[论文解读] Automatic Extraction of the Passing Strategies of Soccer Teams

László Gyarmati, Xavier Anguera|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2015

Time Series Analysis and Forecasting参考文献 7被引用 25

一句话总结

本文提出一种基于动态时间规整（DTW）的算法，通过分析全场次足球比赛中的球轨迹序列，自动提取重复出现的传球策略。该方法识别出多支联赛中球队特有的战术——如反击、控球维持和传中模式——发现部分策略重复出现多达五次，且重叠度高达90%，从而实现可扩展、客观的球探与球员评估分析。

ABSTRACT

Technology offers new ways to measure the locations of the players and of the ball in sports. This translates to the trajectories the ball takes on the field as a result of the tactics the team applies. The challenge professionals in soccer are facing is to take the reverse path: given the trajectories of the ball is it possible to infer the underlying strategy/tactic of a team? We propose a method based on Dynamic Time Warping to reveal the tactics of a team through the analysis of repeating series of events. Based on the analysis of an entire season, we derive insights such as passing strategies for maintaining ball possession or counter attacks, and passing styles with a focus on the team or on the capabilities of the individual players.

研究动机与目标

• 为解决从球轨迹数据中自动推断球队战术的挑战，超越描述性统计，揭示潜在策略。
• 开发一种可扩展的方法，能够处理整个赛季的足球数据，克服人工分析和计算密集型先前方法的局限。
• 识别出重复出现且有意图的传球序列，反映球队整体战术理念，而非个体球员表现。
• 量化特定球员在重复策略中的作用，区分团队整体战术与球员个人模式。
• 通过客观识别和测量策略性行为，实现对手球探与球员评估的实际应用。

提出的方法

• 该方法处理球轨迹日志，将传球位置（x, y）归一化至[0,100]，并插入虚拟位置，以确保最大段长度为2个单位。
• 应用源自动态时间规整（DTW）的动态规划算法，比较传球序列，实现非相同但相似模式在时间与空间上的对齐。
• 通过在既定约束下最大化相似性，利用贪心策略扩展匹配序列，识别重复的传球序列。
• 计算同一模式在多次出现之间的重叠比率，以评估一致性和重复性，90%的重叠率表示高度重复。
• 通过比较参考序列与匹配序列中的球员集合，分析球员参与度，计算重叠比率以区分团队导向与球员导向的策略。
• 系统处理整个赛季的数据，实现对多支队伍和联赛中战术的大规模、客观分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从全场次球轨迹日志中自动检测出重复出现且有意图的足球传球序列？
• RQ2 哪些传球策略——如反击、控球维持或传中——在赛季中被球队一致使用？
• RQ3 重复出现的模式在多大程度上反映团队整体战术，而非个体球员角色或技能？
• RQ4 特定传球策略的重复频率如何，其空间与时间结构的一致性如何？
• RQ5 该方法能否基于重复序列中球员的重叠情况，区分团队导向策略与球员个人传球模式？

主要发现

• 该方法成功识别出西班牙甲级联赛一个完整赛季中重复出现的传球模式，包括跨越100米以上、重复出现多达五次的序列。
• 一种特定模式——即从左侧传向右侧的传中——重复出现五次，重叠率达90%，表明瓦拉内卡队使用了高度一致的战术。
• 马德里竞技和塞维利亚等球队表现出直接反击模式，具有60米以上的横向移动，且不改变场地边线。
• 马拉加展现出独特的反击风格，兼具长距离横向移动（40–60米）和显著的纵向场地变化，表明其采用换边进攻策略。
• 巴塞罗那、皇家马德里和瓦伦西亚则表现出平衡、以控球为核心的策略，横向跨度为20–30米，纵向移动变化多样。
• 30个模式涉及恰好四名球员，但无一实现完全的球员重叠，表明球队较少依赖固定四人组；相反，团队战术通常涉及灵活的球员角色。