ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ НАГРУЗКИ В БАДМИНТОНЕ: ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ КАРТ
Фесенко М.С., к.п.н., Чжоу М., аспирант
Российский университет спорта «ГЦОЛИФК», Москва, Россия
Введение. Современный спорт высших достижений характеризуется постоянным возрастанием требований к системе подготовки спортсменов, что обусловливает необходимость применения инновационных технологий контроля и управления тренировочным процессом. Бадминтон относится к ациклическим видам спорта со сложной структурой соревновательной деятельности, которая характеризуется высокой интенсивностью работы, частой сменой направлений движения, большим количеством ускорений и торможений, прыжков и выпадов [5]. Продолжительность розыгрышей в современном бадминтоне составляет от 3 до 15 секунд, а соотношение времени работы и отдыха варьирует от 1:1 до 1:3 в зависимости от уровня соперников и стиля игры.
Для объективной оценки соревновательной нагрузки в игровых видах спорта в настоящее время широко применяются системы глобального позиционирования (GPS) и инерциальные измерительные устройства (IMU), позволяющие регистрировать широкий спектр показателей внешней и внутренней нагрузки в режиме реального времени [1]. Однако использование подобных систем приводит к накоплению больших массивов данных, анализ которых традиционными методами представляет значительную сложность для практикующих специалистов [4]. Тренер, получающий после каждого матча таблицу с десятками числовых показателей на каждого спортсмена, сталкивается с проблемой интерпретации этой информации и принятия оперативных решений по коррекции тренировочного процесса.
В последние годы в спортивной науке активно развивается направление визуальной аналитики, предполагающее представление сложных многомерных данных в форме, доступной для быстрого восприятия и анализа. Одним из эффективных инструментов визуализации являются тепловые карты — графические представления данных, в которых числовые значения заменяются цветовым кодированием. Преимущество тепловых карт заключается в том, что человеческий мозг обрабатывает визуальную информацию значительно быстрее, чем текстовую или числовую, что позволяет выявлять закономерности и паттерны в больших массивах данных за считанные секунды.
Индивидуальный профиль нагрузки представляет собой совокупность количественных характеристик различных компонентов соревновательной деятельности конкретного спортсмена [2]. Выявление индивидуальных профилей позволяет осуществлять дифференцированный подход к планированию тренировочных нагрузок, учитывающий сильные и слабые стороны каждого спортсмена [3]. Традиционно для определения индивидуальных особенностей нагрузки используются методы кластерного и факторного анализа, требующие применения специализированного программного обеспечения и обладания навыками статистической обработки данных. Визуализация с помощью тепловых карт может существенно упростить процесс выявления индивидуальных профилей и сделать его доступным для широкого круга специалистов.
Таким образом, разработка методики визуализации индивидуальных профилей соревновательной нагрузки бадминтонистов с использованием тепловых карт представляется актуальной научно-практической задачей, решение которой будет способствовать повышению эффективности системы контроля и управления подготовкой спортсменов в данном виде спорта.
Методы и организация исследования. Проанализированы данные одиннадцати соревновательных матчей по бадминтону с использованием инерциальных измерительных устройств vx sport массой 70 г, закрепленных на верхней части спины спортсменов специальным жилетом. Регистрировались одиннадцать показателей: общая дистанция перемещений (Distance, м), количество спринтов (SprintCount), средняя и максимальная скорость передвижения (SpeedAvg и SpeedMax, км/ч), средняя и максимальная частота сердечных сокращений (HRAvg и HRMax, уд/мин), общие энергозатраты (MetabolicEnergyCost, кДж), пиковая метаболическая мощность (MetabolicPowerPeak, Вт/кг), тренировочный импульс по методу Edwards (TRIMPByHRZoneAll, усл. ед.), интегральная нагрузка (ActivityLoad3D, усл. ед.) и максимальная высота прыжка (MaxJumpHeight, см).
