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，解決足球教學中運球繞樁能力提升的具體方法。項目設(shè)計主要通過無人機攝像技術(shù)對測試者的運球路線進行記錄，隨后進行圖像數(shù)據(jù)化處理，與程序設(shè)定的理想標準值進行比較，提供針對性的解決方案。該項目主要有效解決了足球運球成績分析的，并且可以作為電子化的測試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：體育器械;編程

1.前言

1.1項目創(chuàng)意來歷

2015年2月，國務(wù)院頒布了針對發(fā)展足球運動的相關(guān)指導(dǎo)方案。在《方案》中指出，針對在體育教學過程中所進行的足球運動要達到育人的效果。同年7月，教育部也頒發(fā)了關(guān)于《加強青少年校園足球?qū)嵤返南嚓P(guān)意見。如今大學足球的考核以運球繞桿為主，但考核標準僅是記錄時間，對于在測試里存在問題的被測者，后續(xù)教學中不能準確地給出相應(yīng)的指導(dǎo)建議，故需要一個新的評測系統(tǒng)為被測者提供具體的提升方案。

1.2項目意義

足球的技術(shù)主要分為運球、傳球、頂球等。運球作為足球運動當中最基礎(chǔ)、最重要的一項技能，對個人足球水平有至關(guān)重要的影響。該項目通過記錄測試中多元化的數(shù)據(jù)，獲得全方位、立體化的測評結(jié)果，給出精確的指導(dǎo)建議，有助于提高運球速度、流暢度等技巧，在個人足球水平得到提高的同時，被測者的成績也能實現(xiàn)穩(wěn)步提升。

2.項目研究主要內(nèi)容

2.1數(shù)據(jù)記錄

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

2.2數(shù)據(jù)處理

首先對被測者成績有效性進行判斷，若測試過程中人球同向過桿切通過相鄰兩桿時方向相反，則可判定為成績有效。若被測者成績有效則進行下一步的數(shù)據(jù)處理，無效數(shù)據(jù)組則直接進入“建議方案”環(huán)節(jié)。有效數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)進行進一步處理得到被測者的測試成績、桿間用時、桿兩側(cè)的振幅。

2.3數(shù)據(jù)分析

2.3.1標準組數(shù)據(jù)分析

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

2.3.2用戶數(shù)據(jù)分析及建議

與最佳運球過桿模型進行對比的試驗組。對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)所代表的實際意義?？梢员碚鞅粶y者在該階段所存在的技術(shù)漏洞，需要進行相應(yīng)的提升訓(xùn)練。

2.4設(shè)計程序

利用C++或Python，設(shè)計一個滿足上述三個步驟的要求的軟件，即對記錄的數(shù)據(jù)進行處理，并與標準組數(shù)據(jù)對比分析得到相應(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

判別成績是否有效并對有效的成績組進行對比分析的系統(tǒng)方案如圖2所示，該分析系統(tǒng)是此項目的亮點。

3.2技術(shù)路線

3.2.1程序設(shè)計

編程部分利用C++或Python，處理被測者原始的數(shù)據(jù)得到桿間用時等間接數(shù)據(jù)，并相應(yīng)的與標準數(shù)據(jù)進行對比，即yi和yi比較，Ti與Ti比較。若yi>yi則表明在過第i根桿時振幅偏大，這時系統(tǒng)會給出下次過第i根桿時盡量減少振幅的改進建議。若此時的Ti>Ti則說明是過桿時振幅過大導(dǎo)致的速度降低，此時減少過桿時的振幅可以有效的桿間時間。若僅是Ti>Ti則說明是運球過程當中的速度有待提升，系統(tǒng)會給出提升速度的訓(xùn)練建議。還有一部分是自身成績數(shù)據(jù)之間的比較。要分析標準數(shù)據(jù)之間Ti的大小關(guān)系，即隨變量i的變化，Ti的大小會發(fā)生什么樣的變化，從理論上應(yīng)當逐漸減小，起步后速度逐漸增加，桿間時間會有所減少。但若桿間時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)會給出提升過桿流暢程度的建議。以上便是整個過程的編程目的和思路。最終會以一個輸入數(shù)據(jù)反饋意見的程序進行結(jié)果展示。

4.結(jié)論

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

參考文獻：

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基金項目：2020-2021學年第一學期大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（項目編號：202105013）。

作者簡介：

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

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