可穿戴設(shè)備與視頻分析技術(shù)在高職院校足球訓(xùn)練中的應(yīng)用研究

賈志亮

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510403）

近年來，比之世界足球的發(fā)展，中國足球的發(fā)展并不盡如人意。對此，上至國務(wù)院2015 年印發(fā)的《關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進體育消費的若干意見》及教育部頒布的各項校園足球政策，下至今年為止各個地方基層足球的發(fā)展與整改，無不彰顯出國人對中國足球崛起的期望與決心。足球作為世界第一大運動，在國內(nèi)也有著較大的普及率，有著很好的群眾基礎(chǔ)。根據(jù)《全國青少年校園足球工作報告（2015-2019 年）》里的資料可以知道，全國認定的校園足球特色學(xué)校有24126 所，校園足球教師有4 萬名，全國校園足球場地有120960 塊，而參與校園足球活動的中小學(xué)生將近2000 多萬。校園足球被認為是中國足球發(fā)展的基石，為此，提升校園足球運動的水平，有助于夯實中國足球青訓(xùn)的基礎(chǔ)，為中國足球未來的發(fā)展提供源源不斷的力量。校園足球運動水平提升的關(guān)鍵是實現(xiàn)足球的選材、訓(xùn)練與比賽水平的科學(xué)化，量化評估學(xué)生在校園足球訓(xùn)練與比賽中的運動表現(xiàn)及運動負荷是科學(xué)化必備要求。因此為了在校園足球的選材、訓(xùn)練和比賽中更好地量化評估運動員的運動水平，將更先進的設(shè)備和技術(shù)運用于校園足球的訓(xùn)練和比賽中也成了發(fā)展校園足球水平的必行之路。

在國內(nèi)校園足球的發(fā)展中，廣東省的“省長杯”校園足球賽是很具有代表性的校園足球比賽。在2022 年的比賽中，僅大學(xué)組別就分為男子甲A、甲B、乙A、乙B、丙A、丙B 和女子組共7 個組別，全省89 所高校派出了122 支球隊，參賽人數(shù)達3472 人。自2014 年廣東大學(xué)生聯(lián)賽改名為廣東省“省長杯”青少年校園足球聯(lián)賽（大學(xué)組）總決賽以來，在這近10 年的發(fā)展中，廣東省大學(xué)的校園足球賽從技戰(zhàn)術(shù)打法及大學(xué)校園足球的覆蓋率上都有了質(zhì)的飛躍。

因此，如何在學(xué)生們大學(xué)期間有限的時間內(nèi)提高校園足球參賽隊伍的訓(xùn)練和比賽的技戰(zhàn)術(shù)水平，也成了各大高校代表隊最需要解決的問題。在這種需求下，可穿戴設(shè)備和視頻分析技術(shù)在訓(xùn)練和比賽中的綜合應(yīng)用便成了短時間內(nèi)提升球隊訓(xùn)練和比賽技戰(zhàn)術(shù)打法的重要科技輔助手段。量化評估運動員的訓(xùn)練和比賽的表現(xiàn)，可為運動隊伍提供更好的運動負荷數(shù)據(jù)分析和球隊技戰(zhàn)術(shù)打法的分析，從而制定更佳的訓(xùn)練計劃。本文以廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院男子足球代表隊在訓(xùn)練中面臨的問題，探索可穿戴設(shè)備和視頻分析技術(shù)給足球代表隊的訓(xùn)練帶來的實際成效。

1、高職院校校園足球代表隊情況分析

1.1、高職院校足球代表隊生源情況不一

以廣東省“省長杯”大學(xué)生足球賽為例，高職院校組為丙A、丙B 組，分為升降級，丙A 組別的16 支隊伍為丙組中水平較高的隊伍，每年比賽丙A 組的后4 名降級到丙B 組，丙B 組的前4名則進入丙A 組。在兩個組別的幾十支隊伍中，招生情況也都有所不同。其中近年來丙A 組的冠軍獲得者廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院和深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院的隊員多為自主招生的足球運動員，學(xué)校的招生政策均有較大的自主性。在這一組別的其他名列前茅的隊伍中，如私立華聯(lián)學(xué)院、廣州東華職業(yè)學(xué)院、廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院等學(xué)校對于足球隊伍的重視程度也相當大，學(xué)校在招生層面便有著較大的優(yōu)惠政策吸引足球人才進入學(xué)校學(xué)習(xí)。同時學(xué)校對于足球代表隊的日常訓(xùn)練鼎力相助，在師資投入和課程協(xié)調(diào)方面都有著獨有政策的支持，保證學(xué)生學(xué)業(yè)順利完成的基礎(chǔ)上給予足球代表隊訓(xùn)練和比賽最大的支持，讓隊員們能夠安安心心訓(xùn)練和比賽。

