莊啟智　路維峰河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院

基于北斗系統(tǒng)的智能足球戰(zhàn)術(shù)板設(shè)計(jì)

莊啟智路維峰
河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院

目前足球教練通常依靠肉眼和經(jīng)驗(yàn)來判別球員的跑動(dòng)位置及體能消耗情況，難免出現(xiàn)誤差和疏漏。本文提出一種基于北斗系統(tǒng)的智能足球戰(zhàn)術(shù)板設(shè)計(jì)方案，基于二代北斗系統(tǒng)，結(jié)合便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀，能夠在戰(zhàn)術(shù)板上實(shí)時(shí)顯示球員位置和生理狀況，具有戰(zhàn)術(shù)分析，球員體能消耗監(jiān)測(cè)等功能，有助于教練及時(shí)掌握球場(chǎng)局勢(shì)并快速做出對(duì)應(yīng)決策。同時(shí)，本案將球員戰(zhàn)術(shù)位置和球員生理狀況一體化設(shè)計(jì)，兼?zhèn)涠喾N功能，具有廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。

北斗系統(tǒng) 足球 戰(zhàn)術(shù)板

1　引言

在現(xiàn)代足球運(yùn)動(dòng)中，場(chǎng)上球員們時(shí)刻處于奔跑過程中，球員間的戰(zhàn)術(shù)位置與足球位置難以通過肉眼觀察來準(zhǔn)確判斷，給場(chǎng)上球員做出下一步?jīng)Q策、動(dòng)作造成一定影響。作為教練，在場(chǎng)下則更加難以掌握全局。如何利用現(xiàn)代化觀測(cè)手段優(yōu)化足球運(yùn)動(dòng)是值得思考的問題。

本文提出一種基于二代北斗系統(tǒng)的智能足球戰(zhàn)術(shù)板設(shè)計(jì)方案。將二代北斗系統(tǒng)和便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)檢測(cè)儀相結(jié)合運(yùn)用到足球戰(zhàn)術(shù)板上，構(gòu)建一種新的球員訓(xùn)練方式。將球員在足球場(chǎng)上的位置精確、直觀地顯示在戰(zhàn)術(shù)板上，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)球員的生理參數(shù)，方便教練掌握?qǐng)錾蠎B(tài)勢(shì)、球員體能等信息，可在運(yùn)動(dòng)中或者運(yùn)動(dòng)后對(duì)球員做出指導(dǎo)。

2　足球智能戰(zhàn)術(shù)板核心功能及其創(chuàng)新點(diǎn)

實(shí)時(shí)解算位置。通過二代北斗系統(tǒng)定位，把球員的地理位置轉(zhuǎn)化為場(chǎng)上的相對(duì)位置，同時(shí)在智能戰(zhàn)術(shù)板顯示屏上用實(shí)心點(diǎn)表示各球員，并在實(shí)心點(diǎn)附近標(biāo)示出該球員姓名、司職位置及身體狀態(tài)，用空心點(diǎn)表示足球。

實(shí)時(shí)解算球員的跑動(dòng)速度，足球的飛行軌跡和落點(diǎn)等參數(shù)。在球員跑動(dòng)過程中，尤其是回防時(shí)，程序自動(dòng)解算回防時(shí)與進(jìn)攻球員的對(duì)位情況，分析防守位置是否合適，是否方便我方多名球員組織更有利的防守。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)球員身體情況。通過對(duì)平時(shí)訓(xùn)練的監(jiān)測(cè)，程序會(huì)預(yù)先設(shè)定球員的身體情況、疲勞狀況、心理狀態(tài)等非戰(zhàn)術(shù)因素，并通過球員場(chǎng)上表現(xiàn)進(jìn)行誤差修正，以更科學(xué)地解算球員在訓(xùn)練或比賽時(shí)的身體狀況。

