NFL

Echtzeit-Spielerverfolgung mit RFID und UWB im Profisport

NFL steigert Spielersicherheit und Zuschauererlebnis mit RFID und UWB

Echtzeit-Spielerverfolgung

Der Profisport ist vom Drang zur Höchstleistung und beständiger Optimierung getrieben. American Football in der NFL ist keine Ausnahme. Dafür sind zuverlässige und aussagekräftige Daten und Statistiken essentiell.

Diese Next Gen Stats erhebt die NFL dank einer On-Field Player and Ball Tracking Lösung von Zebra Technologies. Das Tracking von Spielern und Football erfolgt mit aktiven RFID Tags und UWB-Sensoren. Dies ermöglicht die Datenerfassung in Echtzeit und deren Bereitstellung für NFL Teams und Fans.

NFL steigert Spielersicherheit und Zuschauererlebnis mit RFID und UWB

Success Story powered by: the Think WIOT Group, Zebra Technologies and the National Football League (NFL)

Die NFL ist die US-Amerikanische Profi-Footballliga. Sie wurde 1920 als American Professional Football Association in Canton, Ohio gegründet und 1922 in National Football League umbenannt. Mit einem Jahresumsatz von etwa 17 Milliarden US-Dollar (Stand 2021) ist die NFL die umsatzstärkste Sportliga der Welt.

In der NFL spielen 32 Teams aufgeteilt in zwei Conferences: die American Football Conference (AFC) und National Football Conference (NFC). Diese sind wiederum in vier Divisionen unterteilt. Jedes Team bestreitet drei Testspiele in der Preseason und 17 Spiele in der regulären Saison. Nach Saisonende spielen die sieben besten Teams jeder Conference in den Playoffs um den Meistertitel. Das KOTurnier endet mit dem großen Finale des Super Bowl. 2023 sahen sich etwa 200 Millionen Zuschauer das "Big Game" am "Super Bowl Sunday" an.

Das Interesse an Spieldaten seitens der NFL Teams ist groß. Welcher Spieler ist für welchen Play am besten geeignet? Wie steht es um die Leistung im Training und bei Pflichtspielen? Ist ein Spieler nach verletzungsbedingter Pause wieder komplett fit? Dies sind nur einige Fragen, welche Trainer, Spieler und General Manager von NFL Teams umtreiben. Zusätzliche Daten sind auch für die Interaktion mit Fans relevant. Wie schlägt sich der Quarterback des Lieblingsteams im Ligavergleich? Wie viele Yards hat der Runningback im letzten Play zurückgelegt?

Die Antworten auf diese Fragen ergeben sich aus der Erfassung und Auswertung von Daten aus Pflichtspielen. Dazu setzt die NFL seit 2016 auf die On-Field Player Tracking Lösung von Zebra Technologies, Zebra MotionWorks™ Sport. Mit RFID und UWB generiert Zebra Daten, aus denen die NFL über 200 verschiedene Statistiken namens Next Gen Stats pro Play ableitet.

Beim American Football bestimmen komplexe Spielzüge (Plays) den Spielverlauf. Dank neu erhobener Daten wird jeder Play noch genauer analysiert und optimiert.

American Football ist die beliebteste Sportart der USA

American Football ist die beliebteste Sportart der USA. Das große Finale des Super Bowl gilt mittlerweile als inoffizieller Feiertag.

Sportausrüstung mit RFID

The RFID tags for NFL players are attached under the epaulet of the shoulder pads

Zur Schutzausrüstung gehören Helm und Gesichtsschutz, Schulterpads, Handschuhe sowie Oberschenkel- und Kniepads. Die RFID-Tags für NFL-Spieler befinden sich unter den Schulterklappen der Schulterpads.

Der RFID-getaggte Football “The Duke” ist der offizielle Football der NFL
Ein dritter RFID-Tag auf dem Rücken stellt die Datenübertragung in dieser Position sicher

Linemen nehmen oft eine Dreipunkt- oder Vierpunkthaltung ein. Ein dritter RFID-Tag auf dem Rücken stellt die Datenübertragung in dieser Position sicher.

Die Datenübertragung der Ortungsdaten für die Next Gen Stats erfolgt mit aktiven, in der Sportausrüstung applizierten RFID Tags. UWB Sensoren im Stadion empfangen die Funksignale.

