两种全球定位系统（GPS）设备在橄榄球运动中测量运动员移动情况的互换性

《Measurement in Physical Education and Exercise Science》：Interchangeability of Two Global Positioning System Devices for Measuring Player Movement in Rugby Union

GPS互换性研究显示Polar Team Pro与Catapult Vector S7在速度测量上协议良好（CCC 0.64-0.88），但距离（CCC 0.17-0.40）、加速度（CCC 0.23-0.44）、减速度（CCC 0.18-0.22）存在显著差异，需调整速度±2.2-4.1 km/h、距离±5.9-7.6 m、加速度±1.5-3.1次/分钟、减速度±1.5-3.6次/分钟。

　　全球定位系统（GPS）在现代体育训练中的应用日益广泛，尤其是在团队运动领域，它们被用于监测运动员的外部负荷，如距离、速度和加速度等参数。GPS设备能够为教练和运动科学专家提供客观、实时的数据，帮助评估训练效果、优化训练计划，并预防运动员因过度训练或负荷过大而受伤。然而，随着GPS设备种类的增加，不同品牌和型号之间的数据可比性成为一个重要问题。这不仅影响了数据的标准化分析，也对团队在长期训练监控中的一致性带来了挑战。因此，研究不同GPS设备之间的可比性和一致性对于确保训练数据的准确性和可靠性具有重要意义。

本研究的目的是评估一种较为经济实惠的GPS系统——Polar Team Pro（PTP）与另一种价格较高的GPS系统——Catapult Vector S7之间的可比性。这两款设备都具备10 Hz的采样频率，但它们的硬件、软件以及数据处理算法存在差异。这种差异可能导致在测量运动员的运动表现时出现偏差，特别是在涉及速度、加速度和减速等关键参数的情况下。为了验证这些差异，研究者设计了一套标准化的跑步测试，包括环形跑、方框跑、直线冲刺和模拟比赛跑等，总共进行了290次测试。通过这些测试，研究者希望了解PTP和Catapult GPS系统在实际应用中的表现差异，并探讨其在团队运动中的可互换性。

在实验过程中，所有参与者都佩戴了两个GPS设备，并在相同条件下完成测试。为了确保数据的准确性，研究者还使用了Stalker雷达枪作为参考标准，这是一种被广泛认可的高精度测量工具，能够提供更可靠的运动速度数据。雷达枪通过多普勒效应测量运动员的运动速度，其误差范围通常在±0.70 m/s之间，适用于短距离（如10至45米）的冲刺测试。此外，研究者还采用了Bland-Altman图和一致性相关系数（CCC）等统计方法，以评估两个GPS系统在不同运动测试中的表现差异。Bland-Altman图是一种用于比较两种测量方法之间差异的工具，能够显示系统之间的平均偏差和可信区间，而CCC则衡量两个系统之间的一致性程度。

研究结果表明，PTP和Catapult GPS系统在速度测量方面表现出中等到优秀的可比性，CCC值在0.64至0.88之间。这意味着在大多数情况下，两个系统对运动员的速度测量结果较为接近，可以相互替代使用。然而，在距离、加速度和减速等参数的测量上，两者的可比性较差，CCC值分别为0.17至0.40、0.23至0.44和0.18至0.22。这表明在这些参数上，两个系统之间的差异较大，可能会影响训练负荷的准确评估。具体而言，PTP系统在某些测试中测量的距离比Catapult系统略高，平均差异在5.9至7.6米之间。在加速度和减速的测量上，PTP系统也表现出一定的差异，平均差异分别为1.5至3.1次和1.5至3.6次。这些差异可能与不同制造商在数据处理算法上的差异有关，包括采样频率、信号过滤方法和数据平滑技术等。