Для визуализации индивидуальных профилей нагрузки применялась процедура создания тепловых карт, включающая три этапа: (1) min-max нормализацию всех показателей к безразмерной шкале от 0 до 1; (2) цветовое кодирование нормализованных значений по четырехцветной шкале (фиолетовый — 0–0,25, синий — 0,26–0,50, зеленый — 0,51–0,75, желтый — 0,76–1,00); (3) построение матрицы размерностью 11×11 (матчи × показатели), где каждая ячейка окрашена согласно установленной цветовой шкале. Все процедуры соответствовали этическим стандартам Хельсинкской декларации и были одобрены локальным этическим комитетом.
Результатыисследования. Визуализация индивидуальных профилей нагрузки. На рисунке 1 представлена тепловая карта индивидуальных профилей соревновательной нагрузки одиннадцати матчей. Вертикальная ось соответствует отдельным матчам, горизонтальная ось — анализируемым показателям нагрузки.
Профиль 1: Кардиоинтенсивный. Данный профиль наиболее отчетливо представлен у Игрока 1 и характеризуется преобладанием желтых оттенков в правой части карты, соответствующей показателям частоты сердечных сокращений и тренировочного импульса, при наличии фиолетовых оттенков в левой части карты, соответствующей скоростным показателям. Количественный анализ показал, что для данного профиля характерны максимальные нормализованные значения средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 1,0), максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,98), тренировочного импульса (TRIMPByHRZoneAll ≈ 1,0) и трехмерной нагрузки активности (ActivityLoad3D ≈ 0,85) при относительно низких значениях средней скорости передвижения (SpeedAvg ≈ 0,18) и максимальной скорости (SpeedMax ≈ 0,22). Такое сочетание показателей свидетельствует о высокой физиологической стоимости выполняемой работы при относительно невысоких внешних проявлениях скоростной активности, что может быть обусловлено игровым амплуа (центральный защитник или опорный полузащитник), требующим большого объема позиционной работы, частых изменений направления движения и высокого психоэмоционального напряжения при контроле игрового пространства.
Профиль 2: Объемный бегун. Наиболее типичным представителем данного профиля является Игрок 5, для которого характерно наличие желтых оттенков в левой части карты при преобладании фиолетовых оттенков в правой части. Количественный анализ выявил максимальные нормализованные значения общей дистанции перемещений (Distance ≈ 1,0) и средней скорости передвижения (SpeedAvg ≈ 0,95) при относительно низких значениях средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,22) и максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,18). Данный профиль характеризуется большим объемом выполняемой работы при умеренной физиологической нагрузке, что свидетельствует о высоком уровне аэробной подготовленности спортсмена, эффективности работы кардиореспираторной системы и экономичности двигательных действий. Такие характеристики типичны для игроков фланговых позиций (вингеры, боковые полузащитники), которые обеспечивают ширину атаки и глубину обороны, постоянно перемещаясь по всей длине поля.
Профиль 3: Скоростно-мощностной. Данный профиль наиболее отчетливо выражен у Игрока 10 и характеризуется наличием желтых оттенков в центральной части карты, соответствующей показателям максимальной скорости и пиковой метаболической мощности, при преобладании синих и фиолетовых оттенков в остальных зонах. Количественный анализ показал максимальные нормализованные значения максимальной скорости передвижения (SpeedMax ≈ 1,0) и пиковой метаболической мощности (MetabolicPowerPeak ≈ 0,98) при относительно низких значениях общей дистанции перемещений (Distance ≈ 0,35) и средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,28). Такое сочетание показателей характерно для игроков атакующих позиций (форварды, крайние нападающие) с преобладанием высокоинтенсивных кратковременных усилий при относительно небольшом общем объеме работы, что обусловлено специфическим агрессивным стилем игры с акцентом на скоростные прорывы, единоборства и завершающие удары.
