Das Ziel des Projekts "Sensor-basierte Echtzeit-Laufdiagnostik in der Leichtathletik", welches 2019 vom Bundesinstitut für Sportwissenschaft (BISP) gefördert wurde, war es, laufspezifische Leistungsparameter, wie beispielsweise Bodenkontaktzeiten, durch die Betrachtung von sensorbasierten Inertialdaten zu generieren. In einem vorangegangenen Projekt konnte gezeigt werden, dass durch die reine Messung von Positionen distanzspezifische Parameter (bspw. Schrittlänge) erhoben werden können. Darauf basierend sollte die Möglichkeit einer umfassenderen Leistungserhebung, durch die zusätzliche Betrachtung von Daten aus Inertialsenoren (Inertial measurement units – IMU) erarbeitet werden. Die entwickelte Methodik wurde bereits mit den Ergebnissen von Referenzmessungen validiert (siehe Veröffentlichung). Es zeigt sich, dass beispielsweise Bodenkontaktzeiten präzise bestimmt werden können. Folglich ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Leistungsdiagnostik in den leichtathletischen Disziplinen.

Videobeitrag zum Projekt:
https://www.youtube.com/watch?v=StSKHzlmG90

Publikationen:
Blauberger, P., Horsch, A. & Lames, M. (2021). Detection of Ground Contact Times with Inertial Sensors in Elite 100-m Sprints under Competitive Field Conditions. Sensors, 21 (21). https://doi.org/10.3390/s21217331

In diesem Projekt geht es um die Validierung von Positionserkennungsmethoden im Sport. In einer Studie in Nürnberg wurde die Messung eines local positioning system (LPS) mit Motion-Capturing -Referenzdaten verglichen. Dafür führten Athleten einen sportartspezifischen Kurs (SSC) und small sided (football) games (SSG) durch und wurden gleichzeitig mit beiden Systemen getrackt. Außerdem wurden Elfmeterschüsse und Handballwürfe aufgenommen, um das Balltracking zu evaluieren. Die Genauigkeit des LPS stellte aktuellen Stand der Technik für die Spieler- und Ballpositionserkennung in Mannschaftssportarten dar. Allerdings zeigte das Balltracking einen größeren Fehler als das Player-Tracking (Siehe Veröffentlichung). Somit könnte in Zukunft der Einfluss der Positionierung des Sensors weiter überprüft werden.

Publikationen:
Blauberger, P., Marzilger, R. & Lames, M. (2021). Validation of Player and Ball Tracking with a Local Positioning System. Sensors, 21 (4), 1465. https://doi.org/10.3390/s21041465

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 diesem 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.

Publikationen in diesem Projekt:

Wenninger, S., Link, D., & Lames, M. (2020). Performance of machine learning models in application to beach volleyball data.  International journal of computer science in sport, 19(1), 24-36. doi: 10.2478/ijcss-2020-0002

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

In Kooperation mit dem italienischen Hersteller GPEXE® wurde eine Validierungsstudie durchgeführt in dessen Rahmen die Messgenauigkeit eines GPS-Systems validiert wurde. Die Technologie GPS-basierter Positionserfassungssysteme hat sich im Laufe der letzten Jahren rapide weiterentwickelt. Aufgrund dieses Fortschritts haben sich teamfähige GPS-Systeme auch im professionellen Sportbereich zur Erfassung der physischen Leistung auf breiter Basis etabliert. Um zu prüfen in wie weit die am Markt befindlichen Systeme für die Erhebung der physischen Leistung eines Sportlers unter praxisnahen Bedingungen geeignet sind, werden in der Regel externe Validierungsstudien durchgeführt. Ein neuer Anbieter im Bereich von Teamsport-GPS-Systemen ist die italienische Firma GPEXE®, welche den Lehrstuhl für Trainingswissenschaft und Sportinformatik mit einer Validierungsstudie beauftragte. Dabei wurde die Genauigkeit des GPS-Systems mittels Laser- und Radarmessung validiert (LAVEG® & Local Position Measurement System LPM®). Untersuchungsleiter Daniel Linke führte die Studie im Rahmen seines Dissertationsprojekts ‘Positionsdatenbasierte Leistungsdiagnostik in Teamsportarten‘ durch.  

Im Rahmen des Promotionsvorhabens von Christine Hoffmann werden die Testergebnisse der Leistungsdiagnostik im Deutschen Schwimmverband untersucht. Zu ihnen zählen neben den Kraft- und Beweglichkeitstests an Land ein mehrstufiger Ausdauertest, eine Start- und Wendenanalyse und weiter sportartspezifische Tests im Wasser. Anhand des neu ins Leben gerufenen Perspektiv-Teams als Nachwuchskader des Deutschen Schwimmverbandes werden Zusammenhänge zwischen den Trainingsschwerpunkten, den Testresultaten und der Wettkampfleistung hergestellt. Erste Ergebnisse bestätigen eine reduzierte Grundlagenausdauer der heutigen Topschwimmer im Vergleich zu den letzten Dekaden und das, obwohl höhere Maximalgeschwindigkeiten und höhere Laktatwerte erreicht werden.

