Whitepaper: Validierungsvektor T7
Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Forschungsgruppe für Sport, Leistung und Ernährung, School of Allied Health, Human Services & Sport, La Trobe University, Melbourne, VIC, Australien.
1. EINLEITUNG
Athleten-Tracking-Systeme sind zu einem unverzichtbaren Hilfsmittel im Sport geworden. Diese Systeme ermöglichen es Praktikern, die Bewegungen von Sportlern zu quantifizieren und zu analysieren, um Trainingsbelastung, körperliche Leistung, taktisches Verhalten und Verletzungsrisiko besser zu verstehen.1
Obwohl viele Ortungssysteme verfügbar sind, weisen die meisten bei der Verwendung in Innenräumen Einschränkungen auf. Das lokale Positionierungssystem ClearSky (LPS) ist eine Technologie, die die Verfolgung und Messung der Leistung von Sportlern in Innenräumen ermöglicht. Konkret gibt das System die Position und daraus abgeleitete Messwerte wie Distanz, Geschwindigkeit und Beschleunigung aus.
Der Vektor T7 ist ein neues tragbares Gerät, das mit dem ClearSky-System verwendet wird. Der Vector T7 ähnelt früheren Geräten, die mit ClearSky verwendet wurden (Vector S7 und Catapult T6), mit einer Abtastfrequenz von 10 Hz.
Allerdings ist die Vektor T7 verwendet ein Time Difference of Arrival (TDOA)-Protokoll, um die Position abzuleiten, während die vorherigen Geräte ein Two Way Ranging (TWR)-Protokoll verwenden. Der Vorteil des TDOA-Protokolls besteht darin, dass es im Vergleich zum TWR-Protokoll einen wesentlich geringeren Stromverbrauch des Geräts erfordert und gleichzeitig die Genauigkeit der Positionsdaten beibehält.
Durch diese Leistungsreduzierung kann die Größe des Geräts reduziert werden. Die kleinere Gerätegröße ermöglicht die Vektor T7 Kann an verschiedenen Stellen des Sportlers getragen werden, einschließlich der herkömmlichen Platzierung zwischen den Schulterblättern oder an der Taille.
Athleten-Tracking-Systeme erfordern eine Validierung ihrer Fähigkeit, die Bewegungen von Athleten zu messen, damit die Praktiker Vertrauen in die Daten haben und Entscheidungen über Trainings- und Spielpraktiken treffen können. Wie bei allen Technologien werden die Hersteller im Laufe der Zeit aktualisierte Modelle herausbringen, wenn Verbesserungen sowohl an der Gerätehardware als auch an den zugrunde liegenden Algorithmen vorgenommen werden.
Jedes neue Modell erfordert eine Validierung, um die Fähigkeit des neuen Geräts zu bestimmen, das zu messen, was gemessen werden soll (z. B. Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung).1 Dies erfolgt typischerweise durch den Vergleich der Daten vom Gerät mit einem Kriterium. Das Vicon-System ist ein Motion-Capture-Kamerasystem, das als Goldstandard für die Positionsmessung gilt. Es ist üblich, dass Vicon als Kriterium bei der Validierung der Athleten-Tracking-Technologie verwendet wird.2, 3
Studien haben die Gültigkeit von Catapult T6-Geräten zur Messung von Distanz, Geschwindigkeit und Beschleunigung bei mannschaftssportspezifischen Aufgaben, einschließlich linearer Maximalanstrengungen und Richtungswechselbewegungen, bewertet.4,5,6
Diese Studien verwendeten ein Motion-Capture-Kamerasystem (entweder Vicon oder Qualisys Oqus) als Kriterium, wobei alle Studien zu dem Schluss kamen, dass das Katapult T6 Die Geräte hatten eine akzeptable Aussagekraft für die Beurteilung der Bewegung von Sportlern. Da der Vector T7 erst vor kurzem entwickelt wurde, ist eine Validierung dieses Geräts erforderlich.
Ziel dieser Studie war es daher, die Gültigkeit des Neuen zu bewerten Vektor T7 Geräte zur Messung von Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
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2. METHODEN
An dieser Studie nahmen sechs freizeitaktive männliche Teilnehmer (28,8 ± 5,6 Jahre alt) teil. Alle Teilnehmer gaben ihr schriftliches Einverständnis für ihre Teilnahme an der Studie und die verwendeten Verfahren wurden mit Genehmigung des Human Research Ethics Committee der La Trobe University durchgeführt.