1.2、高職院校足球隊隊員的基本現(xiàn)狀

（1）高職院校普通學(xué)生組的足球技術(shù)水平較低。

高職院校學(xué)生對于課外活動的參與度要比普通高校的學(xué)生少，學(xué)生整體的足球技術(shù)水平較低，普通班級會踢球的學(xué)生少之又少，只能在課余參加足球比賽，沒辦法在課上進行系統(tǒng)的足球技術(shù)練習(xí)。高職院校代表隊相比于普通高校的足球代表隊伍，學(xué)制為三年制和兩年制，在校期間時間少，同時有較多課程內(nèi)外的實踐訓(xùn)練無法留在學(xué)校，在僅有的時間里提高足球技術(shù)水平較為困難。整體技術(shù)水平較低，且無法在校期間進行系統(tǒng)的練習(xí)，隊員們在校期間對于足球技術(shù)水平的提高極其有限。

（2）高職院校學(xué)生的足球意識整體較低。

足球運動員競技能力的核心是駕馭空間的能力，而這一能力的訓(xùn)練要素層面中，足球意識也可以看成是學(xué)生在比賽和訓(xùn)練的知識經(jīng)驗以及球場意識，如對足球運動的理解認識、對足球比賽的規(guī)律和在訓(xùn)練中所表現(xiàn)出來的態(tài)度等。足球來源于生活，對足球運動的理解與認識也和學(xué)生們對生活和學(xué)習(xí)的認識與理解是相輔相成的。高職院校的學(xué)生在對生活和學(xué)習(xí)的理解中仍然處于從未成年人過渡到成年人的程度中，多數(shù)學(xué)生對足球運動的理解只停留在個人或者局部的水平，對教練員的意圖認識也很薄弱，自身能力欠缺，場上無位置感，團隊配合能力差等。

（3）高職院校學(xué)生身體條件較差。

高職院校學(xué)生與本科院校大學(xué)生相比，文化水平有一定差距，在生活學(xué)習(xí)方面有一定的惰性。學(xué)生們更愿意將時間花在社交軟件、電子游戲及日常的其他課余活動，而不愿意參加體育運動，身體基本素質(zhì)普遍較低，意志品質(zhì)較差。根據(jù)學(xué)校入學(xué)的大學(xué)生體測數(shù)據(jù)顯示，能符合《國家學(xué)生體質(zhì)健康標準》所有測試項目及格以上的學(xué)生少之又少，學(xué)生在校期間身體素質(zhì)得到提高的也較少。

1.3、高職院校足球隊訓(xùn)練困難重重

（1）教育環(huán)境限制，訓(xùn)練難以有效開展足球運動的普及。

高職院校重于學(xué)生的職業(yè)化教育，所以為了提升他們的實踐操作能力，學(xué)校在校內(nèi)外都拓展了不少實踐平臺和渠道。同時，學(xué)校為普通專業(yè)學(xué)生所設(shè)置的足球課程非常少，可供學(xué)生接受足球訓(xùn)練的機會有限。因此，在沒有一定政策支持下，學(xué)生在上課期間難以得到接觸足球運動的機會。

（2）足球隊訓(xùn)練時間沒辦法得到保證。

足球運動作為第一大運動，在國內(nèi)的普及率較高，但是從實際情況來看，高職院校學(xué)生的日常上課期間都是在學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)，缺少專門的足球課程，學(xué)生只能利用課余時間去訓(xùn)練。在僅有的課余時間內(nèi)，各專業(yè)學(xué)生的專業(yè)需求不一，學(xué)生的課余時間也需要進行一定的專業(yè)技能訓(xùn)練，足球隊日常訓(xùn)練也都存在缺兵少將的情況。

（3）集中訓(xùn)練較為困難，多為賽前集訓(xùn)。

許多高職院校由于自身發(fā)展原因都有較多學(xué)院和專業(yè)，同時也有較多校區(qū)分布在不同的地方。對教學(xué)而言，學(xué)生的均勻分布，有利于學(xué)校體育設(shè)施的綜合利用，但對于代表隊的集中訓(xùn)練而言卻成了一大難題。因此，代表隊平時的訓(xùn)練無法保證隊員的集中，多為分校區(qū)、分教練，甚至分時段的訓(xùn)練，無論對技戰(zhàn)術(shù)各方面而言，零散訓(xùn)練對于球隊水平的提高都特別有限。在有比賽任務(wù)的基礎(chǔ)上，球隊的正式集中訓(xùn)練也只能在賽前一月甚至一周，在有限的時間內(nèi)提高球員們賽場上的技戰(zhàn)術(shù)水平也就尤為不易了。

