Aktuelle Forschungsprojekte



Innovative Software zur Kampfanalyse im Taekwondo

Ansprechpartner: Steffen Lang, PD Dr. Daniel Link

Zielstellung dieses von Bundesinstitut für Sportwissenschaft (BISp) geförderten Projektes ist die die Entwicklung und Evaluation von zwei neuen Wettkampfbeobachtungstools für Taekwondo. Im Fokus steht die optimale informationstechnische Unterstützung der deutschen Taekwondoins, insbesondere im Hinblick auf Olympia 2021 und 2024. Mit dem TaekwondoScouter können Kampfdaten parallel zum Wettkampf über eine Touch-Oberfläche erhoben werden. Für nachträgliche Analysen steht ein zweiter Erfassungsmodus mit einer größeren Datentiefe zur Verfügung. Der TaekwondoViewer wird zur Analyse und Präsentation der Kampfdaten verwendet und erlaubt es quantitative Auswertungen zu erstellen sowie Videomaterial für die qualitative Analyse vor zu strukturieren.

Projekt: https://www.bisp-surf.de/Record/PR020200400118


Data Mining Verfahren in der Spielanalyse im Beachvolleyball

Ansprechpartner: PD Dr. Daniel Link, Steffen Lang

Seit der Saison 2012 erfolgen Spielanalysen im deutschen Beach-Volleyball über zwei Softwaretools, die am Lehrstuhl für Trainingswissenschaft und Sportinformatik der TUM entwickelte wurden. Die Software kam bereits bei den Olympiasiegen von London 2012 und Rio de Janeiro 2016 zum Einsatz und spielt auch eine zentrale Rolle bei der Spielvorbereitung der Deutschen Nationalteams für Tokio 2021. In dem aktuellen Projekt, welches vom Bundesinstitut für Sportwissenschaft (BISP) in den Jahren 2019/2020 gefördert wird, werden neue Verfahren zur Identifizierung von typischen Verhaltensmustern von Spielern auf Basis der Spieldatenbank des deutschen Volleyballverbandes implementiert. Hierbei werden insbesondere Methoden des Data Minings und der Künstlichen Intelligenz weiterentwickelt, auf die jeweiligen Problemstellungen adaptiert und in der Leistungsdiagnostik eingesetzt. Die verwendeten Ansätze basieren bspw. auf Warenkorbanalyse sowie Künstlichen Neuronale Netze und nutzen die Daten von mehr als 2000 Spielen der FIVB World Tour. Neben ihrer Anwendung für die Strategieentwicklung leisten die Verfahren potentiell auch einen wichtiger Beitrag zur Aufklärung der Leistungsstruktur im Beachvolleyball. Wesentlicher Aspekt hierbei ist, dass die methodischen Erkenntnisse nicht nur im Hochleitungssport, sondern auch auf die Analyse anderen Daten bspw. aus dem Breitensport und dem Gesundheitsbereich genutzt werden können.

Publikationen in diesem Projekt:

Wenninger, S., Link, D., & Lames, M. (accepted). Performance of machine learning models in application to beach volleyball data. International journal of computer science in sport.

Link, D., & Wenninger, S. (2019). Performance streaks in elite beach volleyball - does failure in one sideout affect attacking in the next? Frontiers in psychology, 10: 919. doi: 10.3389/fpsyg.2019.00919

Wenninger, S., Link, D., & Lames, M. (2019). Data Mining in Elite Beach Volleyball – Detecting Tactical Patterns Using Market Basket Analysis, International journal of computer science in sport, 18(2), 1-19. doi: 10.2478/ijcss-2019-0010

Videobeitrag zum Projekt (Spielanalyse WM Hamburg 2019):

https://www.youtube.com/watch?v=PcOdZCs-PRM


Neue Ansätze zur Analyse zeitkontinuierlicher Positionsdaten im Sport

Ansprechpartner: Steffen Lang, PD Dr. Daniel Link

In diesem Projekt geht es darum neue Ansätze in der Analyse von Positionsdaten im Sportspiel zu entwickeln, zu validieren und im Rahmen der Leistungsdiagnostik (engl. Performance Analysis) einzusetzen. Die große Menge an Daten (Big Data), welche mehr und mehr durch die automatische Erhebung von Positionsdaten zur Verfügung stehen, birgt immenses Wissen, welches bisher noch unzureichend erschlossen wurde. Um dieses Wissen verfügbar zu machen, bedarf es innovativer Verfahren zur Analyse dieser Daten. Im Rahmen dieses Projekts werden verschiedene Ansätze zur Analyse dieser Daten entwickelt, welche mit Hilfe von mathematischen Modellen umgesetzt und mit bestehenden Indikatoren validiert werden. Ziel eines Modells muss es sein, dass die vorhandenen Daten automatisch verarbeitet und ausgewertet werden. Es soll bessere, schnellere und objektive Ergebnisse liefern im Vergleich zu den bisher von Spielanalysten manuell Erhobenen. Die Validierung der so gewonnenen Ergebnisse erfolgt durch den Vergleich mit bestehenden Leistungsindikatoren oder, falls es keine ähnlichen Indikatoren gibt, durch die manuelle Erhebung einer Ground Truth durch Experten (Beobachter-Übereinstimmung). Die so validierten Modelle werden im Anschluss für die Beantwortung von Fragestellungen aus dem Profisport verwendet. Hierbei gewonnene Erkenntnisse können langfristig auch im Amateur- und Breitensportbereich umgesetzt werden. Zur Entwicklung dieser Verfahren liegen im professionellen Sport erhobene Spieldaten vor. Es stehen Daten der Deutschen Fußballliga aus den letzten drei Saisons zur Verfügung. Positionsdaten im professionellen Fußball bestehen aus Ortskoordinaten für alle Spieler auf dem Feld (x,y) und dem Ball (x,y,z) in einer hohen Frequenz (25Hz).

