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足球技战术信息采集分析系统的研究与应用

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足球技战术信息采集分析系统的研究与应用 2010年第9期 计算机与现代化 JISUANJIYUXIANDAIHUA 总第181期 文章编号:1006-2475(2010)09-0182-04 足球技战术信息采集分析系统的研究与应用 袁 敏 (同济大学计算机科学与技术系,上海201804) 摘要:根据足球计算机辅助应用很少的现状从实用性角度出发,设计实现一个辅助系统来完成足球比赛信息采集和分析 的工作。在系统实现过程中分析确定技战术采集方案、数据存储模型,从而确定系统的整体思路和可行性,最终使系统 顺利完成,并且在实际应用中得到了很好的反馈。...

足球技战术信息采集分析系统的研究与应用
2010年第9期 计算机与现代化 JISUANJIYUXIANDAIHUA 总第181期 文章编号:1006-2475(2010)09-0182-04 足球技战术信息采集分析系统的研究与应用 袁 敏 (同济大学计算机科学与技术系,上海201804) 摘要:根据足球计算机辅助应用很少的现状从实用性角度出发,设计实现一个辅助系统来完成足球比赛信息采集和分析 的工作。在系统实现过程中分析确定技战术采集 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、数据存储模型,从而确定系统的整体思路和可行性,最终使系统 顺利完成,并且在实际应用中得到了很好的反馈。该系统的实现使足球项目摆脱原来人工采集分析数据的方式,使足球 技战术信息采集的效率与采集数据的正确性和完备性得到了很大的提高。 关键词:足球;技战术;采集方案;数据模型;视频处理:辅助系统 中图分类号..TP3ll 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1006—2475.2010.09.053 ResearchandApplicationofCollectionAnalysisSystemforFootballTechsandTactics YUANMin (DepartmentofComputerScienceandTechnology,TongjiUniversity,Shanghai201804,China) Abstract:AccordingtOthestatusofthecomputer—aidedapplicationisveryfewinthefootballprogram,thispaperdesignsandim- plements锄印phedsupportsystemtocompletethefootballinformationcolectionandanalysis.Intheprocessofachievingthe system,coleetionschemeanddatastoragemodelaredecidedarIalyticallytodeterminethemainmindofthewholesystemandthe feasibility.Ultimatelysystemissuccessfullycompleted,andinpracticalapplicationsgetsagoodfeedback.Thissystemhelps footballprojectgetridoftheoriginalmanualmethodsofdatacollectionandanalysis,andmakestheefficiency,correctnessand completenessofthefootballtechsandtacticsinformationgreadyimproved. Keywords:football;techandtactic;colecfionsolution;datamodel;videodeMing;assistsystem 0 引 言 足球运动是一项竞争激烈的对抗性项目,自从它 诞生之日起就受到人们的热烈欢迎,当今已成为人们 生活中不可或缺的组成部分,不论是电视节目还是报 纸期刊都有大量的篇幅对它进行报道。足球运动不 仅技术上多彩多姿而且战术上变幻莫测,它的这种灵 活性和多变性吸引着无数观众为它着迷,也激发了无 数学者的研究热情。 足球技战术信息的统计采集是足球运动分析科研 的基础,传统的技战术采集一般由教练员观看比赛,然 后对参赛的球队或球员进行人工统计。