（4）訓(xùn)練硬件設(shè)施不足，后勤保障匱乏。

由于大多數(shù)高職院校并沒有體育專業(yè)，足球場地不足，訓(xùn)練中的相應(yīng)需求也無法得到滿足，如五人制、七人制、十一人制場地的協(xié)調(diào)使用，訓(xùn)練期間健身器械的使用等等。同時，訓(xùn)練和比賽后的恢復(fù)手段單一，除牽拉放松外，無其他輔助性的恢復(fù)器械，也無任何專業(yè)的醫(yī)療保障。

綜上可知，高職院校足球代表隊的訓(xùn)練需要克服重重困難才能參與到代表隊的訓(xùn)練中，無論從學(xué)生還是教練員的角度，都需要在短時間內(nèi)提高球隊的技戰(zhàn)術(shù)水平，按照常規(guī)訓(xùn)練的規(guī)律發(fā)展，并不能取得較好的效果。因此，為探討研究在高職院校足球隊訓(xùn)練中有限的時間內(nèi)提高球員們的技戰(zhàn)術(shù)水平，本文以可穿戴設(shè)備和視頻分析技術(shù)運用于代表隊訓(xùn)練中，以量化球員的訓(xùn)練和比賽表現(xiàn)，對球隊技戰(zhàn)術(shù)打法進行細化分析。

2、可穿戴設(shè)備在體育項目中的發(fā)展歷程

1983 年,芬蘭奧盧大學(xué)電子系發(fā)明了第一臺無線心率遙測儀—PolarPE-2000,科研人員第一次使用可穿戴概念來監(jiān)控運動訓(xùn)練過程,該設(shè)備為量化運動水平的評定提供了新方法,同時也開啟了訓(xùn)練監(jiān)控和量化評估負荷量的變革。在20 世紀90 年代,一種便攜式可穿戴氣體交換分析儀COSMED-K4b2 問世,使得以往只能在實驗室環(huán)境下進行的能量代謝實驗搬到訓(xùn)練場,提高了人們對不同專項活動生理特征的了解。進入21 世紀，GPS 定位系統(tǒng)被用于運動監(jiān)控，GPSports 內(nèi)衣以黑色背心為主要穿戴方式,運動訓(xùn)練監(jiān)控進入數(shù)字化“黑背心”時代。2019 年,采用超光頻數(shù)據(jù)連接技術(shù),擺脫GPS 使用環(huán)境限制的Clear-Sky 運動表現(xiàn)智能評估系統(tǒng)開始廣泛應(yīng)用,運動訓(xùn)練中的可穿戴設(shè)備進入了前所未有的高速發(fā)展時代。

2.1、可穿戴設(shè)備的分類

近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備得以更大的普及?？纱┐髟O(shè)備種類多，按照這些設(shè)備的應(yīng)用需求可分為三類：普通類、訓(xùn)練類和科研類。普通類主要用于日常健身或者運動員恢復(fù)階段使用，這一類設(shè)備較為普遍，主要通過佩戴設(shè)備收集數(shù)據(jù)，利用相關(guān)APP 軟件進行數(shù)據(jù)分析，如手機、小米運動手環(huán)、蘋果手表等。訓(xùn)練類主要用于體育專項訓(xùn)練，這一類設(shè)備佩戴專門的運動設(shè)備，收集多項運動指標，如跑動數(shù)據(jù)、跑動熱圖、心電圖、體溫等，這一類設(shè)備包括GPS、加速度計、陀螺儀等。科研類主要用于體育科研，這一類設(shè)備精密復(fù)雜，數(shù)據(jù)需求精細，針對性較強，如血氧儀、代謝分析儀等。