 

Publikationen in diesem Projekt:

Link, Daniel; Lang, Steffen; Seidenschwarz, Philipp (2016): Real Time Quantification of Dangerousity in Football Using Spatiotemporal Tracking Data. In: PloS one 11 (12), e0168768. DOI: 10.1371/journal.pone.0168768.

Link, Daniel; Lang, Steffen (2019): How to find elementary football structures in positional data. In: Angel Ric und Raul Pelaez (Hg.): Football Analytics: Now and Beyond. A deep dive into the current state of advanced data analytics. Barcelona, S. 50–65.


Performance analysis in penalty kick in football

Ansprechpartner: Guilherme Pinheiro (guilherme.pinheiro@tum.de)

The analysis of penalty kick performance in football has played an important role in recent research. The average number of goals scored by both teams is typically low during regulation time in football matches (i.e., 2.5). As a consequence, the scoring opportunity that is provided by a penalty kick can decide the outcome of a match. In addition, during a decisive penalty shoot-out, the importance to the outcome of the match is even more obvious.

Researchers have approached the penalty kick from a variety of perspectives, including the application of mathematical models to predict penalty-kick performance outcomes, influence of different performance strategies, emotional pressure, the effects of an environment scaled to the body dimensions of the players, kinematic analysis for predicting outcomes or questionnaires. However, there is no scientific consensus about which performance indicators to use and which analysis tool to apply.

Therefore, the objective of this project is to (i) design and validation of an observational system applied to the penalty kicks regarding the aspects related to tactics and technique, (ii) distinguish the profile of successful and unsuccessful penalty kicks in elite football and analyze the key characteristics that demarcate penalty kick strategies, and (iii) validate new performance indicators. Through the observational system future evaluations will be possible, in order to identify the relation of age, gender and performance, also a wide comparative evaluation between players of different nationalities. The use of a reliable method may have implications for scientific researchers, performance analysts and coaches who seek to identify penalty takers’ likely strategy.

Guilherme Pinheiro (guilherme.pinheiro@tum.de)

PhD Stud. Sportwissenschaften

Technische Universität München
Fakultät für Sport und Gesundheitswissenchaften
Lehrstuhl für Trainingswissenchaft und Sportinformatik

KAAD - Katholicher Akademischer Ausländer-Dienst
Mitglied der UFMG Soccer Science Center (www.ufmgsoccer.com)


Vereinsinformationssysteme im Profifußball

Ansprechpartner: Thomas Blobel

The aim of this study is the software development of a central club information system (CIS) for football clubs. In top level football (similarly in other sports) clubs there are different isolated sources of information, which are generated by different sub-systems and sub-organisations. There are different sources of information (such as club-management, public relations, team-management, medical, athletics… etc.) and every field has its own systems to generate and store this information (Lames, 1997). A Management information system (MIS), normally originating from economy, is used in this work to model a club information system for football clubs. That would mean that all employees in a club can have access to data that is relevant for them. Because there is only little knowledge about this topic, a research cooperation with two youth academies of a first league football club of the German Bundesliga has been started. At the example of performance analysis and medical data, the information system will be developed. Based on this concept, a prototype will be implemented and observed in a field test. A main target of this work will be the development of deeper analyses across different source systems and cross connections between data of different fields (performance analysis and medical).

Already existing systems:

The difference to already existing club information systems is, that the needs of employees and current scientific insights will be more considered. The User Interface is an important part of the software development, because this is one key factor for users to work with this software (and their data) or not. The development follows the purpose: Usability by Design. Therefore it is important, to have a software model, that allows to make changes in design, analysis and graphs as quick and easy as possible, without complex coding. Main aims of such a software model are: - Longterm and deep analysis - Complex filters - Cross-connections between data of different sources - Quick changes (in UI, graphs and analysis) - Integrating of (complex) scientific insights into football practice At the end of the implementation process there should be an operational software-model as prototype that could be used for further development. It could also be used by researchers to implement complex scientific knowledge into one tool. This would mean a big benefit for both sides (researchers and practician), because research would get a platform to present their (to one special field isolated) insights at a bigger platform and the knowledge becomes more practical.

Focus:

  •  User Interface
    • Individual
    • Appealing
    • Usability by Design
  • Longterm and deep analysis
  • Filter (age groupe, field position…)
  • Cross-connections between Data of different sources
  • Quick changes (UI, Analyses…) - Integration of complex science into a tool for sport practice
  • A tool to get insights at football practice and develop it (easily) further to fullfill the needs of employees in football clubs. 