3　足球智能戰(zhàn)術(shù)板詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1北斗接收機(jī)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為不影響其正常運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循微型化，輕型化原則。導(dǎo)航模塊主要由北斗接收機(jī)構(gòu)成，用于處理接收到的北斗衛(wèi)星星歷文件和觀測(cè)數(shù)據(jù)。通信模塊主要功能是將球員戰(zhàn)術(shù)位置等參數(shù)實(shí)時(shí)發(fā)送給智能戰(zhàn)術(shù)板。存儲(chǔ)模塊主要作用是存儲(chǔ)接收比賽或訓(xùn)練中實(shí)時(shí)的星歷文件。而供電模塊則需要具有小型化，輕型化，功耗低特點(diǎn)，從而延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。

3.2便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)檢測(cè)儀分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀在線監(jiān)測(cè)和記錄人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，定量評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)量和體能消耗程度，并以卡路里為單位的熱量形式實(shí)時(shí)顯示，從運(yùn)動(dòng)量和生理參數(shù)兩個(gè)方面評(píng)估體育鍛煉或訓(xùn)練中運(yùn)動(dòng)是否過量，決定報(bào)警提示必要性。便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀是一套單片機(jī)系統(tǒng)，符合微型化、低功耗要求［2］。

3.3足球智能戰(zhàn)術(shù)板分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

足球智能戰(zhàn)術(shù)板分系統(tǒng)主要包括通信模塊、位置解算模塊、存儲(chǔ)模塊、供電模塊和顯示屏五個(gè)部分。通信模塊主要功能是接收從每個(gè)球員端北斗接收機(jī)發(fā)送來的有識(shí)別號(hào)的星歷文件和觀測(cè)數(shù)據(jù)。位置解算模塊的主要功能是通過一系列解算，實(shí)時(shí)計(jì)算出每個(gè)球員在球場(chǎng)中的戰(zhàn)術(shù)位置。存儲(chǔ)模塊的主要功能是存儲(chǔ)比賽中運(yùn)動(dòng)員的位置、速度、體能消耗等重要參數(shù)信息，形成實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后訓(xùn)練或賽事提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

4　足球戰(zhàn)術(shù)板設(shè)計(jì)的思考與展望

4.1軟件方面

由于足球場(chǎng)面積相比球員本身以及足球來說很大，采用北斗精密定位模式，定位精度不應(yīng)超過米級(jí)，否則會(huì)對(duì)教練組在執(zhí)行決定時(shí)帶來很大的影響。同時(shí)，實(shí)時(shí)性也對(duì)于該足球戰(zhàn)術(shù)板提出了很高的要求，只有當(dāng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綉?zhàn)術(shù)板上時(shí)，教練組才可能做出最優(yōu)化選擇［3］。

4.2硬件方面

在足球比賽中，球員之間可能發(fā)生激烈對(duì)抗，所以在球員身上佩戴的北斗接收機(jī)和便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀裝置需要具有抗震性，微型化特點(diǎn)，在不影響球員運(yùn)動(dòng)的前提下，更精確地確定球員的位置并掌握球員的身體狀況，同時(shí)減輕球員的負(fù)擔(dān)。

5　總結(jié)

我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)快速發(fā)展，其應(yīng)用已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，不乏一些嶄新的方向。通過詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，戰(zhàn)術(shù)板可以在定位足球及球員位置、職位匹配性能分析與實(shí)時(shí)匹配性能分析、計(jì)算場(chǎng)上球員的進(jìn)攻或防守成功率等方面為球隊(duì)決策帶來便利。同時(shí)，將該方案應(yīng)用于青少年足球訓(xùn)練中，從而進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)足球事業(yè)的發(fā)展，具有豐富的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

［1］Daniel Abel Kurzawa.GPS in Sport： Analysis and Determination of Fitness Levels［D］.The University of New South Wales Kensington. 2008.

［2］焦純， 盧虹冰， 王舒宜， 周智明， 張國(guó)鵬， 常小紅.基于MSP430的便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)［J］.電子產(chǎn)品世界， 2009.

［3］Kevin McGuigan. The use of GPS in Gaelic Games. Ulster GAA.