室內(nèi)籃球跟蹤系統(tǒng)精度分析

姜志軍

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

1 前言

采取慣性測量單元（IMU）來量化和監(jiān)控性能現(xiàn)在已成為訓(xùn)練師和健身教練的基本工具[1]。在籃球運動中，跟蹤系統(tǒng)目前被用來檢測運動時間和戰(zhàn)術(shù)分析[2]。這些系統(tǒng)需要一定的最低精度標(biāo)準(zhǔn)，不同射頻跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)通過驗證。由于技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者采用了不同的驗證方案：Frencken、Lemmink和Delleman[5]驗證了一個局部位置測量（LPM）跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)與光電管和卷尺記錄的距離和速度有關(guān)。雖然該系統(tǒng)已在足球比賽中得到驗證，但它可以用于室內(nèi)籃球比賽。同一系統(tǒng)在室外和室內(nèi)條件下進(jìn)行評估和對比，但僅限于特定和確定的比賽區(qū)域。Ogris和coleagues[7]在分析LPM系統(tǒng)相對于應(yīng)用紅外技術(shù)的VICON攝像機系統(tǒng)的精度時也發(fā)現(xiàn)了同樣的問題，但該方案僅在現(xiàn)場的一側(cè)進(jìn)行測試。后來，Leser、Schleindlhuber、Lyons和 Baca[6]驗證了一種超寬帶（UWB）跟蹤系統(tǒng)Ubisense對滾輪測量距離的影響，假設(shè)距離有效。Luteberget和colleagues[9]驗證了一個關(guān)于VICON的LPM系統(tǒng)，但該測試是在特定和確定的比賽場地區(qū)域進(jìn)行，因為VICON系統(tǒng)在測量總場地[10-11]方面存在一定局限性。

目前，環(huán)境對射頻信號的干擾是主要問題之一。在室內(nèi)條件下，不同的元素及其排列方式，例如從場地到墻壁的距離、標(biāo)記位置和其他，它們都可能導(dǎo)致報告的值存在顯著差異和準(zhǔn)確性偏差[4]。因此，同一個系統(tǒng)可能會給出與所放置室內(nèi)球場相關(guān)的球員跟蹤儀位置的不同評估產(chǎn)生指標(biāo)誤差，因為需要使用一個獨立于球場位置的標(biāo)準(zhǔn)化方案來進(jìn)行精度評估。因此，文章旨在設(shè)定一個特定室內(nèi)籃球場地的軌跡精確定位方案。

2 研究方案

在比賽區(qū)域內(nèi)進(jìn)行3次不同的移位，每一次重復(fù)3次。在移位的過程中，兩個裝置安放在背部以上的位置（肩胛骨間線），用一個特殊安全帶牢固地固定。在不同的距離、方向和強度下，以不同的距離、方向和強度來模擬比賽的實際條件，完成高達(dá)15km/h的位移。設(shè)計用于評價位置精度的軌道包括：不同運動行程側(cè)邊和軸線；球場的周界標(biāo)記；球場中線；球場線的外部周界；中心圓；6.75m線。具體見圖1～圖6。尺寸如下：球場長28m、寬15m；球場中線長15m；涂漆線的外部長5.8m、寬4.9m；中心圓半徑為1.8m；6.75m線質(zhì)心長3.8m，其尺寸符合現(xiàn)行國際籃聯(lián)籃球規(guī)則。實際距離可以通過腳輪測量。所有的任務(wù)必須從站著的位置開始，并在標(biāo)記線的后面。

3 研究結(jié)果

3.1 準(zhǔn)確度

X和Y坐標(biāo)的位置平均差和差值百分比的精確度見表1。表1總結(jié)了不同方向位置估計誤差的平均差。所有位置估計的平均絕對誤差可以用各軸的差值和差值百分比的總平均值±SD來計算。在不同場合和使用的設(shè)備之間可以計算出顯著性差異。

3.2 元素間可靠性

X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的ICC和TEM的元素見表2。表2顯示了X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的ICC和TEM的元素間可靠性。

4 研究結(jié)果分析與討論

文章所設(shè)計的方案僅使用同一跟蹤系統(tǒng)的工具（WIMU-PROTM慣性器件和S-PROTM軟件）。目前，在體育科學(xué)研究中，驗證的參考方法是同時進(jìn)行有效性分析和視頻分析[7]。首先是經(jīng)濟成本高，其次是系統(tǒng)的安裝和使用困難?；谶@些原因，在這個意義上使用它似乎不夠。此外，所有可用的研究都分析了場地的縮小面積，這限制了在全場正式比賽登記期間對跟蹤系統(tǒng)的實際評估[7-9]。

為此，文章提出了一個標(biāo)準(zhǔn)化的低成本方案，該方案易于報告估計偏差。有人認(rèn)為最佳估計偏差，在每個觀測時刻，它必須小于物體重心自然位置（15～20cm）的誤差[15]。因此，在分析過程中每個坐標(biāo)（x，y）的值小于15cm時，可以假設(shè)跟蹤系統(tǒng)可以實時測量時間運動分析。這項方案的評估進(jìn)行了每秒2個數(shù)據(jù)的對比，這一過程比其他研究（光電管、手動測量等）將其數(shù)據(jù)進(jìn)行對比過程更為詳盡[3,5,6]。即使如此，數(shù)據(jù)的對比頻率也可以配置為增加或減少。因此，如果能開發(fā)出組成跟蹤裝置的更高數(shù)據(jù)頻率芯片組，這個電子表格將來就可以使用了。另一方面，籃球場的特點也存在一定程度的差異。故對室內(nèi)條件下跟蹤系統(tǒng)的相應(yīng)精度標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。這一方面很重要，當(dāng)計算一個過程或一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)比較時，要想知道是否有變化，那么一個測量值與另一個測量值的差值必須大于系統(tǒng)誤差和重測信度。

圖1 室內(nèi)條件下的跟蹤定位精度

5 結(jié)束語

一個標(biāo)準(zhǔn)化室內(nèi)籃球場定位評估方案，可為體育科學(xué)專業(yè)人員提供一種有用的工具，用以分析所有跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，且其結(jié)果可以在球場內(nèi)與外進(jìn)行比較。

表1 X和Y坐標(biāo)的位置平均差（cm）和差值百分比的精確度

表2 X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的ICC和TEM的元素