Zu einer Footballmannschaft gehören bis zu 53 Spieler. Jeder Spieler ist mit zwei aktiven RFID Tags ausgestattet. Diese befinden sich unter den Epauletten der Shoulderpads. Die Tags haben die Größe eines Nickels. Sie wiegen nur 3,3 Gramm und sind etwas über einen viertel Zoll dick. Die Tags sind dazu programmiert, Echtzeit- Ortungsdaten mit 12 Hertz pro Sekunde zu senden. Sie verbleiben über die gesamte Spielsaison in der Ausrüstung und können bis zu zwei Saisons überdauern. Ein Batteriewechsel während der laufenden Saison ist nicht notwendig.

Im Gegensatz zu anderen Spielern sind Linemen mit drei Tags ausgestattet. Der Grund: Vor Beginn eines Plays stellen sich die Linemen an der “Line of Scrimmage” in einer Dreipunkt- oder Vierpunkthaltung auf. In dieser Haltung machen sie mit einer oder beiden Händen Kontakt mit dem Spielfeld.

Da sich die RFID-Tags nahe dem Boden befinden, ist die Übertragung zu den Empfangsantennen erschwert. Ein dritter RFID-Tag zentral auf dem Rücken der Shoulderpads stellt in dieser Position die Datenübertragung sicher. Pro Spiel sind insgesamt etwa 300 aktive RFID Tags im Einsatz.

Der Technologieeinsatz ist nicht auf die Spieler beschränkt. Auch die Schiedsrichter, die Pylonen am Spielfeldrand und der Football selbst werden mit RFID-Tags getrackt. Der Football mit dem RFID-Tag wiegt etwa 400 Gramm, genau wie ein ungetaggter Football. Dies stellt sicher, dass die Leistung nicht beeinflusst wird. Die Flugeigenschaften des Balls bleiben unverändert.

Der integrierte Tag funkt während des Spiels Standortdaten mit 25 Hertz pro Sekunde. Der RFID-Football ist eine gemeinsame Entwicklung von Zebra Technologies und Sportartikelhersteller Wilson Sporting Goods aus Ada, Ohio.

UWB Sensoren

UWB-Sensoren mit Antennen sind im Stadion verteilt und empfangen die Daten der RFID-Tags. Vom Datenempfang bis zur Visualisierung vergehen weniger als 5 Sekunden.

22 bis 24 Sensoren mit Antennen sind pro Stadion auf das Spielfeld ausgerichtet

22 bis 24 Sensoren mit Antennen sind pro Stadion auf das Spielfeld ausgerichtet. Die Anbringung erfolgt im "200 Level" des Stadions.

Zebra MotionWorks software

Empfangene Ortungsdaten werden in die Zebra MotionWorks™ Software übermittelt. Ürsprunglich als Enterprise-Lösung konzipiert verarbeitet die Software nun Daten für den Profisport.

Jedes der 32 Stadien in der NFL ist mit 22 bis 24 UWB Sensoren mit Antennen ausgestattet. Low-Gain, Mid-Gain und High-Gain Antennen sind im Einsatz. Die Montage erfolgt üblicherweise im sogenannten “200 Level”, der mittleren Ebene des Stadions. Von dort empfangen die Sensorantennen die Ortungsdaten der RFID-Tags. Die maximale Lesereichweite beträgt 350 Fuß (ca. 100 m). Dank der verschiedenen Strahlungsmuster wird eine umfassende Antennenabdeckung auf dem gesamten 120 mal 53 Yards (1 yd ist 0,9144 m)großen Spielfeld erzielt.

Im Vergleich zu anderen Funktechnologien erzielt UWB eine höhere Positionsgenauigkeit. Dies wird erreicht, indem nicht die Signalstärke, sondern die Signallaufzeit zwischen dem Sender und wenigstens drei Empfängern gemessen wird. Das Signal wird von allen Empfängern im Stadion abhängig von der Entfernung zeitlich unterschiedlich empfangen.

Die Zeitdifferenz wird mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit multipliziert und die Koordinaten des Senders werden berechnet. Die Position wird auf wenige Zoll genau ermittelt.

Nach dem Datenempfang mit den Antennen erfolgt die Datenübertragung durch ein abgeschirmtes Ethernetkabel an ein Endgerät und in die MotionWorks software. Dieser Prozess dauert 50 Millisekunden.

Die Software fungiert als Overlay, mit der jeder Spieler und dessen Messwerte identifiziert und aufbereitet werden. Das Ergebnis: Ortungsdaten der Spieler und des Footballs sind in einem Dashboard in Echtzeit visualisiert.

Danach erfolgt die Datenaufbereitung mittels Zwischenspeichern und Filtern und deren Übertragung an die NFL innerhalb von fünf Sekunden. Die MotionWorks™ Software verarbeitet pro Play etwa 260 Datenpunkte. An einem typischen Spieltag werden etwa 750 Millionen Datenpunkte geliefert und in Statistiken umgewandelt.

