可穿戴设备与视频分析技术在高职院校足球训练中的应用研究.pdf

文体用品与科技总第 523 期 2023 年 9 月(下)196SMART SPORTS智慧体育摘要：足球运动发展日新月异，科学技术的发展引领着足球技战术的进步。目前，随着科学技术水平的日益提升，更多的先进技术设备也开始在足球运动中广泛应用，如可穿戴设备以及多媒体课件等在训练中的综合应用。基于此，该文以可穿戴设备及视频分析技术在广州民航职业技术学院男子足球代表队训练中的应用进行分析，旨在为高职院校的校园足球训练质量的提升提供参考。关键词：可穿戴设备 视频分析技术 校园足球 训练中图分类号：G80 文献标识码：A 文章编号：1006-8902-（2023）-09-196-3-TBB近年来，比之世界足球的发展，中国足球的发展并不尽如人意。对此，上至国务院 2015 年印发的关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见及教育部颁布的各项校园足球政策，下至今年为止各个地方基层足球的发展与整改，无不彰显出国人对中国足球崛起的期望与决心。足球作为世界第一大运动，在国内也有着较大的普及率，有着很好的群众基础。根据全国青少年校园足球工作报告（2015-2019 年）里的资料可以知道，全国认定的校园足球特色学校有 24126 所，校园足球教师有 4 万名，全国校园足球场地有 120960 块，而参与校园足球活动的中小学生将近 2000 多万。校园足球被认为是中国足球发展的基石，为此，提升校园足球运动的水平，有助于夯实中国足球青训的基础，为中国足球未来的发展提供源源不断的力量。校园足球运动水平提升的关键是实现足球的选材、训练与比赛水平的科学化，量化评估学生在校园足球训练与比赛中的运动表现及运动负荷是科学化必备要求。因此为了在校园足球的选材、训练和比赛中更好地量化评估运动员的运动水平，将更先进的设备和技术运用于校园足球的训练和比赛中也成了发展校园足球水平的必行之路。在国内校园足球的发展中，广东省的“省长杯”校园足球赛是很具有代表性的校园足球比赛。在 2022 年的比赛中，仅大学组别就分为男子甲 A、甲 B、乙 A、乙 B、丙 A、丙 B 和女子组共7个组别，全省89所高校派出了122支球队，参赛人数达3472人。自 2014 年广东大学生联赛改名为广东省“省长杯”青少年校园足球联赛（大学组）总决赛以来，在这近 10 年的发展中，广东省大学的校园足球赛从技战术打法及大学校园足球的覆盖率上都有了质的飞跃。因此，如何在学生们大学期间有限的时间内提高校园足球参赛队伍的训练和比赛的技战术水平，也成了各大高校代表队最需要解决的问题。在这种需求下，可穿戴设备和视频分析技术在训练和比赛中的综合应用便成了短时间内提升球队训练和比赛技战术打法的重要科技辅助手段。量化评估运动员的训练和比赛的表现，可为运动队伍提供更好的运动负荷数据分析和球队技战术打法的分析，从而制定更佳的训练计划。本文以广州民航职业技术学院男子足球代表队在训练中面临的问题，探索可穿戴设备和视频分析技术给足球代表队的训练带来的实际成效。基金项目：1.广东省高等职业院校教育与体育类专业教育指导委员会 2022 年度课题基于社会需求的粤港澳大湾区高职院校体育高质量人才培养模式创新研究，项目编号：2022G086；2.教育部职业院校教育类专业教学指导委员会2023年度课题 基于人工智能物联网（AIoT)的可佩戴设备在高校公共基础课足球教学中的应用研究，项目编号：JYJZWGGK-2023A-18。作者简介：贾志亮（1982-），男，汉族，辽宁丹东人，硕士研究生，副教授，研究方向：足球教学理论与实践。可穿戴设备与视频分析技术在高职院校足球训练中的应用研究贾志亮（广州民航职业技术学院 广东 广州 510403）1、高职院校校园足球代表队情况分析1.1、高职院校足球代表队生源情况不一以广东省“省长杯”大学生足球赛为例，高职院校组为丙 A、丙 B 组，分为升降级，丙 A 组别的 16 支队伍为丙组中水平较高的队伍，每年比赛丙 A 组的后 4 名降级到丙 B 组，丙 B 组的前 4名则进入丙 A 组。在两个组别的几十支队伍中，招生情况也都有所不同。其中近年来丙 A 组的冠军获得者广东工贸职业技术学院和深圳职业技术学院的队员多为自主招生的足球运动员，学校的招生政策均有较大的自主性。