人工采集技战 术信息不仅繁琐,效率低,而且采集的数据不完备,出 错率高,对后续的比赛分析研究产生不利影响,而且这 项工作对采集人员的足球专业知识要求很高,一般只 有教练员才能胜任,这无疑加重了教练员的负担,使教 练员不能全身心投入到球队的训练中去。 随着计算机技术的飞速发展,计算机技术已经渗 透到各个领域,体育领域也不例外,为了更快地促进 体育项目的发展,把计算机技术应用到体育项目的分 析研究过程已经是体育科研的一个主流趋势。目前, 我国乒乓球、网球等隔网对抗项目中已引人了计算机 辅助应用,并取得了很好的成绩,但是由于足球是团 体项目,相对于乒乓球、网球等项目利用计算机技术 辅助采集分析技战术信息则更加复杂,所以目前在足 球领域的计算机应用,模拟仿真比较多,辅助应用则 很少,并且在足球比赛信息采集领域的应用存在信息 采集不全面、系统操作性和实际应用性差等问题。针 对这些现状,本文从实际应用的角度根据足球运动的 特点,提出与足球比赛相符的信息采集方案,并建立 收稿日期:2010-05—14 基金项目:上海市科委科技支撑 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(072712036);国家科技支撑计划“科技奥运专项”(2006BAKl2803) 作者简介:袁敏(1986.),女,江西新余人,同济大学计算机科学与技术系硕士研究生,研究方向:计算机应用技术。 万方数据 2010年第9期 袁敏:足球技战术信息采集分析系统的研究与应用 183 相应的数据模型,最后利用MFc编程技术,计算机多 媒体技术,数据库技术等实现技战术信息采集系统。 在该系统中,提出了新的足球场区模拟的方法,并且 将视频信息集成到了技战术信息中,同时利用鼠标键 盘输入的简单数据,智能地分析出更复杂的技战术信 息,最大极限地脱离传统的手工统计模式。利用该系 统可以更加便捷地从足球比赛中提取出有用的信息, 而且能够使采集的数据更加完备,对我国足球事业的 发展具有现实意义。 1 系统设计及架构分析 1.1采集方案设计 足球相对于其它运动项目上场运动员多、场地大, 所以要采集完备的比赛信息也就更加有难度。为了使 采集的信息能够满足教练员及相关研究人员的需求, 就要设计出合理的比赛信息采集方案,在操作的复杂 性和采集数据的完备性之间找到平衡点,在提高工作 效率的前提下尽可能地从比赛中提取出有效的信息。 本文提出以一个进攻序列为采集单位的采集方 案,在这个方案中以比赛视频为时间轴,把球的运动 轨迹作为线索,把整场比赛划分为一个个进攻序列, 每个进攻序列以球权的转换作为开始和结束。一个 进攻序列又划分为若干个技术动作片段,将每个技术 动作片段抽象为接球送球的过程,然后分析这个过程 中的技术信息及相关的战术信息。当一个进攻序列 结束之后再对整个进攻序列做一个战术的分析。一 场足球比赛至少要持续一个半个小时,只有如此分割 抽象比赛,才能从繁杂笼统的全部比赛信息中提取出 完整的、确切的有效信息。 足球是一个注重战术和策略的团体运动项目,所 以方案中采用以战术信息为重点,技术信息为基础的 采集方式,在全面客观地采集技术信息的同时,全力 提取出反映出来的战术信息。 1.2建立数据模型 足球项目中技术指标和战术指标很多,因此为比 赛信息建立一个合适的数据模型是项目实现的关键之 一,只有将比赛中的技术信息和战术信息良好地组织 起来,才能使最终采集的信息具有分析的价值,同时技 术和战术信息的组织也是数据模型中的重点和难点。 本文提出的数据模型对足球比赛中的技术指标 和战术指标进行整理分类.然后对分类进行整体编 码,针对每个分类再进行内部编码,通过联级编码的 方式,把足球项目中的技战术信息量化,然后映射到 计算:机空间。这样的数据模型对项目的实用性具有 多个优势: ①利用这个数据模型组织起来的数据,内部蕴含丰 富的信息,保证数据的完整性同时有利于数据的分析; ②保证数据的安全性,因为数据都量化成了编 码,即使别人获得了采集的数据,但是并不能了解其 中的含义; ③节约存储空间,编码的形式相对于文字描述, 相同信息量存储需要的空间更少。 1.3三层C/S模式 C/S模式系统具有速度快、配置简单、对硬件要 求低的特点,所以系统采用C/S模式开发。为了使 系统内部模块的耦合度降低,系统将不采用普通的 C/S模式,而是对普通的C/S模式进行优化,提出三 层C/S模式的概念,分别为Model、View、Logic三层。 其中Model层为数据库实体,在系统中表现为每一个 数据库表对应一个Model类,Model类中提供了操作 对应数据库表的所有接口,其它模块不能直接操作数 据库,而必须通过调用相应的Model类提供的接口来 实现对数据库的操作。