大學(xué)足球運(yùn)球技術(shù)評(píng)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與研制

趙宗曦 孫天明

摘要：通過影像數(shù)字化與軟件編程相結(jié)合，解決足球教學(xué)中運(yùn)球繞樁能力提升的具體方法。項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要通過無人機(jī)攝像技術(shù)對(duì)測(cè)試者的運(yùn)球路線進(jìn)行記錄，隨后進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)化處理，與程序設(shè)定的理想標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，提供針對(duì)性的解決方案。該項(xiàng)目主要有效解決了足球運(yùn)球成績(jī)分析的，并且可以作為電子化的測(cè)試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：體育器械;編程

1.前言

1.1項(xiàng)目創(chuàng)意來歷

2015年2月，國(guó)務(wù)院頒布了針對(duì)發(fā)展足球運(yùn)動(dòng)的相關(guān)指導(dǎo)方案。在《方案》中指出，針對(duì)在體育教學(xué)過程中所進(jìn)行的足球運(yùn)動(dòng)要達(dá)到育人的效果。同年7月，教育部也頒發(fā)了關(guān)于《加強(qiáng)青少年校園足球?qū)嵤返南嚓P(guān)意見。如今大學(xué)足球的考核以運(yùn)球繞桿為主，但考核標(biāo)準(zhǔn)僅是記錄時(shí)間，對(duì)于在測(cè)試?yán)锎嬖趩栴}的被測(cè)者，后續(xù)教學(xué)中不能準(zhǔn)確地給出相應(yīng)的指導(dǎo)建議，故需要一個(gè)新的評(píng)測(cè)系統(tǒng)為被測(cè)者提供具體的提升方案。

1.2項(xiàng)目意義

足球的技術(shù)主要分為運(yùn)球、傳球、頂球等。運(yùn)球作為足球運(yùn)動(dòng)當(dāng)中最基礎(chǔ)、最重要的一項(xiàng)技能，對(duì)個(gè)人足球水平有至關(guān)重要的影響。該項(xiàng)目通過記錄測(cè)試中多元化的數(shù)據(jù)，獲得全方位、立體化的測(cè)評(píng)結(jié)果，給出精確的指導(dǎo)建議，有助于提高運(yùn)球速度、流暢度等技巧，在個(gè)人足球水平得到提高的同時(shí)，被測(cè)者的成績(jī)也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步提升。

2.項(xiàng)目研究主要內(nèi)容

2.1數(shù)據(jù)記錄

運(yùn)用安裝在桿兩側(cè)的傳感器，可以記錄下被測(cè)者開始測(cè)試直至運(yùn)球通過該桿的用時(shí)。同時(shí)懸停在測(cè)試場(chǎng)地上空的無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)記錄下被測(cè)者運(yùn)球繞桿的動(dòng)態(tài)錄像。獲得原始錄像后在每一個(gè)過桿時(shí)刻逐幀截取圖像，可以求得被測(cè)者過桿時(shí)球與桿之間的距離并對(duì)其進(jìn)行記錄。單人單次測(cè)試的不同數(shù)據(jù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)組。

2.2數(shù)據(jù)處理

首先對(duì)被測(cè)者成績(jī)有效性進(jìn)行判斷，若測(cè)試過程中人球同向過桿切通過相鄰兩桿時(shí)方向相反，則可判定為成績(jī)有效。若被測(cè)者成績(jī)有效則進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理，無效數(shù)據(jù)組則直接進(jìn)入“建議方案”環(huán)節(jié)。有效數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理得到被測(cè)者的測(cè)試成績(jī)、桿間用時(shí)、桿兩側(cè)的振幅。

2.3數(shù)據(jù)分析

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)組數(shù)據(jù)分析

標(biāo)準(zhǔn)組是指由大量（N=20）運(yùn)球水平較為優(yōu)秀的群體（總用時(shí)小于等于6.8s）組成的對(duì)照組。分析該組數(shù)據(jù)，獲得最佳運(yùn)球過桿模型：平均桿間用時(shí)、繞桿時(shí)的速率和曲率半徑、最佳運(yùn)球軌跡等。得到的標(biāo)準(zhǔn)組數(shù)據(jù)將會(huì)出現(xiàn)在程序中作為成績(jī)數(shù)據(jù)分析和對(duì)比的參考依據(jù)。

