欧阳鹏

足球比赛视频分析系统的功能研究

欧阳鹏

嘉应学院，广东 梅州，514015。

本文主要阐述了足球比赛视频分析系统的基本功能、几款最有代表性的系统功能介绍以及在具体实践中应用步骤，在此基础上，进一步分析了比赛分析系统的应用价值和意义，旨在推动足球比赛视频分析系统在我国各级足球比赛训练中的广泛普及应用。

足球比赛视频分析系统；功能介绍；应用步骤；应用价值和意义

很多时候，由于足球比赛过程中运动员技战术运用场景的复杂性，教练员运用常规的观察分析手段已很难全面和准确地发现比赛当中存在的问题。足球运动员比赛能力的高低不仅与训练水平、自身综合技能的合理运用、教练员的专业指导水平密切相关，还与各种科技辅助手段在具体比赛和训练中的支持作用紧密关联。目前，足球比赛视频分析系统作为一种对足球比赛过程进行视频跟踪记录、自行精确统计和分析的有效手段，已被欧美足球强国广泛应用于各级足球比赛和日常训练之中，是欧美足球强国各级足球比赛和训练取得丰硕成果的必不可少的辅助系统。以服务教练员的训练工作为主要目的而组成的比赛录像数据分析团队，利用比赛视频分析系统搜寻和分析比赛中存在的问题链，并及时生成各种由数据支撑的分析报告反馈给教练员和运动员，从而能及时和详尽掌握自身和对手在比赛中的相关信息，进而采取针对性的比赛策略和训练方案。

1 足球比赛视频分析系统概述

足球比赛视频分析系统是由数码成像设备、高速视频传输技术、计算机信息处理技术组成的智能分析系统。它可以表述足球比赛中运动员和球体的运动轨迹及3D投影图，通过自带仪器和软件系统对比赛过程进行各种功能的视频采集和分析，形成比赛实况的数字化媒体视屏数据以及兼顾管理运动员比赛数据档案。由于是在无干扰的条件下对运动员的实战情况进行的采集和分析，比赛数据真实可靠，能客观反映出运动员个体和球队的整体表现情况。实现了对足球比赛过程中队伍的整体表现、局部表现、个体能力表现三个观察层面进行精确统计分析，构建出对比赛过程表现进行分析研究所需的跑动指标分析与比赛技战术表现分析两个基本分析模式。比赛跑动分析的基本模式是通过时间—行为录像分析、速率跟踪、跑动距离、跑位轨迹跟踪软件，采集有效比赛时间内双方球员的高中低速度的跑位数据；探索跑位的整体、局部、个体以及位置差异特征。比赛技战术表现分析模式是对技战术的人体运动轨迹、应用强度频率、应用效果、球体运行轨迹，以及与应用时间、地点、对手技战术应用3个环境变量一体的动态指标分析方法。在这两个基本分析模式基础上，探索复杂比赛局面下各项技战术指标的相互促进和制衡关系、比赛结果与各项技战术指标的因果关系。

2 国内外足球比赛视频分析系统功能介绍

2.1 国内外足球比赛视频分析系统功能类型介绍

依据A.Mark Williams和Thomas Reilly等调查研究，国内外职业足球联赛所使用的足球比赛视频分析系统，依据系统软件功能进行分类，主要有：视频统计分析软件、基于视频的运动员跟踪分析软件和电子运动员跟踪分析软件3种（表1所示），并且随着实践应用需要不断进行功能融合和改进升级，逐渐向更高一级的人工智能方向发展。