为了进一步分析这些差异，研究者采用了Bland-Altman图来可视化PTP和Catapult GPS系统在不同运动测试中的表现。结果显示，在速度测量方面，两个系统之间的平均偏差较小，且大部分数据点分布在可信区间内。然而，在距离测量方面，两个系统之间的差异更为显著，尤其是在方框跑和模拟比赛跑等涉及频繁加速和减速的测试中。加速度和减速的测量结果也显示出较大的不一致性，特别是在模拟比赛跑中，PTP和Catapult系统之间的差异范围更广，说明这些参数的测量对设备的性能要求更高。

从实践角度来看，尽管PTP和Catapult GPS系统在速度测量方面具有一定的可比性，但在距离、加速度和减速等参数的测量上仍需进行调整。例如，在速度测量中，PTP系统与Catapult系统之间的平均差异在2.2至4.1 km/hr之间，因此在比较数据时需要考虑这一范围。对于距离测量，PTP系统与Catapult系统之间的平均差异在5.9至7.6米之间，这表明在实际应用中，教练和运动科学专家需要对数据进行适当的校正，以确保不同设备之间的数据可以相互比较。此外，加速度和减速的测量差异较大，特别是在模拟比赛跑中，PTP系统可能比Catapult系统记录的加速度和减速次数略高，因此在分析运动员的训练负荷时，需要注意这些差异。

研究还发现，PTP系统在与Stalker雷达枪进行比较时，表现出较高的准确性，特别是在30米冲刺测试中，其一致性相关系数（CCC）达到了0.93，表明其与参考标准之间的差异较小。相比之下，Catapult系统在与Stalker雷达枪进行比较时，其一致性相关系数较低，平均偏差在2.1%至4.2%之间。这表明PTP系统在某些情况下可能比Catapult系统更准确，尤其是在短距离冲刺测试中。然而，这并不意味着Catapult系统在所有测试中都表现不佳，因为在一些测试中，如方框跑和模拟比赛跑，其与Stalker雷达枪的一致性系数仍然在可接受范围内。

研究结果还揭示了GPS系统在不同运动环境下的表现差异。例如，在室内运动中，PTP系统可能因缺乏卫星信号而表现出一定的局限性，这在之前的文献中已有提及。然而，在本研究中，PTP系统被用于户外测试，且在模拟比赛跑等涉及多种运动模式的测试中表现出较好的一致性。这表明，尽管PTP系统在某些特定环境下可能不如其他GPS系统准确，但在大多数实际应用中，它仍然能够提供可靠的运动数据。此外，研究者还指出，不同GPS系统之间的差异可能受到多种因素的影响，包括硬件性能、软件算法和数据处理方式等。

从团队运动的角度来看，运动员的运动表现往往具有高度的间歇性和情境依赖性。例如，在橄榄球比赛中，运动员需要频繁地进行加速、减速和变向动作，这些动作的测量对于评估训练负荷和运动表现至关重要。然而，由于不同GPS系统在这些参数上的测量精度存在差异，教练在使用这些数据时需要特别谨慎。特别是在比较不同GPS系统之间的数据时，必须考虑这些差异，并对数据进行适当的调整，以确保分析结果的准确性。

此外，研究还强调了GPS系统在实际应用中的重要性。随着运动科学的发展，教练和运动科学专家越来越依赖GPS数据来优化训练计划、监测运动员的负荷水平，并预防运动损伤。然而，不同品牌和型号的GPS系统在数据采集和处理方面存在差异，这可能导致在团队内部或跨团队之间出现数据不一致的问题。因此，研究者建议在使用GPS系统进行训练监控时，应选择经过验证的设备，并确保数据的一致性和可比性。

总的来说，本研究为不同GPS系统之间的可比性提供了重要的实证数据。尽管PTP系统在速度测量方面表现良好，但在距离、加速度和减速等参数的测量上仍需进行调整。研究者还指出，不同GPS系统之间的差异可能受到多种因素的影响，包括硬件性能、软件算法和数据处理方式等。因此，在实际应用中，教练和运动科学专家需要根据具体的测试需求和运动环境，选择合适的GPS系统，并对数据进行适当的校正，以确保分析结果的准确性。这些发现对于团队运动中的训练监控和运动表现评估具有重要的指导意义。