Профиль 4: Мощностно-прыжковый. Данный профиль наиболее ярко представлен у Игрока 3 и характеризуется наличием желто-зеленых оттенков в зонах, соответствующих показателям пиковой метаболической мощности (MetabolicPowerPeak ≈ 0,92) и максимальной высоты прыжка (MaxJumpHeight ≈ 0,88), при преобладании фиолетовых оттенков в зонах кардиопоказателей. Количественный анализ выявил высокие значения взрывной силы и анаэробной мощности при низких значениях средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,15), максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,12) и тренировочного импульса (TRIMPByHRZoneAll ≈ 0,20). Данный профиль характеризуется выраженными анаэробными качествами и способностью к выполнению мощных кратковременных действий (прыжки в борьбе за верховые мячи, силовые единоборства, резкие ускорения), что типично для центральных нападающих или центральных защитников, специализирующихся на игре головой и физическом противоборстве.
Выводы. Полученные в настоящем исследовании результаты демонстрируют эффективность применения тепловых карт для визуализации и анализа индивидуальных профилей соревновательной нагрузки игроков команды. Основным преимуществом данного метода является возможность быстрого выявления закономерностей в больших массивах многомерных данных без применения сложных статистических процедур, что позволяет тренерскому штабу оперативно идентифицировать функциональные особенности каждого игрока, оптимизировать состав команды с учетом баланса различных профилей, индивидуализировать тренировочный процесс и принимать обоснованные решения по тактическому использованию спортсменов в зависимости от игровой ситуации и требований конкретного матча.
Список литературы
1. Akenhead R., Nassis G.P. Training load and player monitoring in high-level football: current practice and perceptions // International Journal of Sports Physiology and Performance. 2016. Vol. 11. № 5. P. 587-593. (2)
2.Drust B., Atkinson G., Reilly T. Future perspectives in the evaluation of the physiological demands of soccer //Sports medicine. – 2007. – Т. 37. – №. 9. – С. 783-805. (7)
3. Impellizzeri F.M., Marcora S.M., Coutts A.J. Internal and external training load: 15 years on // International Journal of Sports Physiology and Performance. 2019. Vol. 14. № 2. P. 270-273. (11)
4. Jaspers A. et al. Relationships between training load indicators and training outcomes in professional soccer //Sports medicine. – 2017. – Т. 47. – №. 3. – С. 533-544. (12)
5.Phomsoupha M., Laffaye G. The science of badminton: game characteristics, anthropometry, physiology, visual fitness and biomechanics // Sports Medicine. 2015. Vol. 45. № 4. P. 473-495. (18)
Для объективной оценки соревновательной нагрузки в игровых видах спорта в настоящее время широко применяются системы глобального позиционирования (GPS) и инерциальные измерительные устройства (IMU), позволяющие регистрировать широкий спектр показателей внешней и внутренней нагрузки в режиме реального времени [1]. Однако использование подобных систем приводит к накоплению больших массивов данных, анализ которых традиционными методами представляет значительную сложность для практикующих специалистов [4]. Тренер, получающий после каждого матча таблицу с десятками числовых показателей на каждого спортсмена, сталкивается с проблемой интерпретации этой информации и принятия оперативных решений по коррекции тренировочного процесса.
В последние годы в спортивной науке активно развивается направление визуальной аналитики, предполагающее представление сложных многомерных данных в форме, доступной для быстрого восприятия и анализа. Одним из эффективных инструментов визуализации являются тепловые карты — графические представления данных, в которых числовые значения заменяются цветовым кодированием. Преимущество тепловых карт заключается в том, что человеческий мозг обрабатывает визуальную информацию значительно быстрее, чем текстовую или числовую, что позволяет выявлять закономерности и паттерны в больших массивах данных за считанные секунды.
Индивидуальный профиль нагрузки представляет собой совокупность количественных характеристик различных компонентов соревновательной деятельности конкретного спортсмена [2]. Выявление индивидуальных профилей позволяет осуществлять дифференцированный подход к планированию тренировочных нагрузок, учитывающий сильные и слабые стороны каждого спортсмена [3]. Традиционно для определения индивидуальных особенностей нагрузки используются методы кластерного и факторного анализа, требующие применения специализированного программного обеспечения и обладания навыками статистической обработки данных. Визуализация с помощью тепловых карт может существенно упростить процесс выявления индивидуальных профилей и сделать его доступным для широкого круга специалистов.