View层为视图层,是与用户 进行交互的接口,View层负责获取用户输入的数据 和把系统处理后的数据返回给用户,在系统中每一个 操作界面都对应一个Frame类,该类中实现了界面上 所有属性的Get和Set方法。Logic层是业务逻辑控 制层,是集中了业务处理算法的部分,它负责处理数 据以及实现Model层和View层之间的交互,该系统 在Logic层按照系统的采集方案和足球的比赛规则 设计算法逻辑,实现技战术编码,数据组织存储,技战 术分析等功能。系统与外围关系如图1所示。 系统 l用户p—爿 Vt明 View层提供用 @ 户交互接口 Logic {} 舒Iiodelbl 图1系统与外围关系图 2 关键技术 2.1足球场地模拟 足球场地比较大,很多技战术信息与场地区域有 关系,在进行分析的时候,场地信息也是一个重要的 因素,所以场地信息必须跟技战术信息一起存储。如 果不加处理用描述性的方式存储技战术相关的场地 信息,这样提取的信息量很有限,这样记录的场地信 万方数据 计算机与现代化 2010年第9期 息一方面不能很好地用于战术信息的推断,这样就使 系统失去智能处理的作用,另一方面记录的信息不精 确,同时不利于交换场地的处理。 本文中采取按钮绘图和编码方式对足球场地模 拟,系统中把足球105m×65m场地保持长宽比例不变 进行缩小成模拟场地,如图2所示。模拟场地由大按 钮和小按钮叠加形成,每个大按钮和小按钮都有相应 的编号,场地位置由大按钮的编号和小按钮的编号唯 一确定,大按钮相对于足球场地一块大区域,小按钮相 对于大区域中的一块小区域,当鼠标移上的时候,大区 域会处于选中状态,颜色发生变化,当鼠标点击区域 时,相应的小区域将会被选上,并且获取区域编码。 区域编码除了确定场地位置外,还需要使编码的 设计可以方便信息的分析。为了使区域编码能方便 地确定出前场、中场、后场,大区域的编码针对不同区 域给定不同的范围,同时两个半场分别采用奇数和偶 数编码,这样只需根据大区域编码的奇偶性和范围与 球队的相对性就可以判断出当前位置对于相应球队 是前场、中场还是后场。根据相同思想,同样可以推 断出左边线、中区、右边线。 在模拟场地的时候还需要考虑球队交换场地的 问题,要保证交换场地后,模拟场地编码的意义相对 于球队是不变的,本文采用使组成模拟场地的按钮的 坐标中心对称,当交换场地时,中心翻转场地的方法, 解决实际中交换场地的问题。. 图2模拟足球场地 2.2比赛视频处理 比赛视频是最原始的信息数据,包含了最完整的 信息,但是足球比赛持续时间很长,整场视频中有很 多不需要的冗余片段,而且不能明确所需有效片段所 处的位置,所以必须对比赛视频进行处理。本系统采 用比赛视频信息关联到相应技战术信息一并存储的 方式,记录下每条技战术信息所对应视频的位置。 本系统利用微软提供的WindowsMediaFormat SDK实现视频播放、预览、剪切、合并的功能,利用这 些功能可以在采集信息的时候观看比赛视频,把视频 的信息关联到技战术信息中,然后可以把需要的技战 术信息视频选择出来预览、剪切、合并,得到需要的有 效的视频片段。 在预览剪切合并视频的时候,选择出来的视频片 段在时间上可能是重叠的或者是无序的,所以在实际 的预览剪切合并视频之前,要对选择的视频片段信息 进行预处理,使预览和合并出来的视频是时间有序的 并且没有重叠的片段。 3 系统结构与实现 系统由三个大模块组成,分别是基本信息管理模 块、技战术信息采集模块、技战术信息查询分析模块。 基本信息模块是数据的准备部分,包.‘.运动员信息、 比赛信息等,技战术信息采集和查询分析是本系统的 两个关键模块,分别实现采集逻辑和分析统计逻辑。 3.1基本信息管理 基本信息管理包含三个部分,分别为运动员信 息、队伍信息、比赛信息。每一类信息在数据库中由 单独的数据库表记录。运动员信息、队伍信息、比赛 信息是相对独立存储的,在数据库中用AthleteIn— Match表建立起这三者的关联。在系统中对每一类 基本信息都有添加修改的功能。 基本信息是技战术采集重要的关联信息,是信息 分析的主体,所以正确地记录基本信息也是非常重要 的,在系统中会检查基本信息的正确性,例如必要信 息是不是添加,在数据采集前会进一步检查比赛对应 的队伍信息和运动员信息是否正确,例如。球比赛中 要求每个球队上场运动员为11名,在数据采集前,系 统就会自动检测比赛中的两个队伍各自的运动员数 目。当基本信息不正确时,将正确给出提示,同时拒 绝打开数据采集模块。 3.2技战术信息采集 技战术采集模块是系统主要逻辑的实现模块,在 比赛模块中集成了视频播放功能,在播放视频时可以 单帧回放、快进、快退、选择播放速度。