ZEBRA MOTIONWORKS™

RTLS für verschiedene Use Cases:

  • Personentracking
  • Fahrzeug-, Rohstoff-, Werkzeugund Gerätenachverfolgung
  • Materialflussmanagement und Bestandsauffüllung

Anwendungsbereiche:

Sport, Logistik, Automotive, Luft- und Raumfahrt, industrielle Produktion, Gesundheitswesen

Next Gen Stats

Mit Daten von Zebra erfolgt die Umwandlung der Ortungsinformationen zu aussagekräftigen Footballstatistiken für die NFL – Next Gen Stats.

Zebra ermöglicht Next Gen Stats im American Football

“Next Gen Stats” ist eine 2014 gestartete Initiative der NFL. Ziel ist die technologiegetriebene Optimierung des Zuschauererlebnisses. Die NFL arbeitet zu diesem Zweck in der inzwischen neunten Spielsaison mit Zebra Technologies zusammen. Jeder Play wird mittels der Software in Echtzeit visualisiert. Aus den gesammelten Standortdaten lassen sich konkrete Messwerte ablesen.

Dazu gehören die Beund Entschleunigung eines Spielers, die Laufgeschwindigkeit, die zurückgelegte Strecke sowie die Rotation und Geschwindigkeit des Balls. Aufgrund der eindeutigen Assoziierung jedes Datenpunkts mit einem bestimmten Spieler und Team sind vollkommen neue Statistiken und Auswertungen von Plays möglich.

Ein Beispiel: die „Aggressiveness“ eines Quarterbacks wird daran gemessen, wie viele Pässe er an Receiver spielt, die sich in sogenannter „Tight Coverage“ befinden. Per Definition der NFL steht dabei der Verteidiger beim Passempfang maximal ein Yard vom Receiver entfernt.

Anhand Positions- und Spielerdaten wird berechnet, ob die Distanz zwischen Offensiv- und Defensivspieler als „Tight Coverage“ gilt. Der bisher ungreifbare Wert, wie sehr ein Verteidiger einen Offensivspieler bedrängt, ist dank der Technologielösung genau definiert und die „Aggressiveness“ wird als Prozentsatz aller gespielten Pässe berechnet.

Dank Machine Learning und KI-Algorithmen ist nicht nur die Berechnung von Statistiken, sondern auch Prognosen möglich.

Beispielsweise wird die erwartete Laufdistanz eines Spielers nach Passempfang ermittelt. Der Vergleich zwischen erwarteter und eigentlicher Laufdistanz ist möglich. Darüber hinaus kann berechnet werden, wie wahrscheinlich der Ausgang eines Plays, zum Beispiel ein Touchdown statistisch gesehen ist.

Besonders unwahrscheinliche, aber dennoch erfolgreiche Plays sind dank Technologieeinsatz als Spielhighlights identifizierbar. Diese Highlights können in Echtzeit an das Übertragungs- Team übergeben werden – entweder für die Live-Übertragung oder die spätere Spielauswertung.

Defense

In der „tight coverage“ ist der gegnerische Abwehrspieler sozusagen zum Greifen nah und kann leicht Plays behindern.

Datengetriebener Profisport

Detaillierte Spieler- und Leistungsdaten sind aus vielen Gründen zu einem unauslöschlichen Bestandteil des Profi-Football geworden.

NFL Teams erzielen dank der erhobenen Messwerte und Statistiken klare Vorteile. Ein genauer Leistungsvergleich zwischen Training und Ligaspiel ist möglich. Vor wichtigen Spielen können Spieler beispielsweise mit einem leichteren Training geschont werden. Die Einhaltung der Trainingsvorgaben wird überwacht und Trainer erkennen die Top-Performer des Teams. Die Datenauswertung ist ebenfalls für Scouts relevant, um vielversprechende neue Spieler für das Team zu gewinnen.

Football ist eine Sportart mit Vollkontakt. Trotz Schutzausrüstung sind Verletzungen wie Muskelzerrungen und Verstauchungen häufig. Ein Vergleich zwischen der Spielerleistung vor und nach einer Verletzung ist ein Indikator für den Genesungsfortschritt eines Spielers.

Der Unterschied zwischen aktueller und vorheriger Leistung wird exakt quantifiziert. Eine verfrühte Rückkehr zum Spielgeschehen bei nicht völlig ausgeheilter Verletzung wird verhindert und möglichen Folge- oder Langzeitverletzungen vorgebeugt. Die Folge: Spielergesundheit und -sicherheit steigen.

