Tracking multi-joueurs pour l'analyse des performances et de la stratégie de jeu des poloïstes

Multiplayer tracking for analyzing polo player performance and strategy

• Auteur / Autrice : Florent Cotton
• Direction : Katarzyna M. Węgrzyn-Wolska
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique, données, IA
• Date : Inscription en doctorat le 08/01/2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (Evry ; 2012-....)

Mots clés

Mots clés libres

Tracking

Analyse de données

Stratégie de jeux

Localisation

Propagation dans l'eau

Tracking

Data analysis

Game strategy

Indoor localization

Signal propagation in water

Résumé

Les systèmes de tracking (suivi) sont cruciaux dans le sport car ils fournissent aux entraîneurs et aux athlètes des informations sur leurs capacités physiologiques et leurs performances lors des compétitions, pour élaborer un plan d'entraînement visant une amélioration continue. Un grand nombre de systèmes de suivi commerciaux sont disponibles à cet effet. Ces outils sont utilisés dans de nombreux sports, mais leur utilisation est plus restreinte dans les sports aquatiques en raison de l'environnement dans lequel l'athlète concourt. De ce fait les dispositifs requièrent des caractéristiques liées au waterpolo : étanchéité, dimensions réduites, grande autonomie énergétique, taux d'acquisition adapté à la rapidité des déplacements effectués. De plus, dans le cas des sports d'équipe, la préparation de la stratégie en tenant compte de la position des joueurs sur le terrain (piscine) est un domaine de recherche actif. Dans cette thèse nous nous intéresserons aux aspects suivants : déplacements des joueurs dans le bassin, modélisation de données et analyse des stratégies de jeu. En ce qui concerne les dispositifs de positionnement en intérieur, la présence de multi-trajets, l'importance de la visibilité (None Line-of-Sight), l'affaiblissement des signaux dû à la présence d'obstacles, rendent la localisation particulièrement complexe. Pour ces raisons, la position est encore peu ou mal mesurée par les dispositifs portables actuels encore moins pour les sports en piscine. Le waterpolo apporte des défis supplémentaires en raison d'une grande variété de trajectoires, d'accélérations, de changements de directions, sauts et masquage par d'autres joueurs. Toutes ces spécificités nécessitent des systèmes de suivi et de localisation avec une grande précision, une bonne synchronisation. Dans le cadre de cette thèse, sera utilisée la technologie UWB déjà répandue pour effectuer de la localisation en dynamique notamment pour des applications sportives. Le système devra également intégrer des capteurs tels qu'un gyroscope et/ou un accéléromètre afin de permettre la reconstruction d'une séquence de jeu. A partir du calcul des positions des joueurs, à l'aide d'un algorithme de trilatération, on appliquera le suivi de leur trajectoire. Parmi les techniques de traitement associées au suivi d'objets mobiles, nous trouvons le filtre de Kalman et le filtre particulaire ainsi que leurs versions dérivées. Ces techniques de filtrages permettent d'améliorer l'estimation de la position en utilisant la mesure, l'historique de la trajectoire et les caractéristiques du mouvement de l'objet. La capacité à modéliser en prenant en compte la position des joueurs peut fournir des informations précieuses sur la dynamique de jeu, les schémas tactiques, et aider à optimiser les performances de l'équipe. Dans cette thèse nous voulons aborder divers aspects, tels que l'analyse des mouvements des joueurs, la cartographie des positions sur le terrain, l'étude des schémas tactiques.  La modélisation de comportements des joueurs sur le terrain et des interactions entre les joueurs implique souvent l'utilisation de techniques avancées d'analyse de données, les méthodes d'analyse de réseau (graphes) et d'intelligence artificielle qui implique différents verrous scientifiques. Nous travaillerons durant cette thèse sur des aspects de stratégie et de tactique par la modélisation de la prise de décision, en tenant compte des variables telles que la position des joueurs, la vitesse, la zone de réception de la balle, les interactions entre les joueurs, le nombre de joueurs dans le bassin, les mouvements de l'adversaire et les conditions de jeu.

This thesis will be carried out in collaboration with the French Swimming Federation and will generally aim to provide assistance in evaluating the workload and analyzing the playing strategy of polo players. Tracking systems are crucial in sports because they provide coaches and athletes with information on their physiological capabilities and performance during competitions, to develop a training plan aimed at continuous improvement. A large number of commercial tracking systems are available for this purpose. These tools are used in many sports, but their use is more restricted in aquatic sports due to the environment in which the athlete competes. As a result, the devices require characteristics linked to water polo: waterproofing, reduced dimensions, high energy autonomy, acquisition rate adapted to the speed of the movements carried out. Additionally, in the case of team sports, strategy preparation taking into account the position of players on the field (pool) is an active area of research. In this thesis we will focus on the following aspects: player movements in the pool, data modeling and analysis of game strategies. Regarding indoor positioning devices, the presence of multi-paths, the importance of visibility (None Line-of-Sight), the weakening of signals due to the presence of obstacles, make localization particularly complex. For these reasons, position is still little or poorly measured by current portable devices, even less so for swimming pool sports. Water polo brings additional challenges due to a wide variety of trajectories, accelerations, changes of direction, jumps and masking by other players. All these specificities require tracking and localization systems with great precision and good synchronization. As part of this thesis, the already widespread UWB technology will be used to perform dynamic localization, particularly for sports applications. The system must also integrate sensors such as a gyroscope and/or an accelerometer in order to allow the reconstruction of a game sequence. From the calculation of the players' positions, using a trilateration algorithm, we will apply the monitoring of their trajectory. Among the processing techniques associated with tracking moving objects, we find the Kalman filter and the particle filter as well as their derived versions. These filtering techniques make it possible to improve the estimation of the position by using the measurement, the history of the trajectory and the characteristics of the movement of the object. The ability to model taking into account player position can provide valuable information on game dynamics, tactical patterns, and help optimize team performance. In this thesis we want to address various aspects, such as the analysis of players' movements, the mapping of positions on the pitch, the study of tactical patterns. Modeling player behaviors on the field and interactions between players often involves the use of advanced data analysis techniques, network analysis methods (graphs) and artificial intelligence which involves different scientific locks. During this thesis, we will work on aspects of strategy and tactics by modeling decision-making, taking into account variables such as the position of the players, speed, ball reception area, interactions between players. , the number of players in the pool, the opponent's movements and the playing conditions.