现全球技术最全面、能力最突出、战术最多变、场面最震撼、结果最令人意外的顶级赛事。利用信息技术或是数字媒体等智能技术分析得出的赛事数据，是最权威最有价值的，其贡献程度极高。因此，数字信息技术是支撑和驱动高质量、高效率体育竞技比赛的标尺[8]。组织构建并开发研制信息技术在体育竞技比赛中的应用设备，以数字技术为核心，将信息标准化，突出信息采集、数字转化、数学建模、数据处理，加强数字信息技术的基础建设，创新智能体育技术手段，助力体育事业繁荣发展，推动体育强国建设。

5G、VAR 智能设备、人工智能信息技术在2018 俄罗斯世界杯中大放异彩。在捕捉高速运动场景、足球跟随模型机制、长远镜头优化、精彩回放ROI 区域增强，观众表情捕捉等细节上做了一系列视觉效果分析及优化效果动态处理，打造了世界杯最优动态编码模型[9]。视频助理裁判员技术(VAR)让裁判员拥有了鹰一般的“电子眼”，VAR 由33 台分布于赛场多个区域的数字摇杆摄像机、2 台可抓拍越位犯规的摄像机组成。对于视频助理裁判员来说，具有高科技含量的当属8 台超慢动作和4 台极慢动作记录摄像机，他们针对4种特殊情况进行捕获处理：裁判员判罚有误、红牌、点球、进球得分。EPTS 是从2015 年起国际足联允许运动员们在比赛时使用的集便携式、光学跟踪、GPS 等于一体的可穿戴设备。利用视频图像采集、运动员随身携带的智能装备和GPS定位详细记录运动员在比赛中的站位、移动路线、跑动速度、传接球次数、射门角度等一系列数据，短时间内即可传递到主控台以及助理教练员和医疗团队的移动可视设备终端上，可以协助教练员、医疗团队等实时监测运动员技术水平和机能状态。2014 年巴西世界杯，国际足联引进名为GoalControl-4D 的球门线判别系统，该技术通过在每条门线上装备了若干架VCR，每秒能抓拍500 张全片幅高清图片，VCR 与一套高性能图像处理系统连接，能跟踪一切移动物体在镜头内的各种姿态，并过滤掉运动员、裁判员以及与足球无关的影像，确保判罚的精准性及公正性[10]。英特尔和Hawk-Eye 公司开发研制的“子弹时刻”回放技术将图像经过3D 处理，能真实还原比赛中的任意一帧、任意角度，能精准地将赛场上漏判、错判、判罚不明的局面进行扭转，让判罚更具科学性、准确性。

比赛中通过信息技术实时监控运动员的移动路线和各项生理指标变化，利用卫星定位技术，捕捉运动员精确坐标方位，通过算法计算路线、距离、速度、耗时等反馈数据，汇总其运动规律、燃脂率心率、最大摄氧量等参数，供教练员参考并及时总结和调整战术方案，同时将各项数据上传至同步数据库，以便日后作为历史数据查阅。

4 运用信息技术合理分配场馆，最大化提高场馆使用率

2008 年北京奥运会后，各大赛事承办场馆进入停业整修状态，经过政府部门规划，调整翻新转型升级后的场馆面向社会开放，让普通民众在家门口就能消费的起奥运场馆。现如今利用信息技术手段和物联网技术将智能控制系统、通信网络系统、场馆票务管理系统进行数据对接及资源共享整合，可以实现线上场地预订、缴费、充值、票务计费、节日促销、报表生成、会员积分折扣等多种功能，在实现移动支付消费管理的同时，提高了服务质量和维护质量，降低了人工成本。

从集成系统的优化与稳定，突出框架整体效应来讲，体育场馆智能信息技术是一个多层次综合性操作系统，内部形成交叉网络，各系统由诸多要素组成。有的体育场馆运用建筑艺术及设计技术，采用超高清晰度+高动态离散成像信号，有的还运用全景VR 技术使其拥有立体3D 动态效果体验，让球迷品尝视听盛宴的逼真还原。闻名于世的NBA 萨克拉门托国王队为了给在场及电视机前的球迷提供最佳的观赛体验，将黄金1 号体育运动中心打造成拥有5G 和VR 虚拟现实技术的主场球馆。该场馆的全部电力供应来自于太阳能，智能化入口能承载每小时1000 人的出入；球馆APP 可让观赛者从多角度欣赏赛事回放，室内最大的4K 分辨率记分牌能满足观赛者在任意角度察看分值的变化；场馆拥有800 个屏幕和1000 多个WIFI 接入点，在比赛日期间实时提供各类便民服务；场馆运营控制团队在比赛日向观赛者提供精确的谷歌地图交通服务，通过控制交通流量最大限度地改善周边交通状况。

5 结论与建议

5.1 结论

利用信息技术对常规训练场地器材、训练日志、竞赛周期、场馆建设、康复医疗等进行科学化数据管理，提供有针对性全方位服务。根据历史数据，系统实施科学化的医务监督，统筹规划医疗、训练、科研优质资源及整合。利用信息技术加强运动队各项数据分类管理，对运动员的个人信息进行建档统计，实现“增、删、改、查”一键式信息服务，降低各数据管理模块之间的耦合性，提升系统资源的可扩展性，建立健全云计算、大数据以及人工智能等有助于未来体育事业发展的决定性技术服务。信息技术能营造品牌赛事，提升赛事影响力及规模，简化赛事信息发布程序、集成赛事报名及赛事安排，公开透明赛事赞助及广告位招商明细，增加赛事转播或直播渠道。利用信息技术对参赛队及参赛运动员的赛前、赛中、赛后多项数据进行实时监控及数据分析，量化指标，突出重点。科技引领高品质赛事，数字媒体传播赛事实况，互联网提升受众群体，信息技术助力体育新时代。

5.2 建议

如今，推动经济社会发展的原动力是信息化，国家的现代化发展主要是促进信息技术覆盖面，加大信息化建设在各行业范围内战略布局与深入应用。运动训练与体育比赛，随着时代变革与经济社会发展在与时俱进地进行战略转型，显现出体育事业发展与信息技术建设互助、互利、互惠、互赢的新局面，科技数字体育应运而生。科技革命的兴起正在潜移默化地改变人们的日常生活，信息技术的变革加剧了运动训练及体育竞赛竞争性及残酷性。未来信息技术与体育高度融合的应用场景将日趋成熟，辐射面不断扩大，形成互联网+体育新时代。在大力发展科技体育的同时，积极踊跃推动体育兴国战略，使体育促进健康与文娱融为一体，建立并推行全民参与的“健康中国”要务。随着智能可穿戴设备的量产，体育健康大数据搭建、VR 虚拟仿真技术在体育领域将持续探寻与尝试；随着物联网技术的普及与发展，所有运动项目训练装备的未来发展均趋向于成熟的人工智能，智能体育成为新时代的宠儿。