Die Datenerhebung erfolgte in einer 40 x 70 m großen Sporthalle, die aus drei Basketballplätzen bestand. Auf einem der Basketballplätze führten die Teilnehmer sieben verschiedene Bewegungsversuche auf einer 20 x 5 m großen Fläche durch. Während der Versuche wurden Spielerbewegungsdaten über ein LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Australien) und ein Bewegungsanalysesystem mit 20 Kameras (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, UK) gesammelt.
Eine Beschreibung und ein Schema jedes Versuchs finden Sie in Tabelle 1 und Abbildung 1. Die Teilnehmer wurden gebeten, alle Versuche mit maximaler Intensität durchzuführen und am Ende des Versuchs vollständig zum Stillstand zu kommen (Verzögerung). Vor Beginn des Versuchs führten die Teilnehmer ein 5-minütiges Aufwärmtraining durch. Jeder Bewegungsversuch wurde zweimal durchgeführt, insgesamt 14 Versuche, wobei jeder Versuch etwa 3 Minuten voneinander entfernt war.
Die Teilnehmer wurden mit vier ausgestattet Vektor T7 Geräte an vier verschiedenen Standorten positioniert. Ein Gerät wurde mithilfe der vom Hersteller bereitgestellten Weste zwischen den Schulterblättern des Teilnehmers positioniert.
Die restlichen drei Geräte wurden um die Taille des Teilnehmers herum positioniert, und zwar vorne (Querschnitt der Mitte zwischen den beiden vorderen oberen Beckenstacheln), auf der linken Seite (Querschnitt der Mitte zwischen den vorderen und hinteren oberen Beckenstacheln) und hinten ( (Querschnitt der Mitte zwischen den beiden hinteren oberen Beckenstacheln) in einem vom Hersteller gelieferten, maßgeschneiderten Hosenbundclip, der an den Shorts der Teilnehmer befestigt wird.
Separat zu den Bewegungsversuchen wurde ein statischer Versuch durchgeführt, um die zu beurteilen Vektor T7 Geräte auf die Stabilität ihrer Positionierung mithilfe eines festen Platzierungsprotokolls. Drei Geräte wurden jeweils auf einem Stativ (1,5 m Höhe) platziert und 10 Minuten lang Daten sammeln gelassen. Von den Geräten wurden zwei in der Mitte des mittleren Spielfelds und eines am breiten Rand des Spielfelds platziert.
Der ClearSky LPS wurde rund um die Sporthalle installiert und bestand aus 21 Ankerknoten, die in einer durchschnittlichen Höhe von 8,4 m über dem Boden befestigt waren und einen durchschnittlichen Abstand von 10,4 m zwischen den einzelnen Knoten hatten. Die Daten wurden mit 10 Hz erfasst und mit der Herstellersoftware (OpenField Version 3.9.0) verarbeitet. Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, xy-Positions- und Kilometerzählerdaten (kumulative Distanz) wurden für jeden Versuch zur weiteren Analyse exportiert.
Als Kriterium für Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung wurde das 20-Kamera-Bewegungsanalysesystem (Vicon) mit einer Abtastrate von 100 Hz verwendet. Die Kameras wurden auf Stativen montiert und 3 m vom Umfang des Bereichs entfernt platziert, in dem die Bewegungsversuche durchgeführt wurden. Vier retroreflektierende Markierungen mit einem Durchmesser von 32 mm wurden auf der Außenseite der vom Hersteller gelieferten Weste und jedem Hosenbundclip, der die Vector T7-Geräte enthielt, in der Mitte jedes Geräts angebracht.
Vicon-Daten wurden mit Vicon Nexus 2.14 gekennzeichnet und verarbeitet. Die Datenverarbeitung der Vicon-Rohdaten bestand aus der Filterung mit einem Butterworth-Tiefpassfilter vierter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 3 Hz, die auf der Grundlage einer Restanalyse ermittelt wurde. Lücken in den Daten ≤50 ms (5 Proben) wurden mithilfe der Spline-Interpolation gefüllt, Lücken ≥50 ms wurden von der Analyse ausgeschlossen. Für die Analyse wurden die XY-Koordinaten der gefilterten 100-Hz-Vicon-Daten verwendet, die Z-Koordinaten (vertikale Verschiebung) wurden in den Berechnungen vernachlässigt, da ClearSky für die zweidimensionale (2D) Positionierung konfiguriert war.