Die Next Gen Stats der NFL bedienen die Nachfrage der Fans nach Informationen über Football. Statistiken und Aufzeichnungen der Plays stehen auf der Webseite der NFL öffentlich zur Verfügung, sowie über deren Medienpartner.Darüber hinaus verbreitet die NFL Spielhighlights über Social Media.

Über verschiedene Kanäle erreichen Fans Informationen, die vor dem Technologieeinsatz schlichtweg nicht zu erfassen waren. Die Anreicherung der Highlights mit Statistiken ermöglicht Fans ein besseres Spielverständnis, zum Beispiel wie schnell ein Spieler ist oder welche Strecke zurückgelegt wurde, um einen Raumgewinn zu erzielen.

Über ein Drittel der NFL Teams setzen auch beim Training die Tracking-Lösung von Zebra Technologies ein

Über ein Drittel der NFL Teams setzen auch beim Training die Tracking-Lösung von Zebra Technologies ein und können die Spielerleistung im Training und in Pflichtspielen vergleichen.

Dank neuer Daten kann jeder Play von Fans genau unter die Lupe genommen werden

Sportbegeisterte Footballfans feuern ihre Teams an und feiern dessen Erfolge. Dank neuer Daten kann jeder Play von interessierten Fans genau unter die Lupe genommen werden.

INTERVIEW MIT ADAM PETRUS
Interview

Data Analytics bestimmen den modernen Profisport

Adam Petrus von Zebra Technologies erklärt im Interview, wie Echtzeit-Spielerverfolgung mit RFID, UWB und Data Analytics den NFL Teams hilft, die Spielerleistung und Fan-Interaktion zu maximieren.

Adam Petrus ist Business Development & Sales Lead Sports & Entertainment bei Zebra Technologies

Zebra Technologies ist es gelungen, eine RTLS-Lösung aus anderen Anwendungsbereichen – der industriellen Produktion, der Lagerverwaltung, dem Einzelhandel und dem Gesundheitswesen – auf die NFL zu übertragen. Jeder Spieler ist mit zwei aktiven RFID-Tags ausgestattet, die Standortdaten mit 12 Hertz pro Sekunde übersenden.

UWB-Sensoren mit Antennen empfangen die Funksignale und leiten sie in eine Software weiter. Diese Ortungsdaten bilden die Grundlage für interessante neue Spielstatistiken, mit denen NFL Teams und Spieler ihre Leistung optimieren können.

Die Lösung ist an die Umgebung der Footballstadien und das Spiel selbst angepasst. Jeder Spieler trägt zwei aktive RFID Tags, welche unter den Shoulderpads befestigt sind, und Linemen tragen einen dritten Tag auf dem Rücken. Der Grund: während eines Spiels nehmen Linemen oft eine Three-Point- oder Four-Point-Haltung nahe dem Boden ein. Der dritte RFID-Tag stellt die Datenübertragung in dieser Haltung sicher.

Darüber hinaus verfügt jede Spielstätte über ein eigenes Design. Aus diesem Grund lasern wir jedes Stadtion mit einem elektronischen Tachymeter, damit wir allerhöchste Ortungspräzision gewährleisten können. Wir bestimmen die X-Y Koordinaten der Antennen, sodass sie für jedes Stadion perfekt ausgerichtet sind. Die Strahlungsmuster bilden überlappende konzentrische Kreise und sind so genau, dass wir jeden Grashalm auf dem Spielfeld tracken könnten. Wir können das System außerdem rekalibrieren, damit es für jeden Spieltag und jede Trainingseinheit auf dem Spielfeld optimiert ist.

Die NFL hat wirklich gute Arbeit geleistet, die notwendige IT-Infrastruktur, Kabel und Lichtwellenleiter bereitzustellen. Jedes NFL Stadion ist technologisch optimiert. Die erforderliche Bandbreite für die verschiedenen Technologieinitiativen der NFL ist in jeder Spielstätte gegeben.

Zebra arbeitet darüber hinaus sehr eng mit der NFL und dessen IT- und Netzwerkteams zusammen um sicherzustellen, dass die Latenzen nicht größer ausfallen, als in den gemeinsamen Service-Level-Agreements erwartet. Es gibt individuelle Anpassungen und einen spezifischen Netzwerkplan für jede Spielstätte der NFL.

Data Analytics handhabt jedes NFL Team unterschiedlich. Üblicherweise wird eine API zwischen der NFL und den einzelnen Teams erstellt. Über ein Drittel der NFL Teams setzen das Player Tracking System von Zebra als individuelle Tracking-Lösung für das Mannschaftstraining ein. Die APIs sind so konzipiert, dass sie die Rohdaten in ein Format überführen, welches die Verarbeitung und Herausfilterung wichtiger Informationen ermöglicht.