2.2、可穿戴設(shè)備在足球訓(xùn)練中的使用效果

（1）定位系統(tǒng)的應(yīng)用。

2000 年，法西奧尼和同伴大衛(wèi)·卡梅倫共同研發(fā)了GPSports 內(nèi)衣。法西奧尼表示，這套產(chǎn)品能利用GPS 實時監(jiān)控運動員們的跑動距離和心率。3 年后，澳大利亞GPSports 公司生產(chǎn)的GPSportsSystemsSPI-10 最早運用于團隊運動表現(xiàn)監(jiān)控的全球定位設(shè)備，隨后幾年，該公司陸續(xù)改進并生產(chǎn)了SPIPro，WiSPI 和SPIElite 等版本。2006 年，另一家致力于體育運動表現(xiàn)監(jiān)控專用全球定位設(shè)備生產(chǎn)的澳大利亞公司CatapultInnovation 誕生，并陸續(xù)推出了Cata-pultMinimax 系列和CatapultOptimeye 系列可穿戴全球定位設(shè)備。該公司生產(chǎn)的最新全球定位系統(tǒng)為OptimeyeS5，該系統(tǒng)融合了GPS 全球定位系統(tǒng)、3D 加速度傳感器、3D 陀螺傳感器和3D 磁力傳感器，可以有效地跟蹤和量化足球運動員的外部運動負荷，準確地記錄運動員在每一次訓(xùn)練和比賽中的跑動距離、跑動速度、不同跑動速度段內(nèi)的跑動次數(shù)和距離、不同強度的加速和急停距離與次數(shù)、不同強度的跳躍和變向次數(shù)。

（2）便攜式心率系統(tǒng)的應(yīng)用。

便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)對學(xué)生在足球訓(xùn)練和比賽過程中的每一次心跳進行跟蹤，具有代表性的運用于足球內(nèi)部運動負荷監(jiān)控的便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)有：芬蘭生產(chǎn)的PolarTeam2系統(tǒng)、Firstbeat 系統(tǒng)等。便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)一般都能提供運動員在每一次訓(xùn)練中的平均心率、最大心率、不同心率區(qū)間的訓(xùn)練時間等量化指標。在校園足球?qū)嵺`中，可根據(jù)學(xué)生在訓(xùn)練和比賽中的實時心率占其最大心率的百分比，將訓(xùn)練和比賽中不同心率強度區(qū)間進行劃分，如：①低強度心率區(qū)間：實時心率處于＜60%最大心率的運動時間；②中低強度心率區(qū)間：實時心率處于60%-69%最大心率的運動時間；③中等強度心率區(qū)間：實時心率處于70%-79%最大心率的運動時間；④中高強度心率區(qū)間：實時心率處于80%-89%最大心率的運動時間；⑤高強度心率區(qū)間：實時心率處于90%-100%最大心率的運動時間。

3、視頻分析技術(shù)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用

最早的視頻分析來源于對體育賽事的錄像回看，用于觀察運動員自身的運動表現(xiàn)和對手的技術(shù)風(fēng)格，從而分析自身技術(shù)動作的改進和研究克制對手的制勝技術(shù)動作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視頻分析技術(shù)也得到了高速的發(fā)展，如高速攝像機、追蹤攝像機、多角度的動作捕捉攝像機等等。此類技術(shù)一般在體育訓(xùn)練和比賽中應(yīng)用，在足球項目中，足球運動員的跑動距離、姿態(tài)、區(qū)域以及接觸球位置、射門軌跡與動作形態(tài)都可通過視頻分析技術(shù)得到較好的比賽表現(xiàn)數(shù)據(jù)。

高水平的運動員跟蹤分析系統(tǒng)，不僅需要先進的攝像技術(shù)和圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，還對場地設(shè)備等硬件設(shè)施有一定的要求，這在職業(yè)聯(lián)賽中能夠?qū)崿F(xiàn)一定的普及，但是由于設(shè)備極其昂貴，硬件設(shè)施要求高，在校園足球中則難以普及。因此，在校園足球中運用視頻分析技術(shù)只能應(yīng)用普通多機位的攝影攝像機，而后進行錄像回看，獲得所需要的數(shù)據(jù)。

4、可穿戴設(shè)備和視頻分析技術(shù)在訓(xùn)練中的實際使用效果

“陽康”后，由于隊員們身體內(nèi)部的不穩(wěn)定性，在廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院足球代表隊的集訓(xùn)中，引入INSAITKS 足球運動表現(xiàn)分析系統(tǒng)，同時使用自有設(shè)備DV 錄像和手機錄像多方位架設(shè)錄像。在檢測運動員身體健康的基礎(chǔ)上，獲得訓(xùn)練需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，綜合提高運動員的技戰(zhàn)術(shù)能力。在這套系統(tǒng)中，包括數(shù)字工作站、運動員追蹤器（臂帶式）、智能足球和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件。