Für jeden der vier Vicon-Marker in jedem Bewegungsversuch (n=320) wurde die 2D-Geschwindigkeit durch Differenzieren der Positionsdaten und Anwenden des gleichen Filters, der in der Herstellersoftware verwendet wurde, auf die LPS-Daten berechnet. Diese Informationen wurden den Forschern vom Hersteller zur Verfügung gestellt; Aufgrund des geistigen Eigentums des Herstellers werden hier jedoch keine Einzelheiten aufgeführt. Ebenso wurde die Beschleunigung durch Differenzierung der Geschwindigkeitsdaten und Filterung anhand der Herstellerangaben berechnet.
Die von Vicon abgeleiteten Metriken wurden auf 10 Hz heruntergesampelt und dann durch Kreuzkorrelation der Geschwindigkeitssignale mit den Catapult-Daten synchronisiert, um den Zeitversatz zu finden, der die Korrelation maximierte. Die gesamte Datenverarbeitung und -analyse wurde mit der statistischen Programmiersprache R (Version 4.0.4) durchgeführt.7 und das gsignal-Paket8.
Tabelle 1. Beschreibung der Bewegungsversuche
| Testversion # | Beschreibung |
| 1 | 5 m Linearsprint |
| 2 | 10 m Linearsprint |
| 3 | 20 m Linearsprint |
| 4 | 5 m linearer Sprint in 45-Grad-Richtungsänderung in 5 m linearer Sprint |
| 5 | 5 m linearer Sprint in 90-Grad-Richtungsänderung in 5 m linearer Sprint |
| 6 | 5 m linearer Sprint in 180-Grad-Richtungsänderung in 5 m linearer Sprint |
| 7 | Eine Strecke, die eine Kombination aus linearen Sprints und Richtungswechseln beinhaltet |
Abbildung 1. A) Schematische Darstellung der sieben verschiedenen Bewegungsversuche. B) Einrichtung während der Datenerfassung, alle Versuche begannen am Startreferenzpunkt (weißer Kreis), Vicon-Kameras (schwarzes Trapez) und ClearSky-Ankerknoten (weiße Dreiecke). Hinweis: Die gesamte Sporthalle (40 x 70 m ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht vollständig dargestellt).
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3. STATISTISCHE ANALYSE
Bewegungsversuche
Die folgenden Metriken wurden für jeden Versuch zum Vergleich berechnet Vektor T7 und von Vicon abgeleitete Daten; Wurzelmittelstandarddifferenz (RMSD) für Geschwindigkeit und Beschleunigung und mittlere absolute Differenz (MAD) für den Positionsabstand von Probe zu Probe. Vicon-Studien, bei denen mehr als 10% Daten fehlten, wurden von den Analysen ausgeschlossen (n = 12), da durch den Filteransatz Randeffekte eingeführt wurden, bei denen Lücken in den Daten vorhanden waren. Die Ergebnisse werden als Mittelwert, Median und Interquartilbereiche (IQR) für jede Metrik über alle Versuche hinweg dargestellt und nach Gerätestandort und Bewegungstyp geschichtet.
Statische Versuche
Für statische Geräteversuche wurden der Positionsabstand und die Verschiebung von Probe zu Probe berechnet. Die Ergebnisse werden als Mittelwert, Median, IQR und kumulative Summe für die Distanz und die Verschiebung von der ersten bis zur letzten Probe im 10-minütigen Versuch dargestellt. Der vom Hersteller angegebene „Kilometerzähler“ wurde in die Ergebnisse für jedes Gerät als Bezugspunkt für die berechnete zurückgelegte Strecke einbezogen.
4. ERGEBNISSE
Bewegungsversuche
Die Unterschiede zwischen der von ClearSky LPS und der von Vicon abgeleiteten Geschwindigkeit sind in dargestellt Tabelle 2 und Abbildung 2. Von den vier getesteten Gerätepositionen hatte das in der Weste getragene Gerät den kleinsten mittleren und mittleren RMSD und das Gerät, das vorne an der Taille getragen wurde, den höchsten.
Diese Beobachtung wurde für den RMSD in Beschleunigung wiederholt (Tabelle 3 und Abbildung 2). Die linearen Bewegungsversuche zeigten die größte Übereinstimmung zwischen den Methoden hinsichtlich der Geschwindigkeit. Die 1800 Der Richtungswechsel-Bewegungsversuch ergab die höchsten RMSD-Werte für die Beschleunigung.