在这一组别的其他名列前茅的队伍中，如私立华联学院、广州东华职业学院、广东水利电力职业技术学院等学校对于足球队伍的重视程度也相当大，学校在招生层面便有着较大的优惠政策吸引足球人才进入学校学习。同时学校对于足球代表队的日常训练鼎力相助，在师资投入和课程协调方面都有着独有政策的支持，保证学生学业顺利完成的基础上给予足球代表队训练和比赛最大的支持，让队员们能够安安心心训练和比赛。1.2、高职院校足球队队员的基本现状（1）高职院校普通学生组的足球技术水平较低。高职院校学生对于课外活动的参与度要比普通高校的学生少，学生整体的足球技术水平较低，普通班级会踢球的学生少之又少，只能在课余参加足球比赛，没办法在课上进行系统的足球技术练习。高职院校代表队相比于普通高校的足球代表队伍，学制为三年制和两年制，在校期间时间少，同时有较多课程内外的实践训练无法留在学校，在仅有的时间里提高足球技术水平较为困难。整体技术水平较低，且无法在校期间进行系统的练习，队文体用品与科技总第 523 期 2023 年 9 月(下)197智慧体育SMART SPORTS员们在校期间对于足球技术水平的提高极其有限。（2）高职院校学生的足球意识整体较低。足球运动员竞技能力的核心是驾驭空间的能力，而这一能力的训练要素层面中，足球意识也可以看成是学生在比赛和训练的知识经验以及球场意识，如对足球运动的理解认识、对足球比赛的规律和在训练中所表现出来的态度等。足球来源于生活，对足球运动的理解与认识也和学生们对生活和学习的认识与理解是相辅相成的。高职院校的学生在对生活和学习的理解中仍然处于从未成年人过渡到成年人的程度中，多数学生对足球运动的理解只停留在个人或者局部的水平，对教练员的意图认识也很薄弱，自身能力欠缺，场上无位置感，团队配合能力差等。（3）高职院校学生身体条件较差。高职院校学生与本科院校大学生相比，文化水平有一定差距，在生活学习方面有一定的惰性。学生们更愿意将时间花在社交软件、电子游戏及日常的其他课余活动，而不愿意参加体育运动，身体基本素质普遍较低，意志品质较差。根据学校入学的大学生体测数据显示，能符合国家学生体质健康标准所有测试项目及格以上的学生少之又少，学生在校期间身体素质得到提高的也较少。1.3、高职院校足球队训练困难重重（1）教育环境限制，训练难以有效开展足球运动的普及。高职院校重于学生的职业化教育，所以为了提升他们的实践操作能力，学校在校内外都拓展了不少实践平台和渠道。同时，学校为普通专业学生所设置的足球课程非常少，可供学生接受足球训练的机会有限。因此，在没有一定政策支持下，学生在上课期间难以得到接触足球运动的机会。（2）足球队训练时间没办法得到保证。足球运动作为第一大运动，在国内的普及率较高，但是从实际情况来看，高职院校学生的日常上课期间都是在学习专业技术，缺少专门的足球课程，学生只能利用课余时间去训练。在仅有的课余时间内，各专业学生的专业需求不一，学生的课余时间也需要进行一定的专业技能训练，足球队日常训练也都存在缺兵少将的情况。（3）集中训练较为困难，多为赛前集训。许多高职院校由于自身发展原因都有较多学院和专业，同时也有较多校区分布在不同的地方。对教学而言，学生的均匀分布，有利于学校体育设施的综合利用，但对于代表队的集中训练而言却成了一大难题。因此，代表队平时的训练无法保证队员的集中，多为分校区、分教练，甚至分时段的训练，无论对技战术各方面而言，零散训练对于球队水平的提高都特别有限。在有比赛任务的基础上，球队的正式集中训练也只能在赛前一月甚至一周，在有限的时间内提高球员们赛场上的技战术水平也就尤为不易了。（4）训练硬件设施不足，后勤保障匮乏。由于大多数高职院校并没有体育专业，足球场地不足，训练中的相应需求也无法得到满足，如五人制、七人制、十一人制场地的协调使用，训练期间健身器械的使用等等。同时，训练和比赛后的恢复手段单一，除牵拉放松外，无其他辅助性的恢复器械，也无任何专业的医疗保障。综上可知，高职院校足球代表队的训练需要克服重重困难才能参与到代表队的训练中，无论从学生还是教练员的角度，都需要在短时间内提高球队的技战术水平，按照常规训练的规律发展，并不能取得较好的效果。因此，为探讨研究在高职院校足球队训练中有限的时间内提高球员们的技战术水平，本文以可穿戴设备和视频分析技术运用于代表队训练中，以量化球员的训练和比赛表现，对球队技战术打法进行细化分析。