打开相应的比 赛视频之后就可以真正地采集。 该模块具体实现了前面介绍的采集方案逻辑,在 实现过程中利用自己定义的类型SATSequence的对象 表示进攻序列。SATSequence类型提供一个进攻序列 中技术信息和战术信息的存储对象和相关的处理方 法,实现技战术信息存储和管理的封装,其中技术信息 和战术信息的存储对象分别为satRecs和tacticsRec。 在采集的过程中,每一个技术动作,被抽象为接球送球 万方数据 2010年第9期 袁敏:足球技战术信息采集分析系统的研究与应用 185 的过程,该过程对应一条技术记录,记录这个技术动作 的控球方、控球队员、起点与终点场地位置、技术动作 种类和视频片段等信息。技术记录不是直接存人数据 库中的,而是先放人它所在进攻序列的SATSequence 对象所包含的satRees对象中,在一个进攻序列所有技 术动作采集完后即一个进攻序列结束后,将进攻序列 的战术信息写入tacticsRec对象,然后才会一并将该进 攻序列的技术信息和战术信息写人数据库。这样实现 算法逻辑只需操作内存中的对象就可以实现采集的撤 销恢复功能,而不用频繁读写数据库,从而提高系统效 率。具体的采集逻辑流程如图3所示。 选择比赛 主 系统初始化 生 打开比赛视频 翮强编 入satRecsX,.t象 酬蓁瓣 重 新 选 择 比 赛 人蓁 赛结束瓷\统§统退出广 图3采集逻辑流程图 前面介绍过系统技战术最后是转换为编码存储 的,从实现的角度看,编码系统可以有两种方式,分别 是数据库方式和内存方式,本系统采用内存方式实 现,即把编码逻辑集成到软件代码中,一是可以防止 用户修改编码系统,导致采集数据失效;二是足球的 技战术指标是相对稳定,使内存方式具有可行性。系 统采用自定义的CodeDict类型实现编码系统,Code— Dict类型中使用多个Map类型实现信息和编码的一 一对应逻辑,然后提供信息与编码之间的相互转换接 口,供外部调用。采集模块是调用CodeDic提供的接 口将View层获取的描述性信息转换为编码存储于 SATSequence对象中的。 采集信息中场地信息也是一个重要的部分,本系 统使用CourtLogic实现区域模型的逻辑控制,主要实 现两个功能:①提供编码与实际场地信息相互转换的 接口,②利用起点和终点的场地的坐标计算传球长度 和方向。足球中很多技战术信息的判断都与场地信 息有关,利用CourtLogic提供的功能就能方便地将场 地信息运用于技战术信息分析中。 本系统除了鼠标输入技战术外,还具有根据技术 信息推导出战术信息的功能,对一个进攻序列其进攻 方式,进攻类型,进攻结束原因系统都会根据足球规 则,利用已经采集的技术动作信息和场地信息等自动 分析出来,尽可能减少人工的投入。 3.3技战术信息查询分析 针对已经采集到的信息,系统提供了多条件灵活 组合的查询功能。在查询模块中,使用者既可以分别 查询特定比赛、特定队伍、特定运动员的技术和战术 信息,也可以针对技战术的类别查询,这样就使系统 具有多角度分析信息的能力。查询到技战术信息可 以修改,当修改技术信息的时候,系统会自动更新相 应的战术信息,使技战术信息保持正确一致。在查询 模块集成了视频预览、剪切合并功能,从查询出来的 技战术信息中选择一条或多条记录,就可以预览它们 对应的视频片段,还可以将这些视频片段剪切合并到 一个视频文件中,有利于有效信息的保存和提取。系 统还有一个重要的分析功能,就是可以用Excel统计 比赛数据。系统根据足球中常用的数据表格,设计出 多个Excel数据模版,使用者只需选择模版,系统就 会在后台统计分析数据,然后将填有相应数据的Ex— cel表格返回给使用者,这样使统计的数据更加全面 正确,并且提高效率。 4 结束语 足球是一个复杂的团体竞技项目,本文深入研究 和分析了足球比赛中数据采集的重点以及计算机实 现的难点,提出了一个可行的足球辅助系统数据采集 方案和数据模型,利用该方案和模型实现的足球计算 机辅助系统现在已经投入了实际使用,并且得到了很 好的反馈。但是系统中对比赛视频的处理只是提供 了简单的播放、预览、剪切合并的功能,并没有涉及到 视频的智能识别领域,数据分析中也只是按照采集的 方案与足球比赛规则自己设定算法进行统计,对现有 优秀的数据挖掘算法没有进行研究,所以现有辅助系 统方案在这些方面有待进一步的研究和探索。 参考文献: [1]阎民.攀跃巅峰.高科技与体育[M].北京:科学普及出 版社,1999:66-73. 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