Таким образом, разработка методики визуализации индивидуальных профилей соревновательной нагрузки бадминтонистов с использованием тепловых карт представляется актуальной научно-практической задачей, решение которой будет способствовать повышению эффективности системы контроля и управления подготовкой спортсменов в данном виде спорта.
Методы и организация исследования. Проанализированы данные одиннадцати соревновательных матчей по бадминтону с использованием инерциальных измерительных устройств vx sport массой 70 г, закрепленных на верхней части спины спортсменов специальным жилетом. Регистрировались одиннадцать показателей: общая дистанция перемещений (Distance, м), количество спринтов (SprintCount), средняя и максимальная скорость передвижения (SpeedAvg и SpeedMax, км/ч), средняя и максимальная частота сердечных сокращений (HRAvg и HRMax, уд/мин), общие энергозатраты (MetabolicEnergyCost, кДж), пиковая метаболическая мощность (MetabolicPowerPeak, Вт/кг), тренировочный импульс по методу Edwards (TRIMPByHRZoneAll, усл. ед.), интегральная нагрузка (ActivityLoad3D, усл. ед.) и максимальная высота прыжка (MaxJumpHeight, см).
Для визуализации индивидуальных профилей нагрузки применялась процедура создания тепловых карт, включающая три этапа: (1) min-max нормализацию всех показателей к безразмерной шкале от 0 до 1; (2) цветовое кодирование нормализованных значений по четырехцветной шкале (фиолетовый — 0–0,25, синий — 0,26–0,50, зеленый — 0,51–0,75, желтый — 0,76–1,00); (3) построение матрицы размерностью 11×11 (матчи × показатели), где каждая ячейка окрашена согласно установленной цветовой шкале. Все процедуры соответствовали этическим стандартам Хельсинкской декларации и были одобрены локальным этическим комитетом.
Результатыисследования. Визуализация индивидуальных профилей нагрузки. На рисунке 1 представлена тепловая карта индивидуальных профилей соревновательной нагрузки одиннадцати матчей. Вертикальная ось соответствует отдельным матчам, горизонтальная ось — анализируемым показателям нагрузки.
Рисунок 1 – Тепловая карта индивидуальных профилей соревновательной нагрузки бадминтонистов
Визуальный анализ тепловой карты позволил выявить четыре различных профиля игроков команды, характеризующихся специфическими сочетаниями значений различных показателей соревновательной нагрузки.Профиль 1: Кардиоинтенсивный. Данный профиль наиболее отчетливо представлен у Игрока 1 и характеризуется преобладанием желтых оттенков в правой части карты, соответствующей показателям частоты сердечных сокращений и тренировочного импульса, при наличии фиолетовых оттенков в левой части карты, соответствующей скоростным показателям. Количественный анализ показал, что для данного профиля характерны максимальные нормализованные значения средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 1,0), максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,98), тренировочного импульса (TRIMPByHRZoneAll ≈ 1,0) и трехмерной нагрузки активности (ActivityLoad3D ≈ 0,85) при относительно низких значениях средней скорости передвижения (SpeedAvg ≈ 0,18) и максимальной скорости (SpeedMax ≈ 0,22). Такое сочетание показателей свидетельствует о высокой физиологической стоимости выполняемой работы при относительно невысоких внешних проявлениях скоростной активности, что может быть обусловлено игровым амплуа (центральный защитник или опорный полузащитник), требующим большого объема позиционной работы, частых изменений направления движения и высокого психоэмоционального напряжения при контроле игрового пространства.
Профиль 2: Объемный бегун. Наиболее типичным представителем данного профиля является Игрок 5, для которого характерно наличие желтых оттенков в левой части карты при преобладании фиолетовых оттенков в правой части. Количественный анализ выявил максимальные нормализованные значения общей дистанции перемещений (Distance ≈ 1,0) и средней скорости передвижения (SpeedAvg ≈ 0,95) при относительно низких значениях средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,22) и максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,18). Данный профиль характеризуется большим объемом выполняемой работы при умеренной физиологической нагрузке, что свидетельствует о высоком уровне аэробной подготовленности спортсмена, эффективности работы кардиореспираторной системы и экономичности двигательных действий. Такие характеристики типичны для игроков фланговых позиций (вингеры, боковые полузащитники), которые обеспечивают ширину атаки и глубину обороны, постоянно перемещаясь по всей длине поля.
