方案背景
習(xí)近平總書記在 2018 年全國教育大會對學(xué)校體育提出了“四位一體””的終極目標(biāo)：“要梳理健康第一的教育理念，開齊開足體育課，幫助學(xué)生在體育鍛煉中享受樂趣、增強體質(zhì)、健全人格、錘煉意志?！?/span>
為貫徹落實《國務(wù)院辦公廳關(guān)于強化學(xué)校體育促進(jìn)學(xué)生身心健康全面發(fā)展的意見》、《教育部等 6 部門關(guān)于加快發(fā)展青少年校園足球的實施意見》和《教育部辦公廳關(guān)于加強全國青少年校園足球改革試驗區(qū)、試點縣（區(qū)）工作的指導(dǎo)意見》精神，充分發(fā)揮智慧校園、全國青少年校園足球改革試驗區(qū)的示范引領(lǐng)作用。同時貫徹落實《中國足球中長期發(fā)展規(guī)劃(2016-2050 年)》中重點強調(diào)的“推動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與足球產(chǎn)業(yè)深度融合，重點引入移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)與新業(yè)態(tài)，促進(jìn)足球運動多點創(chuàng)新”。通過科技引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新推動校園體育、校園足球快速、長足發(fā)展，推進(jìn)學(xué)校體育綜合改革探路工程，充分運用大數(shù)據(jù)、可穿戴設(shè)備等技術(shù)手段，建設(shè)校園體育信息化管理平臺，全面提升智慧校園整體運動、訓(xùn)練及競技水平和智慧校園體育信息化管理水平。
預(yù)期目標(biāo)
1.大數(shù)據(jù)結(jié)合足球是大勢所趨
以“教學(xué)是基礎(chǔ)、競賽是關(guān)鍵、體制是保障、育人是根本”為目標(biāo)，充分發(fā)揮青少年校園體育育人功能，著力構(gòu)建“運動科學(xué)，激勵機制完善，管理體制順暢，發(fā)展環(huán)境優(yōu)化“的智慧校園體育發(fā)展模式。
2.數(shù)字化足球訓(xùn)練優(yōu)勢
在這個數(shù)字時代，將云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)運用于校園足球是順應(yīng)時代潮流的。由簡極科技自主研發(fā)的智能足球運動表現(xiàn)分析系統(tǒng)正是在這樣的一個背景下產(chǎn)生的。
它面向校園足球，以智能硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，借助大數(shù)據(jù)和云計算等 IT 技術(shù)手段，提供足球訓(xùn)練、友誼賽、教學(xué)、管理的數(shù)字化解決方案。
系統(tǒng)利用智能硬件的便捷、精確的特點，在足球教學(xué)、訓(xùn)練和競賽的過程中自動采集大量足球數(shù)據(jù)，經(jīng)過智能的處理和分析后，幫助足球教育一線工作者提高足球教學(xué)和訓(xùn)練水平，并填補校園足球數(shù)據(jù)空白，助力校園足球的普及和提高。數(shù)字化足球訓(xùn)練的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：
◇ 能幫助球員提高訓(xùn)練效率
◇ 減少運動員因過度訓(xùn)練而傷病
◇ 幫助教練員科學(xué)選材
◇ 使校園足球與社會產(chǎn)生良好互動
方案概要及特色
校園足球數(shù)字化訓(xùn)練解決方案旨在通過基于智能穿戴設(shè)備、智能足球、大數(shù)據(jù)算法分析與云計算等科技手段，以及運動數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用服務(wù)，建立校園足球數(shù)字化訓(xùn)練數(shù)據(jù)體系，全面提升智慧校園足球訓(xùn)練、競技及信息化管理水平。方案的建設(shè)關(guān)鍵詞是：
“信息化管理 安全運動 特色教學(xué) 科學(xué)訓(xùn)練 促進(jìn)普及”
通過本方案的實施，可為智慧校園足球重點實現(xiàn)：（1）運動安全科學(xué)防范；（2）完善學(xué)生運動數(shù)據(jù)庫；（3）提升課程學(xué)習(xí)興趣；（4）強化師資運動數(shù)據(jù)科學(xué)訓(xùn)練；（5）完善后備人才選拔機制；（6）輔助提升專項技能水平；（7）提升校園體育信息化管理水平。