A Management Theory for Introducing IT-Innovations in Sports

Ansprechpartner: Hooman Ghorbanizadeh

Making the introduction of IT-Innovations in sports more efficient and effective by offering a management theory, that covers management and economical aspects of innovations (especially IT-innovations) in the setting of top level sport.

Innovations cause growth. Thanks to many researches, it is now obvious for us that innovations - especially technological innovations - led to advantages in top-level sports. Some of the IT technologies that have been improving training systems and brought competitive advantages in top-level sports are for example the advent of new procedures of object detection for analyzing playing positions, new generations of sensors and intelligent algorithms. But despite of all these endeavors, there is still a lack of a management theory and a general approach, which firstly can be used for every technological innovation, and secondly put top-level sports as the target group. According to the high rate of the environmental changes and increasing number of IT-Innovations, identification of the nature of the innovation, the best time for introducing, implementing and examining it given to its life cycle and rate of desired innovation diffusion and acceptability, and also identification of stakeholder’s needs for being able to satisfy them in time, can be most important aspects for extracting this management theory. For achieving this aim, it is necessary to deal in depth with the concepts of management approaches, top-level sports projects with the subject and content of IT-Innovations, and knowledge of all stakeholders behavior, expectations and the level of their roles in these projects. Mina Ghorbanizadeh is going to work on this kind of theory as her PHD dissertation and has presented it in the latest dvs-conference in Mainz.  


Evaluation von Regelwerken und innovativen technischen Hilfsmitteln zur Unterstützung von Schiedsrichtern in Spielsportarten

Ansprechpartner: Otto Kolbinger

Konzeption von sportartenübergreifenden Evaluationsstrategien zur Bewertung von Regeländerungen und der Einführung technischer Hilfsmittel zur Unterstützung von Schiedsrichtern in Spielsportarten, sowie die Entwicklung und Anwendung zugeschnittener Evaluationsdesigns für konkrete Interventionen.

Regeländerungen sind en vogue wie nie zuvor. Verbände passen ihre Regelwerke und Durchführungsbestimmungen an, um die Attraktivität ihrer Sportart zu steigern oder den Schiedsrichtern neue Möglichkeiten für die Regelanwendung und -durchsetzung an die Hand zu geben. Besonders in der letzten Dekade führten immer mehr Verbände innovative technische Hilfsmittel zur Unterstützung von Schiedsrichtern ein. Sämtliche dieser Interventionen bewirken einen Bedarf an Evaluationen in zweierlei Hinsicht: Vor der Einführung muss bewertet werden, ob es Bedarf für eine Intervention gibt - nach der Einführung muss geklärt werden, welche Auswirkungen die Intervention bewirkte. Unterschätzt wird dabei von den Verbänden vor allem die Vielschichtigkeit und Komplexität eines umfassenden Evaluationsprozesses.

Die Einführung der Torlinientechnologie, ein System welches den Schiedsrichter für eine Entscheidung gar ersetzt, kann als typisches Beispiel für brachliegendes Evaluationspotenzial bei der Einführung derartiger Interventionen gesehen werden. Die FIFA setzte eine Reihe von technischen Tests auf, welche Anbieter bzw. deren Systeme bestehen müssen, um als offizielle Torlinientechnologien akkreditiert zu werden. Evaluationen bezüglich des Kosten-Nutzen Verhältnisses , der Einflüsse der Einführung solcher Systeme/ Technologien auf interene und externe Interessensgruppen, sowie das Spiel an sich wurden hingegen nicht durchgeführt. Ebenso wenig untersucht wurden die Wechselwirkungen mit anderen technischen Hilfsmitteln, wie beispielsweise dem kürzlich eingeführten Video-Assistenten (VAR). Eine Studie des Lehrstuhls zeigte bereits 2015 auf, dass das Kosten-Nutzen-Verhältnis für den Torlinieneinsatz zweifelhaft ist und sich speziell durch die Einführung des Video-Assistenten weiter in eine negative Richtung verschiebt (Kolbinger, Linke, Link & Lames, 2015).

Neben speziell zugeschnittenen Evaluationsdesigns für konkrete Interventionen liefert der Lehrstuhl auch sportartenübergreifenden Konzepte zur Evaluation von Regeländerungen und entsprechende Interventionen. Otto Kolbinger entwickelte im Zuge seiner Dissertation ein Grundgerüst für die Evaluation von innovativen technischen Hilfsmitteln zur Unterstützung von Schiedsrichtern, welches die Bewertung der Interventionen als multidisziplinärer und begleitender Prozess beschreibt (Bild 1). Eine bedeutende Rolle kommt dabei der Wettkampfdiagnostik zu, die sowohl die Notwendigkeit als auch die Auswirkungen einer Intervention auf das Wettkampfgeschehen empirisch beziffern muss. Dementsprechend beitragsfähig zeigte sich der Lehrstuhl in den letzten Jahren sowohl auf internationalen Wissenschaftskongressen als auch bei der Zusammenarbeit mit Verbänden.