2、可穿戴设备在体育项目中的发展历程1983 年,芬兰奥卢大学电子系发明了第一台无线心率遥测仪PolarPE-2000,科研人员第一次使用可穿戴概念来监控运动训练过程,该设备为量化运动水平的评定提供了新方法,同时也开启了训练监控和量化评估负荷量的变革。在20世纪90年代,一种便携式可穿戴气体交换分析仪 COSMED-K4b2 问世,使得以往只能在实验室环境下进行的能量代谢实验搬到训练场,提高了人们对不同专项活动生理特征的了解。进入 21 世纪，GPS 定位系统被用于运动监控，GPSports 内衣以黑色背心为主要穿戴方式,运动训练监控进入数字化“黑背心”时代。2019 年,采用超光频数据连接技术,摆脱 GPS 使用环境限制的 Clear-Sky 运动表现智能评估系统开始广泛应用,运动训练中的可穿戴设备进入了前所未有的高速发展时代。2.1、可穿戴设备的分类近年来，随着信息技术的发展，可穿戴设备得以更大的普及。可穿戴设备种类多，按照这些设备的应用需求可分为三类：普通类、训练类和科研类。普通类主要用于日常健身或者运动员恢复阶段使用，这一类设备较为普遍，主要通过佩戴设备收集数据，利用相关 APP 软件进行数据分析，如手机、小米运动手环、苹果手表等。训练类主要用于体育专项训练，这一类设备佩戴专门的运动设备，收集多项运动指标，如跑动数据、跑动热图、心电图、体温等，这一类设备包括 GPS、加速度计、陀螺仪等。科研类主要用于体育科研，这一类设备精密复杂，数据需求精细，针对性较强，如血氧仪、代谢分析仪等。2.2、可穿戴设备在足球训练中的使用效果（1）定位系统的应用。2000 年，法 西 奥 尼 和 同 伴 大 卫 卡 梅 伦 共 同 研 发 了GPSports 内衣。法西奥尼表示，这套产品能利用 GPS 实时监控运动员们的跑动距离和心率。3 年后，澳大利亚 GPSports 公司生产的 GPSportsSystemsSPI-10 最早运用于团队运动表现监控的全球定位设备，随后几年，该公司陆续改进并生产了 SPI-Pro，WiSPI 和 SPIElite 等版本。2006 年，另一家致力于体育运动表现监控专用全球定位设备生产的澳大利亚公司 CatapultInnovation 诞生，并陆续推出了 Cata-pultMinimax 系列和CatapultOptimeye 系列可穿戴全球定位设备。该公司生产的最新全球定位系统为 OptimeyeS5，该系统融合了 GPS 全球定位系统、3D 加速度传感器、3D 陀螺传感器和 3D 磁力传感器，可以有效地跟踪和量化足球运动员的外部运动负荷，准确地记录运动员在每一次训练和比赛中的跑动距离、跑动速度、不同跑动速度段内的跑动次数和距离、不同强度的加速和急停距离与次数、不同强度的跳跃和变向次数。（2）便携式心率系统的应用。文体用品与科技总第 523 期 2023 年 9 月(下)198SMART SPORTS智慧体育便携式心率监测系统可实现对学生在足球训练和比赛过程中的每一次心跳进行跟踪，具有代表性的运用于足球内部运动负荷监控的便携式心率监测系统有：芬兰生产的 PolarTeam 系统、Firstbeat 系统等。便携式心率监测系统一般都能提供运动员在每一次训练中的平均心率、最大心率、不同心率区间的训练时间等量化指标。在校园足球实践中，可根据学生在训练和比赛中的实时心率占其最大心率的百分比，将训练和比赛中不同心率强度区间进行划分，如：低强度心率区间：实时心率处于 60%最大心率的运动时间；中低强度心率区间：实时心率处于 60%-69%最大心率的运动时间；中等强度心率区间：实时心率处于70%-79%最大心率的运动时间；中高强度心率区间：实时心率处于 80%-89%最大心率的运动时间；高强度心率区间：实时心率处于 90%-100%最大心率的运动时间。3、视频分析技术在体育训练中的应用最早的视频分析来源于对体育赛事的录像回看，用于观察运动员自身的运动表现和对手的技术风格，从而分析自身技术动作的改进和研究克制对手的制胜技术动作。随着科学技术的发展，视频分析技术也得到了高速的发展，如高速摄像机、追踪摄像机、多角度的动作捕捉摄像机等等。