Aktuelle Forschungsprojekte



Anwendung informatischer Methoden zur Leistungsdiagnostik in Sportspielen

Ansprechpartner: Sebastian Wenninger

Abbildung 1: Einfluss von risikoreichem Spiel bei langen Rallies im Tischtennis für Männer und Frauen
Abbildung 1: Einfluss von risikoreichem Spiel bei langen Rallies im Tischtennis für Männer und Frauen
Abbildung 2: Beispiel eines LSTM-Neurons (Quelle: Christopher Olah, http://colah.github.io/posts/2015-08-Understanding-LSTMs/)
Abbildung 2: Beispiel eines LSTM-Neurons (Quelle: Christopher Olah, colah.github.io/posts/2015-08-Understanding-LSTMs/)

Im Rahmen des Promotionsvorhabens von Sebastian Wenninger werden verschiedene aktuelle Methoden der Informatik in der Leistungsdiagnostik zur Anwendung gebracht. Ziel ist dabei, die immer größer werdenden Mengen an verfügbaren Spielinformationen (Stichwort Big Data) durch den Einsatz informatisch fundierter Modelle und Algorithmen automatisiert auszuwerten und somit den Prozess der theoretischen sowie praktischen Leistungsdiagnostik zu optimieren.

Im ersten Teil des Projektes wurde dazu ein neues Verfahren zur stochastischen Simulation taktischer Verhaltensweisen im Tischtennis realisiert. Über 200 als finite Markov-Ketten modellierte Tischtennis-Spiele wurden hierfür mit Hilfe numerischer Ableitungen automatisiert ausgewertet, um den Einfluss bestimmter taktischer Muster (z.B. riskante/fehlerlose Spielweise) auf die Erfolgswahrscheinlichkeit zu bestimmen.

In weiterführenden Studien sollen Methoden aus den rasant wachsenden Gebieten des Data Mining und Machine Learning Aufschluss über von menschlichen Beobachtern nur schwer erkennbare Muster in Spieldaten geben. So können Algorithmen aus dem Bereich der Warenkorbanalyse verwendet werden, um (sequenzielle) Muster innerhalb von Ballwechseln eines Beachvolleyballspiels zu identifizieren.

Sogenannte Long-Short-Term-Memory (LSTM) Netzwerke, eine besondere Form rekurrenter neuronaler Netzen, sollen anschließend den Zusammenhang zwischen einzelnen Merkmalen solcher Ballwechsel und dem resultierenden Erfolg herstellen.


Vereinsinformationssysteme im Profifußball

Ansprechpartner: Thomas Blobel

Screenshot of Player Profile: All relevant data of one player
Screenshot of Player Profile: All relevant data of one player
Screenshot of the team analysis: Several players could be selected to compare
Screenshot of the team analysis: Several players could be selected to compare
Data structure: One central systems makes data from different sources available
Diagramm of data structure: One central systems makes data from different sources available
 

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. 

Wettkampfdiagnostik im Tischtennis

Ansprechpartner: Michael Fuchs, Sebastian Wenninger

Michael Fuchs bei der World Tour zum Aufbau der Spieldatenbank
Michael Fuchs bei der World Tour zum Aufbau der Spieldatenbank
Screenshot der Tischtennis - Analysesoftware
Screenshot der Tischtennis - Analysesoftware

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.  


A Management Theory for Introducing IT-Innovations in Sports

Ansprechpartner: Mina Ghorbanizadeh

Mina Ghorbanizadeh at the 22th dvs-Sport Science High Education Day
(22. Sportwissenschaftlicher Hochschultag)

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.  


Verletzungen im Profi-Fußball

Ansprechpartner: Louis Leventer, B.PT, MSc, MMSc

Konfidenzintervall zur Verteilung des Verletzungsrisikos auf die verschiedenen Spielpositionen
Inzidenzratenverhältnis (IRR) mit 95% Konfidenzintervall zur Verteilung des Verletzungsrisikos auf die verschiedenen Spielpositionen (GK= goalkeeper/Torhüter, DF= defenders/Verteidiger, MF= midfielders/ Mittelfeldspieler, FW= strikers/Sturmspieler, cXX= central position/zentrale Spielposition, wXX= wing position/ Flügelspieler) nach einer Innenband Distorsion/Überdehnung (MCL = Medial Collateral Ligament sprain) im Knie; Bänderanriss Sprunggelenk; Adduktorendehnung, Dehnung der Achillessehne und Leistenzerrung.
Abbildung räumlich-zeitlicher Positionsdaten, die die inter-personelle Interaktionen zwischen Spieler und Gegenspieler kurz vor einer sekunde Kontaktverletzung (Spieler fällt für 10 Tage aus) aufzeigt
Abbildung räumlich-zeitlicher Positionsdaten, die die inter-personelle Interaktionen zwischen Spieler und Gegenspieler kurz vor einer sekunde Kontaktverletzung (Spieler fällt für 10 Tage aus) aufzeigt

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.


Talentforschung im Fußball

Ansprechpartner: Bettina Schröpf

Spielklasse aller U17 Bundesligaspieler Jahrgang 1993 (n=821) im ersten Seniorenjahr (2012/13)
Spielklasse aller U17 Bundesligaspieler Jahrgang 1993 (n=821) im ersten Seniorenjahr (2012/13)
Relativalterseffekt: Mediane der Geburtsdaten der DFB Mannschaften U15 bis Senioren
Relativalterseffekt: Mediane der Geburtsdaten der DFB Mannschaften U15 bis Senioren

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.


Leistungsdiagnostik am Nachwuchskader im Schwimmen

Ansprechpartner: Christine Hoffmann

Laktatabnahme beim Pansoldtest
Leistungsdiagnostik am Beckenrand
Perspektiv-Team
Direkte Technikanalyse über eine Unterwasserkamera
Unterwasseranalyse
 

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.


Genauigkeitsuntersuchung GPS-basierter Positionserfassungssysteme unter sportspezifischen Bedingungen

Ansprechpartner: Daniel Linke

Vergleichende Darstellung der Messmethoden (GPS und LAVEG). Erkennbar ist, dass das GPS System dazu neigt die Geschwindigkeit im niedrigen Bereich minimal zu überschätzen. Im hohen Geschwindigkeitsbereich unterschätzt es die Lasermessung geringfügig.
Vergleichende Darstellung der Messmethoden (GPS und LAVEG). Erkennbar ist, dass das GPS System dazu neigt die Geschwindigkeit im niedrigen Bereich minimal zu überschätzen. Im hohen Geschwindigkeitsbereich unterschätzt es die Lasermessung minimal.
Athlet mit GPS und Radargurt.
Athlet mit GPS-Sender. Darunter ist der LPM-Radargurt zu erkennen.

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.  


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

Ansprechpartner: Otto Kolbinger

Otto Kolbingers Grundgerüst für Evaluationsstrategien zur Bewertung von innovativen technischen zur Unterstützung von Schiedsrichtern in Spielsportarten
Grundgerüst für die Evalaution von technischen Hilfsmitteln zur Unterstützung von Schiedsrichtern
Otto Kolbinger präsentiert Ergebnisse der Torlinientechnologie-Evaluation auf dem 10. World Congress of Performance Analysis of Sport
Otto Kolbinger auf dem 10. World Congress of Perfomance Analysis of Sport

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.