4.1、設(shè)備介紹

（1）數(shù)字工作站。

在該套設(shè)備中選用移動版的數(shù)字工作站，將6 個移動工作站分置于訓(xùn)練區(qū)域周邊。該系統(tǒng)采用了更高性能和精確度的UWB 定位技術(shù)，對于智能足球和運動員追蹤器的數(shù)據(jù)采集頻率大于10 次/s，定位精度小于16cm，能夠更大程度上滿足教練員對球員身體數(shù)據(jù)和位置信息的采集。

（2）運動員追蹤器。

運動員追蹤器采用臂帶式佩戴，可進行球員的實時定位、運動軌跡數(shù)據(jù)采集和心率數(shù)據(jù)采集。具有獨立數(shù)據(jù)顯示，球員姓名號碼自由切換，可多人共用。

（3）智能足球。

此款智能足球內(nèi)置定位智能芯片，實時采集球體運動軌跡、和運動員觸球部位等數(shù)據(jù)。

（4）視頻設(shè)備。

在比賽和訓(xùn)練中，使用兩臺錄像設(shè)備進行錄制，其中一臺設(shè)備固定整場畫面的錄制，另一臺由人為操作在球發(fā)展的區(qū)域內(nèi)鏡頭跟蹤錄制。

4.2、訓(xùn)練中設(shè)備的使用

（1）根據(jù)訓(xùn)練計劃，在訓(xùn)練的初期階段主要以有氧耐力跑動和無氧間歇跑動進行體能恢復(fù)訓(xùn)練，在這一期間的訓(xùn)練中，主要收集運動員的起止心率和跑動數(shù)據(jù)。根據(jù)運動員的心率監(jiān)測每一位運動員的身體狀態(tài)和運動負荷強度，設(shè)置訓(xùn)練的起止心率區(qū)間，未達標和超負荷者，教練都可通過實時數(shù)據(jù)提醒進行管理。在一次訓(xùn)練中，可根據(jù)運動員們的整體數(shù)據(jù)變化進行運動負荷量的合理選擇以制定下一次的訓(xùn)練計劃；

（2）在進行局部戰(zhàn)術(shù)配合時，根據(jù)教練員需要部署的戰(zhàn)術(shù)思路，提前搜索好的戰(zhàn)術(shù)配合案例，在訓(xùn)練前集中觀看學(xué)習(xí)加深印象，進而在訓(xùn)練中實際演練。在訓(xùn)練結(jié)束時，根據(jù)運動員的實時數(shù)據(jù)進行總結(jié)，利用錄制的視頻對訓(xùn)練中出現(xiàn)的具體問題加以分析，讓隊員們更加深刻地明確球隊戰(zhàn)術(shù)的需要和自身的問題；

（3）在訓(xùn)練賽中，可結(jié)合運動員的最大負荷量判斷運動員的體能狀況，實時調(diào)整局部戰(zhàn)術(shù)部署。在賽后，根據(jù)運動員的跑動數(shù)據(jù)和位置定位，結(jié)合視頻分析對運動員的表現(xiàn)進行客觀評價和總結(jié)。截取比賽中成功的配合和出現(xiàn)問題的地方進行集中學(xué)習(xí)探討，進一步加深運動員們對場上位置感的認識，提升隊員們時間和空間的把控能力；

（4）在訓(xùn)練中通過對智能足球的使用，可以更好地對隊員的技術(shù)動作進行糾正，結(jié)合觸球部位以對技術(shù)訓(xùn)練環(huán)節(jié)進行更好的監(jiān)測，使得運動員能夠更直觀地感受到人球結(jié)合的關(guān)鍵點。

在廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院足球代表隊的集中訓(xùn)練期間，通過可穿戴設(shè)備和視頻分析的使用，效果顯著，尤其根據(jù)運動負荷的監(jiān)測能更有效地控制負荷的量度。同時通過對運動員的跑動熱圖和視頻分析，能讓其對位置認識更清晰深刻，能直觀地反應(yīng)運動員自身的位置和跑動問題，進而提升運動員們對足球場上時空能力的把握。這些技術(shù)在訓(xùn)練中的運用，對于基礎(chǔ)較差的高職院校足球運動員，在保證運動員身體狀態(tài)的基礎(chǔ)上，能更好地提升訓(xùn)練的質(zhì)量，也能更有效地提升該水平運動員的技戰(zhàn)術(shù)水平。只是目前為止，該套設(shè)備屬于高科技產(chǎn)品，雖能有效地提升運動隊伍的技戰(zhàn)術(shù)水平，效果顯著，但是使用費用昂貴，需要較大的經(jīng)費預(yù)算。