五人制足球射門點(diǎn)的熱圖分析

王偉明，龍婷，夏青

五人制足球射門點(diǎn)的熱圖分析

王偉明，龍婷，夏青

采用熱圖分析方法對2004年、2008年和2012年五人制足球世界杯60支球隊(duì)的射門得分點(diǎn)進(jìn)行描述。結(jié)果表明五人制足球得分點(diǎn)分布呈層級遞減的扇形分布，大部分的進(jìn)球分布在夾角60°內(nèi)，熱圖分析能夠非常直觀呈現(xiàn)出球隊(duì)進(jìn)攻點(diǎn)的分布情況，可以作為五人制足球的統(tǒng)計(jì)分析方法。

五人制足球；世界杯；進(jìn)球；熱圖

熱圖是對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布情況進(jìn)行分析的直觀可視化方法，可以用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和差異數(shù)據(jù)的具像化展示。最早在體育中應(yīng)用熱圖的是籃球，作為同場競技對抗的室內(nèi)五人制足球運(yùn)動，場地小，射門次數(shù)多，得分多，也應(yīng)該能夠通過熱圖分析的方式來描述射門情況。國際足聯(lián)五人制足球世界杯（以下簡稱“五人制世界杯”）從2004年開始，對每支球隊(duì)得失分情況用圖示化的方式進(jìn)行標(biāo)注和描述，本文試圖將熱圖分析方法引入五人制足球比賽描述，結(jié)合數(shù)據(jù)以直觀化的方式呈現(xiàn)射門得分的規(guī)律。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

2004-2012年參加五人制足球世界杯球隊(duì)得失分點(diǎn)描述圖60張。

1.2 研究方法

熱圖分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 圖片處理過程與編程實(shí)現(xiàn)

采用MATLAB對歷界五人制足球得失分點(diǎn)進(jìn)行熱圖描述。具體過程與程序?qū)崿F(xiàn)按下列步驟進(jìn)行。

第1步：根據(jù)原始圖片，將球場分割成了2 737*1 800（分辨率）個(gè)格子；

第2步：通過imread函數(shù)讀取圖片，并形成灰度矩陣；

第3步：設(shè)置條件，將灰度值大于120的背景去掉，形成只有射門點(diǎn)的矩陣；

第4步：將得失分點(diǎn)的圓心坐標(biāo)、半徑標(biāo)準(zhǔn)化（通過控制參數(shù)的二維高斯分布實(shí)現(xiàn)，越靠近球心顏色越亮）；

第5步：最后，把所需的不同球隊(duì)或年份所形成的灰度矩陣進(jìn)行疊加，得出各點(diǎn)的熱值，用imagesc畫出熱圖，再設(shè)置透明度，與標(biāo)準(zhǔn)球場畫在一起將每張?zhí)幚砗蟮膱D片進(jìn)行疊加，得出各點(diǎn)熱值，繪制出最終熱圖。

圖1（a）所示是2012年巴西隊(duì)的得失分點(diǎn)原始圖，其中上半?yún)^(qū)白點(diǎn)為射中得分的分布點(diǎn)，下半?yún)^(qū)黑點(diǎn)為該隊(duì)失分情況。經(jīng)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，我們將巴西隊(duì)2004年至2012年連續(xù)3屆比賽射門得失分圖進(jìn)行了匯總處理后形成了圖1（b），上半?yún)^(qū)球場顏色越亮的地方表示進(jìn)球數(shù)越多，在下半場區(qū)球場顏色越亮的地方表示失分的點(diǎn)分布越多。

2.2 得分點(diǎn)的熱圖描述與分析

將2004年到2012年所有比賽球隊(duì)的射門得失分點(diǎn)原始圖匯總處理作出射門得分圖2，從圖中可以看出射門得分點(diǎn)從半場向球門方向的顏色漸亮，面向球門。如圖2（b）所示，我們根據(jù)圖形亮度標(biāo)識出了兩個(gè)扇面，扇面頂點(diǎn)剛好是球場上的兩個(gè)罰球點(diǎn)，即距離球門10m的第二罰球點(diǎn)和距離球門6m的罰球點(diǎn)。圖中Ⅰ區(qū)為高亮顯示，這兩個(gè)區(qū)域集中了大部分的進(jìn)球，其次是Ⅱ區(qū)，較低亮區(qū)，在扇形區(qū)域外的顏色更為深些，也有部分進(jìn)球，命名為Ⅲ區(qū)，整體分布是以球門為中心，呈層級遞減的扇形分布，大部分的進(jìn)球分布在夾角60°內(nèi)。

圖1 巴西隊(duì)得失分點(diǎn)及制作的熱圖

圖2 2004-2012年所有球隊(duì)射門點(diǎn)熱圖

表1顯示的是這3屆五人制足球世界杯按距離球門的距離統(tǒng)計(jì)的進(jìn)球情況，在Ⅰ區(qū)共打入了480個(gè)進(jìn)球（含罰球點(diǎn)的點(diǎn)球）占總進(jìn)球數(shù)的49.3%，Ⅱ區(qū)打入的進(jìn)球有409個(gè)，占42.0%，在第二罰球點(diǎn)以內(nèi)的進(jìn)球占到91.3%。其他在Ⅲ區(qū)的可視為遠(yuǎn)距離射門。從2004年至2012年這3屆比賽情況看，遠(yuǎn)射進(jìn)球數(shù)是呈上升趨勢，表明世界各隊(duì)遠(yuǎn)射破門的能力提高迅速，已經(jīng)成為一種重要的得分手段，在2012年五人制足球世界杯上，進(jìn)球數(shù)占到10.0%。更能體現(xiàn)這種變化的是2012年五人制足球世界杯，遠(yuǎn)射進(jìn)球數(shù)占總數(shù)的10.0%，前4名決賽階段，在Ⅰ區(qū)僅打入了4個(gè)進(jìn)球，而在Ⅱ區(qū)打入了10個(gè)，Ⅲ區(qū)打入3個(gè)，這表明比賽球隊(duì)實(shí)力相近情況下，對于Ⅰ區(qū)的防守更為嚴(yán)密，主要破門機(jī)會反而在Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，更為考驗(yàn)球隊(duì)的韌性和破防進(jìn)攻能力。