表1 足球比赛视频分析系统类型、名称一览表

注：依据A.Mark Williams和Thomas Reilly[2]研究编制

（1）统计分析软件（主要是DartTrainer、Focus X2、MasterCoach），此类分析系统主要是通过跟踪采集球员的个人信息，各个阶段的位置职责表现数据和比赛行动数据等要素，并按照一定的架构将这些信息整合成球员比赛表现数据库，便于通过球员比赛信息资料库选择菜单，可以选择查阅某一球员特定场合比赛表现情况。（2）基于视频的运动员跟踪分析系统（主要是Sportstec、Simi Scout、AMISCO），此类系统主要是以摄像技术、视频处理技术和计算机信息处理技术为基础构成的信息处理系统，是目前各级足球比赛中应用最广泛的视频分析软件。具体操作应用程序主要表现为：通过摄像仪器技术采集比赛镜头—使用相关软件的数学算法结合数字视频处理技术对图像进行处理—对比赛数据进行统计分析。（3）电子运动员跟踪分析软件（主要是LPM、Cairos），由于是从军用雷达探测和导弹跟踪技术发展而来，是目前数据采集、分析和记录最为精确的比赛视频分析系统，使用成本较高，普及应用尚需时日。目前专业市场应用较多的主要是基于视频的运动员跟踪分析系统，并为满足专业市场的发展需要，相关软硬件技术也在不断的变革和发展之中。

2.2 几款最主要的足球比赛表现分析系统的功能应用介绍

以下是国内外职业足球联赛使用较为广泛的3款分析系统介绍，分别是 Sportstec、SIMI Reality Motion Systems以及AMISCO PRO系统。

2.2.1 Sportstec比赛视频分析系统 Sportstec 比赛视频分析系统的主要功能是对比赛和训练场景的实时分析，该系统已经在中超联赛当中得到了很好的应用。在某些中超球队的对抗训练过程中，为了使教练员训练指导更具有客观性和针对性，训练视频技术人员经常会架设Sportstec 分析视频进行现场回放，综合分析比赛训练存在的问题，有利于及时调整或加强竞技能力的协同训练。另外，为适应教练员在实战过程中的灵活指挥调整需要，其高配版本具备“实时传输功能”，操作人员可将现场主机位采集的实时数据传回教练席，教练组可以根据软件系统提供的现场分析进行及时的战术调整，使得排兵布阵更具有针对性。该系统的具体应用功能主要有：（1）可以进行赛后的录像标注分析；（2）电子战术板灵活便于携带，有利于现场标注分析；（3）可以进行整体比赛片段、局部比赛片段、球员个体表现的检索和回放；（4）视频片段可任意调配组合、智能切换、合成、播放格式转换、数据存储备份功能；（5）多国语言操作菜单；（6）综合分析比赛双方技战术表现优点和不足；（7）根据比赛双方实力数据，模拟比赛战术安排，协助验证既定方针的可靠性；（8）发现队员特定技能潜力；（9）综合分析整体和局部战术配合的时效性和灵活性；（10）根据比赛表现，制订训练计划和方案；（11）跑动速度和距离、跑动路线轨迹、动作速率比较及实战技能合理性等技能运用指标的整合分析；（12）对整个赛季的比赛训练视频进行分析、编辑、存储，便于综合分析和改进；（13）可以根据观察需要，对软件观察和统计功能进行改进和制订。鉴于以上分析，该系统的功能优点主要是比较分析功能齐全，缺点是配套的跟踪拍摄硬件的自动化程度较低，由于视频采集过程主要是人工手动跟踪操作，采集镜头不能确保设置在最有利的观察位置，因此要求视频采集人员应具备较高的操作技能水平。

2.2.2 Simi Scout比赛视频分析系统 Simi Scout比赛视频分析系统是由德国著名的Simi Reality Motion Systems公司研制开发，是目前国际上技术较为成熟可靠的体育视频分析软件系统，主要适用于球类项目的比赛技战术统计工作。Simi Scout软件功能主要体现在：（1）比赛技战术的跟踪统计功能——可分析不同比赛时段运动员的状态变化数据；跟踪分析比赛双方的技战术应用数据；在综合分析比赛双方技战术特点、优势和缺陷的基础上突出比赛双方的技战术表现的决定性因素；（2）跑动数据分析---Simi Scout可实时跟踪监测运动员的跑动轨迹、距离速度参数和相对站位情况，统计球的运行轨迹和落点分布，从而全面跟踪分析运动员不同阶段的技战术表现数据，得出量化考评数据；（3）技战术表现内容视频的归类自动回放---Simi Scout系统具有灵活多样的统计归纳、视频归类和重放功能，有利于教练员采取针对性的训练和比赛措施，方便教练员对比赛队伍或个人的技战术表现做出纵向和横向的比较评价；（4）满足多样性需求的统计模板，适应各种项目和教练员的个性化需求，有利于创建复杂的视频图像数据库。