Jedes Team hat eine eigenes Verständnis dafür, welche Daten wichtig sind. Ein Trend ist, dass Sportmediziner und -direktoren mit den Trainern zusammenarbeiten, beispielsweise in der Spielvorbereitung oder um die Gesundheit der Spieler zu steigern. Es ist wirklich individuell unterschiedlich, wie die Teams die Daten nutzen. Unterschiedliche Anwendungen werden für die Datenanalyse und -interpretation eingesetzt.

Es sind einige Mechanismen und Features in der Lösung für das Mannschaftstraining implementiert. Diese stellen sicher, dass individuelle Trainingsdaten nur mit dem dafür vorgesehenen Team geteilt werden, da die NFL sehr strenge Datenschutzrichtlinien vorgibt. Es ist also ausgeschlossen, dass beispielsweise die Cleveland Browns die Trainingsdaten der Green Bay Packers erhalten. Was vom Standpunkt der NFL gesehen jedoch sehr spannend ist: 2018 beschloss das NFL Competition Committee, dass jedes Team in der NFL auch die Spieltagsdaten jedes anderen Teams erhält. Es liegt nun an den Teams, die Daten mittels Data Analytics zu begreifen und daraus einen Leistungsvorsprung zu erzielen.

Die Daten ermöglichen eine optimale Performance. Profisportler regulieren oft ihre Ernährung und tracken Fitnessdaten und Schlaf. Jetzt kann die Leistung auf dem Spielfeld ebenfalls auf quantitative Art und Weise ausgewertet werden. Eines der wirklich praktischen Features der Lösung ist dabei das Dashboard für Trainer. Sie können die Spielerleistung beim Training in Echtzeit auf Ihren Geräten mittels WLAN nachverfolgen. Nach einer Verletzung können Teams die aktuelle Leistung mit der vorherigen Leistung vergleichen. Insgesamt bietet die Lösung Teams optimale Voraussetzungen hinsichtlich Produktivität, Gesundheit und Performance an Spieltagen.

Fans feuern ihre Teams leidenschaftlich an. Die Atmosphäre an Spieltagen ist dynamisch und elektrisierend und die Technologie eröffnet vollkommen neue Einblicke in den Profisport. Die Daten ermöglichen es der NFL, neue und aufregende Storys über Plays und Spiele zu erzählen. Die Fans nehmen all diese Informationen auf und können noch mehr wertschätzen, was sie auf dem Spielfeld beobachten – wie etwa die schnellsten Spieler oder dessen Fähigkeit, im Lauf die Richtung zu wechseln. Sportwetten und Fantasy Football sind bei Fans ebenfalls beliebt. Next Gen Stats können beeinflussen, welche Wetten Fans abschließen oder wie sie ihre virtuellen Footballteams aufstellen.

Die NFL kann Daten über Kollisionen, die Geschwindigkeiten der Spieler und Verletzungen zusammenführen. Mit diesen Daten kann die NFL mit Sportartikelherstellern zusammenarbeiten und sicherstellen, dass Helme und Shoulderpads die Spieler bestmöglich schützen. Dies ist ein Nebeneffekt der Lösung und der Next Gen Stats.

Hockey ist ein weiterer idealer Use Case für die Tracking-Lösung. Tracking mit Wearables könnte auch in der NBA oder beim Fußball funktionieren. Major League Baseball ist auch eine Option. Aus Sicht von Zebra Technologies war Football aufgrund des Formfaktors der Tags und dessen Applikation in der Schutzausrüstung ein idealer Startpunkt für die Entwicklung der Spieler-Tracking Lösung. Die Spieler bemerken die Tags nicht einmal und das ist wirklich herausragend, da die Leistung nicht beeinträchtigt wird.

Es besteht hinsichtlich Gesundheit und Sicherheit außerdem ein großes Interesse an Gesundheitsdaten der Spieler. Diese erfasst die Lösung von Zebra nicht. In Koordination mit anderen Technologien könnten diese jedoch in die Lösung integriert werden. Dazu gehören zum Beispiel der Einsatz von Pulsmessern, welche Daten erfassen, die eine Evaluierung der Spielerleistung in kritischen Spielmomenten ermöglicht. Hinsichtlich der Evolution des Footballspiels und Initiativen für mehr Spielersicherheit ist dies ein wichtiges Thema, welches die NFL weiterverfolgen kann.

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