Tabelle 2. RMSD-Geschwindigkeit (m·s-1) zwischen Catapult-Geräten und dem Vicon-Bewegungsanalysesystem.
| N | Bedeuten | Median | IQR | ||
| Alle | 308 | 0.19 | 0.14 | 0.11 – 0.21 | |
| Gerätestandort | Weste | 79 | 0.14 | 0.12 | 0.09 – 0.15 |
| Zurück | 77 | 0.20 | 0.15 | 0.12 – 0.22 | |
| Vorderseite | 76 | 0.24 | 0.17 | 0.14 – 0.27 | |
| Linke Seite | 76 | 0.18 | 0.13 | 0.11 – 0.18 | |
| Art der Bewegung | Linear | 140 | 0.17 | 0.12 | 0.09 – 0.18 |
| Nachnahme 45 | 44 | 0.27 | 0.22 | 0.14 – 0.32 | |
| Nachnahme 90 | 43 | 0.18 | 0.15 | 0.11 – 0.20 | |
| Nachnahme 180 | 48 | 0.18 | 0.14 | 0.13 – 0.17 | |
| Schaltkreis | 33 | 0.22 | 0.18 | 0.17 – 0.24 |
Tisch 3. RMSD-Beschleunigung (m·s-2) zwischen Catapult-Geräten und dem Vicon-Bewegungsanalysesystem.
| N | Bedeuten | Median | IQR | ||
| Alle | 308 | 0.79 | 0.76 | 0.64 – 0.91 | |
| Gerätestandort | Weste | 79 | 0.75 | 0.74 | 0.62 – 0.81 |
| Zurück | 77 | 0.77 | 0.76 | 0.60 – 0.91 | |
| Vorderseite | 76 | 0.85 | 0.83 | 0.66 – 0.97 | |
| Linke Seite | 76 | 0.79 | 0.79 | 0.65 – 0.88 | |
| Art der Bewegung | Linear | 140 | 0.69 | 0.73 | 0.60 – 0.81 |
| Nachnahme 45 | 44 | 0.67 | 0.67 | 0.48 – 0.87 | |
| Nachnahme 90 | 43 | 0.75 | 0.74 | 0.66 – 0.85 | |
| Nachnahme 180 | 48 | 1.24 | 1.25 | 1.16 – 1.32 | |
| Schaltkreis | 33 | 0.77 | 0.80 | 0.73 – 0.86 |
Figur 2. RMSD-Geschwindigkeits- (erste Zeile) und Beschleunigungsergebnisse (zweite Zeile) für jeden Versuch, geschichtet nach Gerätestandort (erste Spalte) und Bewegungstyp (zweite Spalte).
Tabelle 4 zeigt den MAD im Abstand von Probe zu Probe, abgeleitet aus Vector T7- und Vicon-Positionsverfolgungsdaten. Über alle Versuche hinweg betrug der mittlere Unterschied 0,39 m, die Unterschiede waren bei dem Gerät, das vorne an der Taille getragen wurde, und beim Zirkelbewegungsversuch größer.
Tabelle 4. MAD in Probe-zu-Probe-Abstand (m) zwischen Catapult-Geräten und Vicon-Bewegungsanalysesystem.
| N | Bedeuten | Median | IQR | ||
| Alle | 308 | 0.04 | 0.03 | 0.02 – 0.05 | |
| Gerätestandort | Weste | 79 | 0.03 | 0.03 | 0.02 – 0.04 |
| Zurück | 77 | 0.04 | 0.03 | 0.02 – 0.04 | |
| Vorderseite | 76 | 0.05 | 0.04 | 0.03 – 0.06 | |
| Linke Seite | 76 | 0.04 | 0.03 | 0.03 – 0.04 | |
| Art der Bewegung | Linear | 140 | 0.03 | 0.03 | 0.02 – 0.04 |
| Nachnahme 45 | 44 | 0.04 | 0.04 | 0.03 – 0.05 | |
| Nachnahme 90 | 43 | 0.04 | 0.03 | 0.03 – 0.04 | |
| Nachnahme 180 | 48 | 0.04 | 0.03 | 0.03 – 0.04 | |
| Schaltkreis | 33 | 0.07 | 0.06 | 0.05 – 0.09 |
Statische Versuche
Der Median und der IQR-Abstand von Probe zu Probe für alle stationären Geräte betrugen Null (Tabelle 5), was darauf hinweist, dass die Geräte in den meisten Zeitschritten ihre x- oder y-Koordinaten nicht geändert haben.
Allerdings zeichneten die Geräte einige Positionsänderungen auf, sodass der mittlere Abstand zwischen den Proben etwa 1–2 mm betrug. Über 10 Minuten hinweg gab es keine starke Richtungsabweichung und die endgültige Position der Geräte lag sehr nahe an ihren ursprünglichen Positionen (endgültige Verschiebung in der Größenordnung von einigen Zentimetern).