2.2.3 AMISCO PRO（阿米斯科）比赛视频分析系统 AMISCO PRO是目前应用最广泛的的足球比赛视频分析系统之一，由总部设在法国巴黎的数据公司SUP（Sport Universal Process）研发。AMISCO PRO系统软件功能基本覆盖了Sportstec以及Simi Scout系统软件所具备的功能，而且AMISCO PRO系统要求采集镜头的硬件水平较高，为获得质量较高的全角度无盲区影像数据效果，需在数据采集比赛现场内安装8部具有热成像功能的摄像机，并协同AMISCO PRO高性能分析软件收集分析每场比赛22个运动员的638项足球比赛指标以及约4 500 000个单个数据，所提供的运动指标数据更加精确和全面，并具有动态同步输出的功能。相对于Sportstec和Simi Scout运动视频分析功能，其显著的功能优势体现在2-D模拟形式分析功能，具体表现为：（1）呈现球队球员二维形式的无球跑动数据，包括：即时跑动速度、跑动速率类型（慢跑、匀速、快跑、冲刺）、平均跑动速度、跑动路线轨迹、跑动频数、跑动距离等；（2）测量技能表现数据和体能分析报告；（3）2-D样式的战术配合数据统计分析；（4）2-D模拟可同步结合即时比赛视频进行分析；（5）模块化的图形统计分析工具，可进行个性化的图形数据分析；（6）通过图表、表格、清单形式全面分析各项指标的相关性。

3 足球比赛视频分析系统的应用步骤

足球比赛视频分析系统的规范化应用主要由3个步骤构成。（1）首先是通过各种渠道进行比赛视频采集；（2）进行专业的数据处理分析，包括量化的分析过程和对数据处理结果的整理过程；（3）根据数据统计结果作出训练比赛工作的综合评价报告。

3.1 通过各种渠道进行比赛视频采集

全面收集比赛数据的基础上进行针对性分析是运用比赛视频分析系统的首要原则，比赛视频分析系统的软硬件性能决定了采集数据的全面性、精确性、关联性和可挖掘性等方面的差异。当前足球比赛数据的收集渠道主要有两种：（1）通过对网络下载相关比赛视频的分析获得数据，采集优点是视频下载渠道方便快捷，缺点是视频清晰度、角度和方位效果有限，要求比赛视频分析系统和软件的配置较高；（2）采集人员根据需要，在比赛现场通过各种功能的摄像跟踪设备进行各种角度的视频采集，采集优点是能根据比赛训练需要进行全方位和多角度的视频收集，缺点是需在比赛现场安装摄像跟踪设备和专业人员的协调配备，所以使用成本较高。

3.2 进行专业的数据处理分析。

足球教练组成员运用比赛视频分析的主要目的是探索比赛制胜规律，具体分析模式主要是研究对比赛进程和结果有重要影响的技、战术指标的相互关系以及各项攻守指标的辩证关系，因此视频分析软件分析除了提供单独的指标数据如传球或射门次数外，更重要的是能提供反映攻守技、战术水平的指标数据体系，这些指标数据体系能全面反映各项技、战术指标的相互影响关系。例如，在对个人控球技术指标进行数据分析时，应包括控球技术类别、运用时间、应用效果、应用地点、控球技能应用的战术配合要素、对方防守技能强度、对方防守战术形式等。只有通过全面的指标数据体系，综合分析不同比赛环境因素下的动态表现过程，才能客观评价运动员的技能表现水平。目前，相关的数据处理功能主要有：（1）聚类与判别分析——主要用于参赛球队各项竞技能力水平的比较辨别；（2）比赛数据比较分析——通过数据和图解分析比较参赛队伍整体和球员个体的各项比赛能力；（3）多维度指标变量的结构关系分析——通过各种形式的图表分析各项竞技能力指标的相互促进和制衡关系；（4）回归模型分析——探讨各项竞技能力要素对比赛效果的影响程度；（5）运用神经网络对比赛进行预测——运用近期的比赛数据模拟和预测比赛结果。另外，随着指标数据研究需要的不断发展，对比赛分析软件的功能需求也在不断的演变和发展之中，也必然推动对足球比赛规律认识的不断深入。