Профиль 3: Скоростно-мощностной. Данный профиль наиболее отчетливо выражен у Игрока 10 и характеризуется наличием желтых оттенков в центральной части карты, соответствующей показателям максимальной скорости и пиковой метаболической мощности, при преобладании синих и фиолетовых оттенков в остальных зонах. Количественный анализ показал максимальные нормализованные значения максимальной скорости передвижения (SpeedMax ≈ 1,0) и пиковой метаболической мощности (MetabolicPowerPeak ≈ 0,98) при относительно низких значениях общей дистанции перемещений (Distance ≈ 0,35) и средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,28). Такое сочетание показателей характерно для игроков атакующих позиций (форварды, крайние нападающие) с преобладанием высокоинтенсивных кратковременных усилий при относительно небольшом общем объеме работы, что обусловлено специфическим агрессивным стилем игры с акцентом на скоростные прорывы, единоборства и завершающие удары.
Профиль 4: Мощностно-прыжковый. Данный профиль наиболее ярко представлен у Игрока 3 и характеризуется наличием желто-зеленых оттенков в зонах, соответствующих показателям пиковой метаболической мощности (MetabolicPowerPeak ≈ 0,92) и максимальной высоты прыжка (MaxJumpHeight ≈ 0,88), при преобладании фиолетовых оттенков в зонах кардиопоказателей. Количественный анализ выявил высокие значения взрывной силы и анаэробной мощности при низких значениях средней частоты сердечных сокращений (HRAvg ≈ 0,15), максимальной частоты сердечных сокращений (HRMax ≈ 0,12) и тренировочного импульса (TRIMPByHRZoneAll ≈ 0,20). Данный профиль характеризуется выраженными анаэробными качествами и способностью к выполнению мощных кратковременных действий (прыжки в борьбе за верховые мячи, силовые единоборства, резкие ускорения), что типично для центральных нападающих или центральных защитников, специализирующихся на игре головой и физическом противоборстве.
Выводы. Полученные в настоящем исследовании результаты демонстрируют эффективность применения тепловых карт для визуализации и анализа индивидуальных профилей соревновательной нагрузки игроков команды. Основным преимуществом данного метода является возможность быстрого выявления закономерностей в больших массивах многомерных данных без применения сложных статистических процедур, что позволяет тренерскому штабу оперативно идентифицировать функциональные особенности каждого игрока, оптимизировать состав команды с учетом баланса различных профилей, индивидуализировать тренировочный процесс и принимать обоснованные решения по тактическому использованию спортсменов в зависимости от игровой ситуации и требований конкретного матча.
Список литературы
1. Akenhead R., Nassis G.P. Training load and player monitoring in high-level football: current practice and perceptions // International Journal of Sports Physiology and Performance. 2016. Vol. 11. № 5. P. 587-593. (2)
2.Drust B., Atkinson G., Reilly T. Future perspectives in the evaluation of the physiological demands of soccer //Sports medicine. – 2007. – Т. 37. – №. 9. – С. 783-805. (7)
3. Impellizzeri F.M., Marcora S.M., Coutts A.J. Internal and external training load: 15 years on // International Journal of Sports Physiology and Performance. 2019. Vol. 14. № 2. P. 270-273. (11)
4. Jaspers A. et al. Relationships between training load indicators and training outcomes in professional soccer //Sports medicine. – 2017. – Т. 47. – №. 3. – С. 533-544. (12)
5.Phomsoupha M., Laffaye G. The science of badminton: game characteristics, anthropometry, physiology, visual fitness and biomechanics // Sports Medicine. 2015. Vol. 45. № 4. P. 473-495. (18)