表1 五人制足球世界杯進(jìn)球距離統(tǒng)計(jì)表

圖3顯示的分別是2004年、2008年和2012年五人制足球世界杯進(jìn)球點(diǎn)的分布熱圖，從這3屆比賽的射門點(diǎn)熱圖可以看到一些分布上細(xì)微的差異，但總的角度、分布在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的進(jìn)球點(diǎn)還是相似。

圖3 2004、2008和2012年射門點(diǎn)熱圖

2.3 世界前4名強(qiáng)隊(duì)的熱圖

根據(jù)國際足聯(lián)的五人制足球世界排名，位于前四強(qiáng)的球隊(duì)分別是巴西、西班牙、意大利和阿根廷，這幾支球隊(duì)也多次打入五人制足球世界杯的決賽。巴西隊(duì)以獲得5次冠軍而毫無爭議的排名第1，西班牙隊(duì)5次進(jìn)入決賽，2次獲得冠軍，4次亞軍排在第2位，這兩支球隊(duì)無疑處于世界頂尖水平，表現(xiàn)出夢幻般的五人制足球魅力，除了意大利和阿根廷之外，伊朗、俄羅斯、葡萄牙和烏克蘭緊隨其后，塞爾維亞和日本表現(xiàn)出良好的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)水平的改善，非常接近第二集團(tuán)球隊(duì)，競爭日趨激烈。

這4支球隊(duì)在世界上得失球的表現(xiàn)如表2所示，這些球隊(duì)總體來看，表現(xiàn)出了強(qiáng)大的攻防能力，在整個(gè)比賽中保證失球更少的情況下打入更多的進(jìn)球，得失分比平均達(dá)到2.49：1，每失1個(gè)球情況下，會有2.49個(gè)球打進(jìn)。巴西隊(duì)體現(xiàn)了最為強(qiáng)大的防守和進(jìn)攻實(shí)力，在每失1個(gè)球情況下，會打入4.23個(gè)球，比賽中擁有絕對的優(yōu)勢。西班牙超出平均得失分比的數(shù)據(jù)保證了它能有機(jī)會挑戰(zhàn)巴西，而位于第二集團(tuán)的意大利和阿根廷的得分失比則是在1.5至1.9之間。進(jìn)而對這4支球隊(duì)連續(xù)3屆比賽的進(jìn)球點(diǎn)進(jìn)行熱圖描述，得到如圖1(b)和圖4，通過這4支球隊(duì)的熱圖比較，可以看到世界強(qiáng)隊(duì)進(jìn)攻得分點(diǎn)多，較為分散，近攻、遠(yuǎn)攻能力全面，同時(shí)創(chuàng)造門前的進(jìn)攻得分機(jī)會的能力突出，體現(xiàn)了超強(qiáng)的攻擊力。

表2 國際足聯(lián)五人制足球世界排名前4球隊(duì)得失分情況統(tǒng)計(jì)

圖3 西班牙、意大利、阿根廷射門點(diǎn)熱圖

3 結(jié)論與建議

1）五人制足球得分點(diǎn)分布呈層級遞減的扇形分布，大部分的進(jìn)球分布在夾角60°內(nèi)；2）五人制足球的世界強(qiáng)隊(duì)攻守兼?zhèn)洌蜉^少的情況下，擁有較強(qiáng)的進(jìn)攻破防能力，得失分之比平均為2.49；3）熱圖分析能夠非常直觀呈現(xiàn)出球隊(duì)進(jìn)攻點(diǎn)的分布情況，可以作為五人制足球的統(tǒng)計(jì)分析方法，并還可在此基礎(chǔ)上，對于球場進(jìn)行劃分，配合圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)。

［1］于鋒.足球射門的最佳區(qū)域［J］.北京體育學(xué)院學(xué)報(bào)，1992（1）

［2］高飛.MATLAB圖像處理375例［M］.北京:人民郵電出版社，2015.

［3］FIFA.2004 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

［4］FIFA.2008 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

［5］FIFA.2012 FIFA Futsal World Technical Report and Statistics

［EB］.http://www.fifa.com/search/index.html?q=futsal%20statistics

Thermal Imagine Analysis of Futsal Shooting Point

WANG Weiming，LONG Ting，XIA Qing

Using the thermal imagine analysis method to describe the position of score points among the 2004，2008 and 2012 Futsal World Cup on 60 teams.The results show that the Futsal score point distribution presented as fan-shaped distribution，most of the scores distribution in the 60 degree.Thermal imagine analysis can very intuitive showing distribution of the team attract points which can treat as a statistical analysis method for Futsal.

futsal；World Cup；goal；heat maps

G843

A

1003-983X（2016）12-1083-03

2016-09-27

國家體育總局2013年體育哲學(xué)社會科學(xué)研究項(xiàng)目（1910SS13 071），2015年度湖北省體育社會科學(xué)研究項(xiàng)目(2015B010)

王偉明（1974-），男，湖北武漢人，碩士，副教授，研究方向：體育教學(xué).

三峽大學(xué)體育學(xué)院，湖北宜昌443002

School of Physical Education，Three Gorges University，Yichang Hubei，443002