2.3.2用戶數(shù)據(jù)分析及建議

與最佳運(yùn)球過桿模型進(jìn)行對(duì)比的試驗(yàn)組。對(duì)比兩組之間的同種數(shù)據(jù)，找到差異較大的一組或幾組數(shù)據(jù)所代表的實(shí)際意義?？梢员碚鞅粶y(cè)者在該階段所存在的技術(shù)漏洞，需要進(jìn)行相應(yīng)的提升訓(xùn)練。

2.4設(shè)計(jì)程序

利用C++或Python，設(shè)計(jì)一個(gè)滿足上述三個(gè)步驟的要求的軟件，即對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與標(biāo)準(zhǔn)組數(shù)據(jù)對(duì)比分析得到相應(yīng)的提升建議。詳情參考圖1.

3.系統(tǒng)方案和技術(shù)路線

3.1系統(tǒng)方案

判別成績(jī)是否有效并對(duì)有效的成績(jī)組進(jìn)行對(duì)比分析的系統(tǒng)方案如圖2所示，該分析系統(tǒng)是此項(xiàng)目的亮點(diǎn)。

3.2技術(shù)路線

3.2.1程序設(shè)計(jì)

編程部分利用C++或Python，處理被測(cè)者原始的數(shù)據(jù)得到桿間用時(shí)等間接數(shù)據(jù)，并相應(yīng)的與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，即yi和yi比較，Ti與Ti比較。若yi>yi則表明在過第i根桿時(shí)振幅偏大，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出下次過第i根桿時(shí)盡量減少振幅的改進(jìn)建議。若此時(shí)的Ti>Ti則說明是過桿時(shí)振幅過大導(dǎo)致的速度降低，此時(shí)減少過桿時(shí)的振幅可以有效的桿間時(shí)間。若僅是Ti>Ti則說明是運(yùn)球過程當(dāng)中的速度有待提升，系統(tǒng)會(huì)給出提升速度的訓(xùn)練建議。還有一部分是自身成績(jī)數(shù)據(jù)之間的比較。要分析標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間Ti的大小關(guān)系，即隨變量i的變化，Ti的大小會(huì)發(fā)生什么樣的變化，從理論上應(yīng)當(dāng)逐漸減小，起步后速度逐漸增加，桿間時(shí)間會(huì)有所減少。但若桿間時(shí)間有所增加則說明過桿的流暢程度不夠，已經(jīng)影響到了整體速度，系統(tǒng)會(huì)給出提升過桿流暢程度的建議。以上便是整個(gè)過程的編程目的和思路。最終會(huì)以一個(gè)輸入數(shù)據(jù)反饋意見的程序進(jìn)行結(jié)果展示。

4.結(jié)論

最后的創(chuàng)新成果主要包含以下幾點(diǎn)。首先有一個(gè)系統(tǒng)的足球繞桿測(cè)試的硬件系統(tǒng)和一個(gè)軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)可以獲取被測(cè)者的訓(xùn)練、考試成績(jī)。訓(xùn)練時(shí)獲取數(shù)據(jù)并通過軟件進(jìn)行分析，給出改進(jìn)建議;考試時(shí)只啟用記時(shí)系統(tǒng)。此系統(tǒng)的應(yīng)用可大幅提升測(cè)試成績(jī)和大學(xué)生的足球水平。

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基金項(xiàng)目：2020-2021學(xué)年第一學(xué)期大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：202105013）。

作者簡(jiǎn)介：

趙宗曦，2001.06.30，女，貴州省甕安縣，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：新能源科學(xué)與工程。

孫天明，2001.09.24，男，北京市，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：新能源科學(xué)與工程。