数字科学训练乒乓球大数据分析与决策系统

　　不知道大家有没有注意到，在东京奥运会孙颖莎和伊藤美诚精彩的半决赛中，有一个智能的大数据分析与决策系统，在赛前赛后帮助中国队进行全程监控分析，为夺冠提供支持。 这个系统是什么？
　　这个系统来自浙江大学实验室，在东京奥运会的乒乓球赛场上，通过8路专用摄像头搭建的人工智能平台全程监控分析系统，它忠诚的记录了伊藤美诚的每一次发球、挥拍、奔跑等数据。并结合以往8000场历史比赛数据分析和现场平均 100Mbps 的速度传递运动数据到系统进行对球员的技战术、高峰和低谷的状态识别、优势和特点等分析发现制胜的战术策略，推送给教练员辅助运动员决策，让教练员和运动员做到了＂知己知彼，百战不殆＂。
　　有了这样的强大助力，赛场上的孙颖莎很快就遏制了伊藤美诚的技术发挥，最终以4：0的比分取得了完胜。在赛后的采访中，伊藤美诚也不得不承认，自己的水平只发挥了两三成。
　　东京奥运会孙颖莎和伊藤美诚半决赛 图/Osports
　　由此可见，科技助力体育已成为我国竞技体育可持续发展的杠杆和抓手，其对比赛结果之影响所占比重日趋增强。建立大数据化，智能化的系统，是科技赋能体育，进行数字科学训练有效手段。 数字科学训练是什么？
　　数字科学训练主要是围绕优秀运动员的技战术、体能与心理训练开展研究，实验室通过数据挖掘、可视分析、计算机视觉等人工智能技术为优秀运动员的训练和比赛提供训练监控、技战术视频分析和比赛数据报告，以进一步提高优秀运动员的竞技实力与比赛表现。
　　实验室已获得了系列的研究成果，在国际计算机科学领域顶级期刊上发表了乒乓球、足球、篮球和羽毛球等比赛数据智能采集、可视分析和预测等论文20余篇。
　　近五年，实验室还承担了8项国家体育总局奥运科研攻关项目，研发了国家乒乓球队大数据平台，为国家乒乓球队在2019-2022年间取得世界锦标赛、团体世界杯和东京奥运会等国际大赛优异成绩做出了突出贡献。
　　乒乓球大数据平台服务中国乒乓球队东京奥运备战数字科学训练成果：乒乓球数据的智能感知 数据驱动的乒乓球击球技术训练 乒乓球技战术的模拟推演 国家乒乓球队大数据平台 成果一：乒乓球数据的智能感知
　　体育数据的感知是科学训练的基础。在乒乓球项目中，需要一种人机结合的乒乓球数据智能感知方法，来对运动员击球技术、位置以及球飞行的轨迹、速度、旋转和落点等信息进行采集。
　　实验室为此提出了一种隔网运动视频数据标注分析框架EventAnchor。该框架集成了用于场景检测和目标跟踪的计算机视觉模型，并使用模型输出创建一系列锚点代表比赛中的重要事件。
　　乒乓球EventAnchor的工作流程
　　通过与这些锚点进行交互，用户可以快速找到所需的信息，分析相关事件，最终实现对简单事件和复杂球员动作的数据标注。基于该框架，实现了乒乓球标注系统。评估结果表明该系统可以显着提高用户数据标注的表现，其效率是原有方法的2倍。
　　​乒乓球EventAnchor的用户界面成果二：数据驱动的乒乓球击球技术训练
　　乒乓球是技能主导类的运动项目。在训练中，运动员的击球技术常常是教练最为关注问题。在传统的训练模式中，教练只能通过眼睛或视频来观察运动员球拍挥动轨迹，但无法知道球拍挥动的速度和角度等。因此亟需一种结合传感器技术与可视分析技术的乒乓球击球训练方法。
　　实验室为此提出了优化传统经验驱动的训练方式Tac-Trainer，以此来提高训练效率与质量。Tac-Trainer包括四部分：设备配置，数据解释，训练优化和结果可视化。
　　设备配置如下图所示，将传感器放置在乒乓球拍的拍柄与运动员的肢体上以采集球的飞行速度与旋转速度。基于传感器采集到的数据，进一步结合数据推理模型推断得到运动员的击球位置与击球技术。随后，基于机器学习技术和乒乓球技战术理论设计了一个量化评估击球质量的模型。
　　数据驱动的乒乓球训练场景设置
　　数据与模型最终以可视分析系统的形式呈现给用户。从系统中，运动员可以发现质量较低的击球以及推荐的优化方式。
　　乒乓球训练数据的可视分析与击球优化系统
　　​  成果三：乒乓球技战术的模拟推演
　　基于竞技体育比赛不可重复性的特点，使得模拟分析在竞技体育科学研究中具有特殊的意义。模拟分析可以为教练提供前瞻性建议，以提高运动员在未来比赛中的竞技表现。现有模拟分析普遍采用一阶马尔可夫链模型，但这种模型并非完全符合乒乓球比赛的实际情况，例如发球抢攻。
　　因此，为了更准确地完成乒乓球技战术的模拟分析，研究团队提出了一个基于混合二阶马尔可夫链模型的乒乓球技战术模拟分析算法，提取乒乓球比赛中连续多拍击球之间的关系从而提高模拟分析的准确性。
　　乒乓球技战术模拟分析算法
　　设计并实现用于乒乓球比赛模拟分析的可视分析系统Tac-Simur，以直观易懂的形式呈现出模拟分析的过程与结果，为教练员、运动员和比赛分析人员提供有效的分析工具，探索和发现行之有效的战略战术。
　　乒乓球模拟可视分析系统成果四：国家乒乓球队大数据平台
　　乒乓球是我国竞技体育的一面旗帜，是我国传统优势项目，但近几年也面临着严峻挑战。日本、韩国、德国等竞争对手通过引入科技手段，有针对性地模仿不同对手的打法，显著提升了运动员的竞技水平。因此，我们也亟需引入前沿体育科技，确保我国的优势项目长盛不衰。
　　在体育总局连续四年奥运科技攻关项目的支持下，实验室构建了乒乓球大数据平台。该平台遵循人机智能有机协同的思想，通过人工智能、人机交互、数据库、云计算、可视分析等计算机技术的综合运用，提供了便捷的＂采集→存储→管理→分析→应用＂的工作流程,使得分析更智能，决策更科学，促使乒乓球大数据利用从＂可用＂到＂好用＂的升华。
　　乒乓球大数据平台
　　乒乓球大数据平台现已应用到中国乒乓球队东京奥运备战准备。平台首先利用计算机视觉、可视分析和人机交互技术，从现场直播视频中实时获得比赛技战术的详细数据，这些数据与8000多场已有视频的反绎评估结果相融合，通过大数据模拟推演，发现制胜的战术策略，最后经过云端部署的大数据平台，推送给教练员辅助决策。 实验室还在做什么？
　　目前，数字科学训练在乒乓球领域已有很多尝试，并取得了丰富的成果，使中国队不断走向＂更快、更高、更强＂。为了让科技成果更好地为体育服务，实验室正在探索体育相关的新领域，如篮球态势分析系统以及足球态势分析系统。这些融入了科学技术的体育系统间接推动着人类运动员自身素质的不断突破，相信未来还将会有更多科技成果出现在体育与生活的方方面面，向科技为体育赋能点赞！
　　*文中图片均为公司原创，未经允许，请勿转载
　　文章＂这个系统是什么＂部分摘录至科普中国