In Forschungsschwerpunkt „Talent“ geht es um theoretisch fundierte Konzepte für Talentfördersysteme, Talentdiagnostik und –entwicklung. Von besonderem Interesse sind dabei der Relativalterseffekt, die Expertiseforschung anhand von Karrieremustern erfolgreicher Fußballspieler, sowie Kaderstrukturen der Nachwuchsleistungszentren und Jugendnationalmannschaften. Ziel des Bereichs “Talentforschung” ist das Erarbeiten theoretisch fundierter Konzepte für Talentfördersysteme, Talentdiagnostik und –entwicklung sowie die Erstellung von Methoden des Kadercontrollings. Von besonderem Interesse ist die Analyse des Relative Age Effects, der dadurch entsteht, dass relativ früh Geborene in Nachwuchsauswahlmannschaften häufig sehr stark vertreten sind. Sehr aussichtsreich wird außerdem der Ansatz der Expertise-Forschung angesehen, der auf vielen Domänen (Schach, Mathematik, Musik) bereits untersucht hat, was Spitzenleister hier auszeichnet, wie sie sich diesen Status erkämpft haben und ob sie in frühen Jahren bereits Auffälligkeiten zeigten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Erforschung der Möglichkeiten eines Controllings der Kaderstrukturen durch die Verbände.

Von der Epidemiologie zu Mechanismen und darüber hinaus.

Obwohl die Bundeliga eine der besten Ligen im Profi-Fußball ist, sind Einsichten in die Charakteristik von Verletzungen mit nur zwei bis heute veröffentlichten Studien zu diesem Thema, rar.  Das Ziel des ersten Teils meiner wissenschaftlichen Arbeit ist es, das Verständnis von Epidemiologie und Verletzungsschwere bei Fußballspielern der ersten Bundesliga zu verbessern. Konkret sollen auf Grundlage von Informationen aus Medienberichten zusätzlich zu traditionellen Variablen, welche das Verletzungsrisiko beispielsweise anhand der Häufigkeit einer Verletzung quantifizieren, neue abhängige Variablen implementiert werden. Neue Variablen wie Spielausfall auf Grund der Verletzung und Verletzungslast, die in das Regressionsmodell implementiert werden, sollen dabei helfen Spielpositionen mit erhöhtem Verletzungsrisiko und saisonale Unterschiede des Verletzungsrisikos während der Spielsaison zu identifizieren.  

Der zweite Teil meines wissenschaftlichen Projekts befasst sich mit der empirischen Erhebung im Rahmen einer vor kurzem veröffentlichten Entscheidungstheorie, die sich mit der Erforschung von inter-personellen Interaktionen zwischen Gegenspielern und dem Ball befasst, welche zu Kontaktverletzungen oder Hoch-Risiko Situationen im Fußball führen. Konkret werden Parameter aus dem Ansatz der dynamischen Systemtheorie, wie beispielsweise inter-personelle Distanz, Geschwindigkeit und Winkelverschiebung verifiziert, um entscheidende Schwellenwertvariablen zu identifizieren, durch die Spieler dazu ausgebildet werden können Situationen mit hohem Verletzungsrisiko zu vermeiden.  

Zusätzlich habe ich, mit meiner Ausbildung als Physiotherapeut, ernste Bedenken in Bezug auf das mechanische Vorgehen das derzeit die Beurteilung und Behandlung von Verletzungen des Bewegungsapparats in der klinischen Anwendung dominiert. Dies begründet sich hauptsächlich aus der Trennung von Patient und Umwelt. Bezugnehmend darauf, arbeite ich derzeit an einem Thesenpapier, welches diese Bedenken herausarbeitet und vorschlägt mit Hilfe eines Ansatzes der ökologischen Dynamik das Verständnis der Patientenunterstützung in der klinischen Anwendung.

Insgesamt ist dieses vom Bundesinstitut für Sportwissenschaften (BISp) geförderte Projekt in drei Bereiche aufgeteilt. Im Bereich der theoretischen Wettkampfdiagnostik werden vorhandene mathematische und stochastische Modelle geprüft und weiterentwickelt, ggf. neu definiert. Ziel ist es unter anderem, Normen für erfolgreiches Wettkampfhandeln zu entwickeln. In der praktischen Leistungsdiagnostik werden Verfahren entwickelt und prototypisch implementiert, die mit wettkampfdiagnostischen Aussagen Wettkampfvor-, und –nachbereitung effizient unterstützen sollen. Im Bereich Methodologie der Wettkampfdiagnostik geht es darum, eine maßgeschneiderte technologische Lösung für die wettkampfdiagnostischen Aufgabenstellungen zu konzipieren und zu realisieren, die auf die Informationsbedarfe und die Einsatzbedingungen im Tischtennis zugeschnitten ist. Da diese technologische Lösung auch die beiden anderen Teilbereiche positiv unterstützt, liegt zu Beginn des Projekts der Fokus auf der Entwicklung einer Software zur Wettkampfanalyse (per Videoanalyse) und deren Implementierung in der Praxis. Um nach Fertigstellung des Analysesystems ausreichend Material zur Verfügung zu haben, wird in Abstimmung mit dem deutschen Tischtennisverband (DTTB) zusätzlich der Aufbau einer Spieldatenbank forciert.  