此类技术一般在体育训练和比赛中应用，在足球项目中，足球运动员的跑动距离、姿态、区域以及接触球位置、射门轨迹与动作形态都可通过视频分析技术得到较好的比赛表现数据。高水平的运动员跟踪分析系统，不仅需要先进的摄像技术和图像数据处理技术，还对场地设备等硬件设施有一定的要求，这在职业联赛中能够实现一定的普及，但是由于设备极其昂贵，硬件设施要求高，在校园足球中则难以普及。因此，在校园足球中运用视频分析技术只能应用普通多机位的摄影摄像机，而后进行录像回看，获得所需要的数据。4、可穿戴设备和视频分析技术在训练中的实际使用效果“阳康”后，由于队员们身体内部的不稳定性，在广州民航职业技术学院足球代表队的集训中，引入 INSAITKS 足球运动表现分析系统，同时使用自有设备 DV 录像和手机录像多方位架设录像。在检测运动员身体健康的基础上，获得训练需要的相关数据，综合提高运动员的技战术能力。在这套系统中，包括数字工作站、运动员追踪器（臂带式）、智能足球和相应的数据分析软件。4.1、设备介绍（1）数字工作站。在该套设备中选用移动版的数字工作站，将 6 个移动工作站分置于训练区域周边。该系统采用了更高性能和精确度的 UWB 定位技术，对于智能足球和运动员追踪器的数据采集频率大于10次/s，定位精度小于 16cm，能够更大程度上满足教练员对球员身体数据和位置信息的采集。（2）运动员追踪器。运动员追踪器采用臂带式佩戴，可进行球员的实时定位、运动轨迹数据采集和心率数据采集。具有独立数据显示，球员姓名号码自由切换，可多人共用。（3）智能足球。此款智能足球内置定位智能芯片，实时采集球体运动轨迹、和运动员触球部位等数据。（4）视频设备。在比赛和训练中，使用两台录像设备进行录制，其中一台设备固定整场画面的录制，另一台由人为操作在球发展的区域内镜头跟踪录制。4.2、训练中设备的使用（1）根据训练计划，在训练的初期阶段主要以有氧耐力跑动和无氧间歇跑动进行体能恢复训练，在这一期间的训练中，主要收集运动员的起止心率和跑动数据。根据运动员的心率监测每一位运动员的身体状态和运动负荷强度，设置训练的起止心率区间，未达标和超负荷者，教练都可通过实时数据提醒进行管理。在一次训练中，可根据运动员们的整体数据变化进行运动负荷量的合理选择以制定下一次的训练计划；（2）在进行局部战术配合时，根据教练员需要部署的战术思路，提前搜索好的战术配合案例，在训练前集中观看学习加深印象，进而在训练中实际演练。在训练结束时，根据运动员的实时数据进行总结，利用录制的视频对训练中出现的具体问题加以分析，让队员们更加深刻地明确球队战术的需要和自身的问题；（3）在训练赛中，可结合运动员的最大负荷量判断运动员的体能状况，实时调整局部战术部署。在赛后，根据运动员的跑动数据和位置定位，结合视频分析对运动员的表现进行客观评价和总结。截取比赛中成功的配合和出现问题的地方进行集中学习探讨，进一步加深运动员们对场上位置感的认识，提升队员们时间和空间的把控能力；（4）在训练中通过对智能足球的使用，可以更好地对队员的技术动作进行纠正，结合触球部位以对技术训练环节进行更好的监测，使得运动员能够更直观地感受到人球结合的关键点。在广州民航职业技术学院足球代表队的集中训练期间，通过可穿戴设备和视频分析的使用，效果显著，尤其根据运动负荷的监测能更有效地控制负荷的量度。同时通过对运动员的跑动热图和视频分析，能让其对位置认识更清晰深刻，能直观地反应运动员自身的位置和跑动问题，进而提升运动员们对足球场上时空能力的把握。这些技术在训练中的运用，对于基础较差的高职院校足球运动员，在保证运动员身体状态的基础上，能更好地提升训练的质量，也能更有效地提升该水平运动员的技战术水平。只是目前为止，该套设备属于高科技产品，虽能有效地提升运动队伍的技战术水平，效果显著，但是使用费用昂贵，需要较大的经费预算。参考文献：1王锋.足球运动员竞技能力系统研究D.北京体育大学,2007.2杨生光.高职院校足球队训练现状与对策探讨J.冰雪体育创新研究,2021,41(17).3李海鹏,陈小平,何卫等.科技助力竞技体育:运动训练中可穿戴设备的应用与发展J.成都体育学院学报,2020,46(03).4汪雄,陈玉林,毛万丽等.新型可穿戴电子设备运用于校园足球训练与比赛负荷评估的研究J.电子世界,2018,548(14).5欧阳鹏.足球比赛视频分析系统的功能研究J.四川体育科学,2020,39(04).