1.運動安全科學(xué)防范
校園運動的科學(xué)防范是安全保障的第一要義，讓學(xué)生了解自身身體體質(zhì)狀況避免超負(fù)荷運動帶來傷病風(fēng)險，讓學(xué)校管理層能夠通過管理終端便捷管理，讓家長能夠通過分析報告了解孩子體質(zhì)狀態(tài)是本方案的特色之一。
基于智能運動穿戴設(shè)備對學(xué)生入學(xué)狀態(tài)進(jìn)行初始測試，結(jié)合學(xué)生的常規(guī)體檢數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)生個人運動數(shù)據(jù)庫，能夠分析學(xué)生的體質(zhì)特征，如是否過度肥胖，心肺功能是否能夠支撐長距離跑動運動或者短距離高強度運動，應(yīng)循序漸進(jìn)做出哪些訓(xùn)練計劃進(jìn)行改變，起到運動安全科學(xué)防范的效果。
異常數(shù)據(jù)預(yù)警機制
2.完善學(xué)生運動數(shù)據(jù)庫
運動數(shù)據(jù)庫的缺失導(dǎo)致無法全面了解學(xué)生運動體質(zhì)以及是否缺乏鍛煉亦或是鍛煉后是否有增強體質(zhì)是校園足球普遍存在的弊端問題。完善學(xué)生運動數(shù)據(jù)庫，彌補學(xué)生成長數(shù)據(jù)的缺失，填充安全監(jiān)控盲區(qū)是智慧校園足球運動的重大舉措。
學(xué)生運動成長分析
3.提升課程學(xué)習(xí)興趣
如何讓校園足球課程變得更有趣，讓學(xué)生愛上足球課是學(xué)校體育教育改革的迫切需求，本方案旨在通過引進(jìn)智能化數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)備將學(xué)生運動信息數(shù)字化，進(jìn)行多維度綜合評定并以圖表、數(shù)字、排名等多種手段進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。有效的輔助教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生短板，引導(dǎo)教師因材施教、個性化教學(xué)，促使學(xué)生了解自身體質(zhì)健康、排名、優(yōu)點等有效信息，提升學(xué)習(xí)興趣愛好，積極融入運動團體。
4.強化師資運用數(shù)據(jù)科學(xué)訓(xùn)練
系統(tǒng)可長期追蹤運動員的訓(xùn)練、比賽數(shù)據(jù)，運用可視化數(shù)據(jù)圖表，呈現(xiàn)運動員長期表現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化，多維度體現(xiàn)運動員綜合能力，并進(jìn)行運動員間的水平對比、排名分析等。這套體系將解決教師在訓(xùn)練過程中更多依靠主觀因素判斷的問題，輔助教師提供更加科學(xué)更具針對性的訓(xùn)練內(nèi)容。
通過運動數(shù)據(jù)穿戴設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，結(jié)合運動員的實際表現(xiàn)，強化師資數(shù)據(jù)理解及分析能力，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)更具備針對性的問題，并提供有效的科學(xué)訓(xùn)練方法，全面發(fā)現(xiàn)問題+針對性解決問題能夠有效提升教師運用數(shù)據(jù)進(jìn)行更科學(xué)的訓(xùn)練。
結(jié)合數(shù)據(jù)現(xiàn)場指導(dǎo)
5.完善后備人才選拔機制
選拔缺乏科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x材機制一直是制約中國校園足球發(fā)展的瓶頸。
校園足球數(shù)字化訓(xùn)練方案的的功能之一就是提供豐富詳實的數(shù)據(jù)記錄和分析，從而建立科學(xué)完善的人才數(shù)據(jù)庫。
建立校園足球數(shù)字化訓(xùn)練數(shù)據(jù)體系，匯集包括球隊數(shù)據(jù)庫、球員數(shù)據(jù)庫、身體機能數(shù)據(jù)庫、運動數(shù)據(jù)庫、比賽數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；建立后備人才苗子庫，通過運動員表現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合對比，提供人才選拔的科學(xué)依據(jù)。