Die proprietäre Datenverarbeitung und -filterung, die in die Berechnung der kumulativen Entfernung durch den Hersteller (die „Odometer“-Variable) einbezogen wurde, konnte die kleinen Positionsänderungen korrigieren und ergab Gesamtentfernungen von weniger als 0,02 m.
Tabelle 5. Ergebnisse statischer Versuche (drei Geräte blieben 10 Minuten lang stationär).
| Abgeleitet aus x- und y-Positionen | |||||
| Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Proben (m) | Verschiebung bei Endprobe (m) | Kilometerzähler bei Endprobe (m) | |||
| Gerät | Bedeuten | Median | IQR | ||
| Alle | 0.001898 | 0 | 0 – 0 | ||
| 1 | 0.001644 | 0 | 0 – 0 | (-0.02, -0.05) | 0.02 |
| 2 | 0.001548 | 0 | 0 – 0 | (-0.03, -0.06) | 0.00 |
| 3 | 0.002502 | 0 | 0 – 0 | (-0.06, -0.05) | 0.01 |
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5. ZUSAMMENFASSUNG
- Vektor T7 Die Geräte hatten einen niedrigen RMSD für Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessungen und einen niedrigen MAD für Distanzmessungen bei Bewegungsversuchen mit hohen Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Richtungswechselraten.
- Vektor T7 Die Geräte zeigten bei allen Bewegungsversuchen einen ähnlich niedrigen RMSD für Beschleunigungsmessungen, mit Ausnahme einer 180-Grad-Richtungsänderung, bei der der RMSD etwas höher war. Dies ist wahrscheinlich auf die Bewegungen in diesem Versuch zurückzuführen, die höhere Beschleunigungs-/Verzögerungsraten mit sich bringen, und deutet darauf hin, dass der Fehler mit zunehmender Geschwindigkeitsänderungsrate zunimmt. Dieser Fehler kann jedoch immer noch als gering angesehen werden (mittlerer RMSD von 1,24).
- Die Platzierung der Weste ergab den geringsten Fehler bei der Messung von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Distanz, während die Platzierung des Geräts vorne an der Taille den höchsten Fehler verursachte. Unabhängig von der Geräteplatzierung führten alle Standorte bei allen Messungen zu einem geringen Fehler mit einem RMSD von ≤ 0,85.
- Die Positionsstabilität der Vector T7-Geräte im stationären Zustand war mit einem durchschnittlichen Abstand zwischen den Proben von ca. 1–2 mm hoch.
- Der geringe Fehler deutet darauf hin, dass das Vector T7-Gerät in Verbindung mit ClearSky ein gültiges Maß für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Distanz bei mannschaftssportspezifischen Aufgaben liefert, einschließlich linearer Maximalanstrengungen und Richtungswechselbewegungen.
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6. VERWEISE
- Malone, JJ, Lovell, R., Varley, MC, & Coutts, AJ (2017). Auspacken der Black Box: Anwendungen und Überlegungen zur Verwendung von GPS-Geräten im Sport. Internationale Zeitschrift für Sportphysiologie und Leistung, 12(s2), S2-18.
- Linke, D., Link, D. & Lames, M. (2018). Validierung elektronischer Leistungs- und Trackingsysteme EPTS unter Feldbedingungen. Plus eins, 13(7), e0199519.
- Linke, D., Link, D. & Lames, M. (2020). Fußballspezifische Gültigkeit der optischen Video-Tracking-Systeme von TRACAB. Plus eins, 15(3), e0230179.
- Luteberget, LS, Spencer, M. & Gilgien, M. (2018). Gültigkeit des lokalen Positionierungssystems Catapult ClearSky T6 für mannschaftssportspezifische Übungen unter Hallenbedingungen. Grenzen der Physiologie, 9, 115.
- Serpiello, FR, Hopkins, WG, Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, GM, Aughey, RJ, & Ball, K. (2018). Gültigkeit eines ultrabreitbandigen lokalen Positionierungssystems zur Messung der Fortbewegung im Indoor-Sport. Zeitschrift für Sportwissenschaften, 36(15), 1727-1733.
- Hodder, RW, Ball, KA, & Serpiello, FR (2020). Kriteriumsgültigkeit des lokalen Positionierungssystems Catapult ClearSky T6 zur Messung der Entfernung zwischen Einheiten. Sensoren, 20(13), 3693.
- R-Kernteam (2021). R: Eine Sprache und Umgebung für statistische Berechnungen. R Foundation for Statistical Computing, Wien, Österreich. URL https://www.R-project.org/
- Van Boxtel, GJM, Laboissière, R. & Wilhelm, HD (2021). gsignal: Signalverarbeitung. URL: https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal
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