3.3 根据数据统计结果作出训练比赛工作的综合评价报告

该步骤主要包括比赛评估要素筛选、依据数据处理结果进行评判、撰写分析报告等工作。在具体的训练和比赛过程中，综合诊断工作一般由一个或多个诊断小组来配合完成，而足球教练员总是从制订比赛评价报告和训练计划方案的角度出发去分析数据处理结果，教练员运用数据处理结果的目的大致可分为：（1）根据队伍初级阶段的比赛表现制定短、中和长期的周期训练计划；（2）通过比赛对手和本方竞技能力的比较分析，制定针对性的训练方案指导赛前训练；（3）考察运动员的发展潜能，选拔具有发展潜力的球员；（4）根据足球比赛技战术创新、比赛阵型发展趋势，引导训练过程；（5）观察分析个体队员的体能、技能、战术意识、心理等协同表现情况；（6）观察队伍战术行动的表现情况，包括：战术实施的体能表现、战术实施过程中的技能运用情况、战术意识实施的心理表现、局部区域的配合意识、队伍整体的配合意识等；（7）根据赛程表现，控制和引导训练计划和方案；（8）学习借鉴其他球队的竞技能力优势和长处；（9）根据比赛负荷要求，制定训练内容的负荷量和强度；（10）分析比赛细节，进行战术和人员调整。

4 足球比赛视频分析系统的应用价值和意义

为顺应现代足球训练理念的创新和发展要求，足球训练领域应在遵循自身科学发展规律的基础上，充分运用现代科技成果不断创新足球训练的方式方法。目前足球比赛视频分析系统的开发和应用是观察指导比赛训练方式的重大革新和转变，使训练过程更加契合青少年球员竞技能力的发展要求，对于创新足球训练模式以及提高训练效果具有重大意义。

4.1 提供运动员队伍比赛能力现状和变化的精确信息

根据实战出发设计训练方案的要求，教练组一般会根据考察评估队员在比赛过程中技战术行为表现的需要对比赛视频分析系统进行功能调配和设计。足球比赛视频分析系统可根据当场比赛的技战术行为进行统计分析，并在赛后得出视频采集与技战术统计统计结果，使教练组能在赛后恢复训练备战工作中根据技战术的视频统计分析结果制定针对性的训练方案和措施。因此，与以往在比赛过程中主要依靠人工统计记录方式相比，该系统可以根据比赛过程中队员技战术发挥情况的统计需要完成全面和精确的视频采集和统计工作，有效补充了教练员临场观察和统计工作的不足。但需要说明的是，为了使视频分析系统的统计更具针对性，符合足球训练工作的技战术统计需要，使视频统计工作能高效开展，足球比赛视频采集和分析工作必须由足球训练专业人士和从事计算机应用技术人员协同配合完成，同时，相关统计人员必须经过专业的技术培训。

4.2 通过对比赛的客观反馈评价促进训练工作高效开展

球员技战术视频档案的建立也有利于教练员科学制定训练计划和目标，由于采用视频分析系统的直观量化数据，确立了教练员队伍对年青球员竞技能力表现的科学评价观念和手段，对球员的评价更客观、准确和公正，对强化公平竞争意识、调动年青球员训练的积极性、提高训练效果具有良性引导作用。运动员在比赛过程中的表现是教练员制定日常训练工作方案的重要依据，能否客观准确评价队员和队伍的比赛表现数据决定了后续训练工作方案制定的准确性和实效性。由于足球比赛攻守转换频繁、技战术运用的复杂多变性，因此运用传统的人工记录方式难于全面和精确复述完整的有价值的比赛信息，而应用比赛视频分析系统可较好解决训练比赛情景再现等问题以及观察判断的准确性问题，另外教练员在平时指导训练的过程中，与其用语言复述球员的技战术缺陷和不足，不如通过比赛视频分析系统直观地回顾球员在实际比赛过程的表现环节和重要过程，由此在客观评价的的基础上得出的良好建议，更有利于球员接受和改进，从而提高训练的积极性和效率。而且视频分析系统可根据球员的训练水平和训练任务任意调节比赛参考数据和画面，有利于结合实战需要加深对技能学习的理解，加深技能学习的实战化参照依据，提高实战化的训练效率。世界足球强国青少年足球训练的实践表明，视频分析和反馈系统的运用使日常训练工作更加切合实战需要、使训练任务和内容的制定更加明确、时间更紧凑、针对性训练效果更完善。