儀器評議遴選方案（省級）
6.輔助提升專項技能水平
運用科學(xué)的方法探索足球運動客觀規(guī)律，并運用這些規(guī)律輔助教練員指導(dǎo)足球訓(xùn)練才能不斷提高技術(shù)水平。智能運動數(shù)據(jù)采集設(shè)備能實時呈現(xiàn)運動員大量體征及技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，通過專業(yè)算法，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，將技、戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)由傳統(tǒng)的“抽象”變?yōu)椤熬唧w”可視化，輔助教練員發(fā)現(xiàn)“短板”因材施教，最終達(dá)到提高訓(xùn)練效率的作用，為提升校園足球競技水平打下堅實的基礎(chǔ)。
具體可視化“短板”問題
系統(tǒng)運行原理
該套智能硬件包含系統(tǒng)套裝箱、智能足球、數(shù)字工作站、球員追蹤器；運動表現(xiàn)管理軟件包含數(shù)據(jù)管理（Pad 端）、球隊管理（PC 端） 。
系統(tǒng)通過數(shù)字工作站，利用 UWB 定位技術(shù)，對球員佩戴的追蹤器以及智能足球可實現(xiàn)實時的精確定位，數(shù)字工作站將讀取到的球員身體數(shù)據(jù)、跑動數(shù)據(jù)以及人球關(guān)系數(shù)據(jù)，通過詳細(xì)的算法分析，從而展現(xiàn)出各項運動數(shù)據(jù)。
1.核心硬件
智能足球：
智能足球采用世界頂尖制球工藝，符合 FIFA 標(biāo)準(zhǔn)的 4 號、5 號球，并內(nèi)置業(yè)界領(lǐng)先定位技術(shù)芯片及無線充電模塊，實時采集球體運動軌跡等數(shù)據(jù)。
智能足球不僅能夠記錄比賽過程中的全運動軌跡，同時利用規(guī)則算法，可記錄“人-球”相關(guān)的數(shù)十項運動數(shù)據(jù)。
智能足球采用無線充電技術(shù)，每次充電完成可使用 4-5 個小時，充電時間為1-1.5 小時。
智能足球已申請了 22 項相關(guān)國內(nèi)外專利，是本系統(tǒng)的核心硬件之一。
工作站（主副）：
工作站（主副）內(nèi)含微型服務(wù)器及球場數(shù)據(jù)接收器，載入專業(yè)的運動軌跡演算程序，用于接收和處理球場相關(guān)數(shù)據(jù)。
工作站將布置于球場四角，組成局域工作網(wǎng)絡(luò)，實時采集智能足球和球員追蹤器運動數(shù)據(jù)，采集頻次可達(dá)到 20 次/秒，精準(zhǔn)記錄運動員及足球的數(shù)據(jù)變化。完整充電情況下的主工作站將可連續(xù)工作 6-8 個小時，副工作站可連續(xù)工作 10-12 個小時。
工作站具有防水、防曬和一定的防摔碰能力，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。
球員追蹤器：
球員追蹤器內(nèi)置厘米級運動軌跡采集技術(shù)芯片，可高頻率實時采集球員的運動軌跡、體征數(shù)據(jù)與比賽數(shù)據(jù)。
球員追蹤器尺寸約為 3*5*1.5cm，可通過臂帶式或運動背心的方式進(jìn)行佩戴，基本不影響運動員技戰(zhàn)術(shù)動作。球員追蹤器每次充電可連續(xù)使用 9 個小時以上。
移動終端（iPad）：
移動終端是運動數(shù)據(jù)采集和分析的實時操作終端，目前支持 iPad，主要功能包括實時操作訓(xùn)練及比賽的運動數(shù)據(jù)、實時運動軌跡查看、實時運動數(shù)據(jù)和統(tǒng)計查看以及系統(tǒng)相關(guān)管理功能等。
移動終端支持本地和云端存儲兩種方式，訓(xùn)練和比賽結(jié)束后可立刻上傳運動，便于其他終端賬戶進(jìn)行查看。
移動終端（ipad）部分界面
2.數(shù)據(jù)體系
通過以上章節(jié)介紹的數(shù)據(jù)處理邏輯，INSAIT K1 構(gòu)建了一個三維立體的大數(shù)據(jù)體系。
這三個維度分別是：
對象維度，即球隊與球員
內(nèi)容維度，即內(nèi)部負(fù)荷、外部負(fù)荷以及技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)
場景維度，即訓(xùn)練、比賽以及趨勢分析
球隊數(shù)據(jù)體系
球員數(shù)據(jù)體系