Self-organizing maps are a type of artificial neural network useful for visualizing complex human movement coordination. The visualization of the network output can be enhanced by using colour or a third dimension to visualize data clusters, by adding a trajectory to highlight the time-series progression of coordination or by identifying which areas on the output map represent certain critical phases in the movement. There also exists an interesting opportunity to apply this technique to game analyses.

Das DFG-geförderte Projekt ASpoGAMo beschäftigt sich mit der Entwicklung einer neuen Klasse von Sportspielmodellen. Hierbei liegt der Schwerpunkt im Fußball. Mit Hilfe der Positionsdaten eines jeden Spielers, die aus den Bilddaten eines Spiels gewonnen werden können, werden individuelle Bewegungs- und Aktionsprofile sowie Beanspruchungsuntersuchungen durchgeführt. Auf der mannschaftstaktischen Ebene gehen die Auswertungen in den Bereich der Taktik. Hier werden die Aufstellung und das Verhalten in bestimmten Situationen automatisch analysiert. Kooperationspartner in diesem Projekt ist die Fakultät für Informatik in Garching, die für die Programmierung der Software zuständig ist.

Das BISp-geförderte Projekt beschäftigt sich im Kern mit der qualitativ evaluativen Begleitung der A-Jugend-Nationalmannschaft, Jahrgang 1990/91 unter den Trainern Petersen und Dr. Armbruster durch die Methode der Qualitativen Spielbeobachtung. Die wissenschaftlichen Innovationen bestehen im Generieren von Vermittlungsstrategien für das soziale System der Nationalmannschaft als auch das Führen eines triangulativen Wirksamkeitsnachweises der Methode. Somit kann die Kommunikation zwischen den beteiligten Stakeholdern optimiert werden. Als praktische Erfolge konnten mit dieser Mannschaft der Europameistertitel 2008 und mit den Junioren der Vizeweltmeistertitel 2007 errungen werden.

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.

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)

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. 

Ob der Videoschiedsrichter im Fußball (VAR), das automatische Line-Calling im Tennis oder die Regulierung von Kopfbällen im Jugendfußball – Immer mehr Verbände passen ihre Regelwerke und Durchführungsbestimmungen an, um die Attraktivität ihrer Sportart zu steigern, mehr Sicherheit zu gewährleisten oder den Schiedsrichtern neue Möglichkeiten für die Regelanwendung und -durchsetzung an die Hand zu geben. 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 des VAR im Fußball kann hier als typisches Beispiel für brachliegendes Evaluationspotenzial bei der Einführung derartiger Interventionen gesehen werden. So konnte der Lehrstuhl in einem Projekt anhand von Sentiment-Analysen von mehr als einer halben Millionen Twitter-Beiträgen aufzeigen, dass trotz des positiven Einflusses auf die Anzahl an Fehlentscheidungen der Einsatz des VAR verstärkt negative Emotionen bei Zuschauern auslöst. Ebenso vernachlässigen Verbände die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen technischen Hilfsmitteln. Eine Studie des Lehrstuhls zeigte bereits 2015 auf, dass das Kosten-Nutzen-Verhältnis für den Einsatz der Torlinientechnologie zweifelhaft ist und sich speziell durch die Einführung des VAR weiter in eine negative Richtung verschieben wird (Kolbinger, Linke, Link & Lames, 2015).

Neben solch speziell zugeschnittenen Evaluationsdesigns für konkrete Interventionen liefert der Lehrstuhl auch sportartenübergreifenden Konzepte zur Evaluation von Regeländerungen und entsprechende Interventionen. Dr. 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.

Ausgewählte Publikationen zu diesem Projekt:

Kolbinger, O. & Knopp, M. (2020). Video kills the sentiment—Exploring fans’ reception of the video assistant referee in the English premier league using Twitter data. PLoS ONE, 15(12): e0242728. doi.org/10.1371/journal.pone.0242728

Kolbinger, O. & Stöckl, M. (2019). Misbehavior During Penalty Kicks and Goalkeepers Holding the Ball Too Long as Trivial Offenses in Football. Frontiers in Psychology. 10:844. doi: 10.3389/fpsyg.2019.00844