4.3 有利于系统建立足球运动员的技战术视频档案

构建足球运动员技战术档案，是教练员根据球员比赛能力的周期性发展规律，通过长期跟踪记录其竞技能力数据，为科学选材和训练管理工作提供实践效果记录的重要手段。以往我国选拔评定青少年队员足球技能的档案文件大都采用文字档案形式，文字档案形式受诸多定向思维和主观认识的影响，评判标准具有一定的局限性，例如片面地将常规的基本技术指标作为选拔球员重要依据的做法不尽科学也令人难以信服，因此，开发出科学有效的足球运动员比赛视频分析档案已成为青少年足球科学化训练的必然要求，通过多媒体信息管理技术将目标球员参赛视频数据进行分类汇总，从中可直观清晰获取球员在各个成长阶段的技战术储备和表现情况，并形成对目前技能状态的评估和诊断，通过对照技战术视频分析档案资源库的视频分析数据，纵向可根据球员技战术水平发展变化评估其发展潜能，横向可同国内外同级别队员进行技能比较，进而全面弥补其不足。从具体的实战应用的角度出发，通过建立比赛对手的技战术视频分析档案：（1）有利于教练员充分了解竞争对手的竞技能力水平，制定训练计划和比赛预案；（2）可通过视频分析参数对比找出自身不足，学习对方的长处为我所用。目前，欧美足球强国已广泛建立了青少年足球比赛信息采集数据库，通过类似数据库的开发和实践应用后发现，此项技术对于构建新的比赛视频分析统计技术和标准、丰富青少年足球训练理念和规律、进行专项训练理论创新研究以及对临场指挥等应用性研究起着非常积极的作用。

5 总 结

目前市场上普及应用的比赛视频分析系统的知识产权都由国外公司所垄断，主要是面向职业足球联赛分析体系而设计，价格普遍比较昂贵，对于我国资金相对缺乏的基层青少年足球培养单位来说是望尘莫及的，这一级别的比赛训练数据的采集工作主要由人工作业的方式来完成。针对这一问题，由我国相关体育科研机构和涉及体育科技开发的企业研制出具有完全独立自主知识产权、便携式、操作简单、功能实效性强以及适合各级比赛使用的比赛视频分析系统，使之面向更多的基层足球从业单位普及应用是很有必要的。另外，应通过有效的财政支持和宣传推广手段，加大青少年足球比赛训练过程中视频分析系统的普及应用程度，为配合训练工作有效开展，必须紧密结合我国青少年足球训练开展的基层师资水平和实践环境，注重比赛视频分析系统专业操作人员的培训。随着我国青少年足球科学化训练水平的不断发展，比赛水平的不断提高，比赛视频分析系统作为最直观、科学有效的训练辅助手段，必将展现出更加广泛的应用和发展前景。

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Research on the Application of Video Analysis System in Football Matches

OU Yangpeng

Jiaying University, Meizhou Guangdong, 514015, China.

This paper mainly expounds the basic functions of the video analysis system for football matches, introduces some of the most representative system functions and the application steps in concrete practice. On this basis, the application value and significance of the video analysis system for football matches are further analyzed in order to promote the video analysis system widely used at all levels football match in China.

Football game video analysis system; Function introduction; Application steps; Application value and significance

G843

A

1007―6891（2020）04―0070―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2020.04.17

2019-09-03

2019-10-15

本文系嘉应学院2018年科研项目立项课题（项目批准号：2018sky02）研究成果之一。