Improvements on GPS Speed Accuracy

🇮🇹 La versione italiana dell’articolo è disponibile in fondo.

Soccerment is continually seeking to enhance player performance through cutting-edge technology. Our latest research focuses on improving the accuracy of speed measurements using the innovative XSEED smart shinguards, comparing them against traditional GPS vests. By conducting studies in both controlled environments and real match conditions, we aim to refine GPS speed calculations, ensuring that players and coaches can rely on precise data to inform their training and strategic decisions.



Introduction

At Soccerment, our quest for precision in sports technology continually evolves, focusing on enhancing player performance through accurate data tracking. In our recent study, we explored the improvement of XSEED’s speed calculation by employing two different settings: a controlled environment that mimics actual football actions and real-world match conditions. Our research strives to refine GPS speed measurements using XSEED compared to traditional GPS vests, aiming to minimize discrepancies and bolster reliability.


The importance of Speed Accuracy Calculation

Understanding exact speed is vital for athletes, especially football players. It directly influences training regimens and match strategies. Accurate speed measurement is crucial because it forms the foundation for developing other critical metrics such as acceleration, deceleration, and overall player dynamics. This ensures that players and coaches can analyze true performance levels and adjust techniques accordingly. Conversely, inaccurate speed data can lead to flawed tactical decisions and inefficient training, undermining player development and team performance.


Simplified Problem Description  

We embarked on a comparative study between XSEED smart shinguards and a GPS vest considered the industry’s gold standard. Our smart shinguards, equipped with GNSS sensors operating at a 10 Hz frequency, were put to the test against the GPS vest’s 18 Hz frequency. We utilized cross-correlation techniques for data synchronization and alignment, aiming to ensure the accuracy of comparative results.

Comparative image displaying the speed signal from XSEED in orange versus the “gold standard” in red, showcasing multiple drills performed by a Serie D team athlete. The first and third drills are sprint drills with intermediate changes of direction, while the middle drill is a straight-line sprint.


Solution and Results

To enhance GPS data accuracy, we implemented various merging and filtering strategies with the shinguards data. These strategies yielded significant improvements, comparing XSEED speed signal with the one of the GPS vest:

  • The global Root Mean Square Error (RMSE) was reduced from 2.24 km/h to a mere 1.54 km/h.
  • The predictability of GPS data, as measured by the Coefficient of Determination (R²), increased from 0.71 to 0.87.

These metrics underscore a substantial enhancement in the accuracy and reliability of GPS data, which is crucial for real-time performance analytics in sports.


Discussion: Enhanced Monitoring and Future Directions

The refined data accuracy offers improved reliability in monitoring player movements and speed, which are critical for crafting targeted training programs and mitigating injury risks. This advancement demonstrates the potential of sophisticated data processing techniques in elevating the precision of GPS devices used in sports. Looking ahead, our study lays the groundwork for further innovations in athlete performance monitoring, potentially introducing new paradigms in sports analytics.


IEEE Star

This research was presented by Ing. and PhD candidate Susanna Stillavato, one of our SportsTech Engineers, at the congress held from 8 to 10 July, IEEE-STAR 2024, International Workshop on Sport Technology and Research, promoted by IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers, in collaboration with the Polytechnic of Milan – Lecco territorial center.

Conclusion

Our research highlights the potential of XSEED smart shinguards in advancing sports technology, particularly by improving the accuracy of speed measurements compared to traditional GPS vests. By refining GPS data through advanced merging and filtering strategies, we have significantly enhanced the reliability of performance analytics. Looking ahead, XSEED’s development will focus on providing deeper insights into player acceleration and energy consumption, enabling more precise training and recovery programs.


🇮🇹 VERSIONE ITALIANA

Miglioramenti nella precisione della velocità GPS

Soccerment è alla costante ricerca di migliorare le prestazioni dei calciatori attraverso tecnologie all’avanguardia. Per questo, la nostra ultima ricerca si concentra sul migliorare la precisione delle misurazioni della velocità utilizzando i rivoluzionari parastinchi intelligenti XSEED, confrontandoli con le tradizionali pettorine GPS. Conducendo studi sia in ambienti controllati che in condizioni di partita reale, miriamo a perfezionare i calcoli della velocità GPS, assicurando che giocatori e allenatori possano fare affidamento su dati precisi per prendere migliori decisioni strategiche.



Introduzione

In Soccerment, la ricerca di precisione nella tecnologia sportiva evolve continuamente, concentrandosi sul miglioramento delle prestazioni dei giocatori attraverso il tracciamento accurato dei dati. In questo recente studio, abbiamo approfondito i miglioramenti sul calcolo della velocità di XSEED utilizzando due ambienti di raccolta dati diversi. Il primo era controllato ed imitava le azioni reali del calcio, mentre il secondo erano condizioni di partita e allenamento reali. La nostra ricerca mira a perfezionare le misurazioni della velocità GPS confrontando XSEED con le tradizionali pettorine GPS, con l’obiettivo di ridurre al minimo le discrepanze e aumentare l’accuratezza.


L’importanza della precisione nel calcolo della velocità

Conoscere la velocità esatta è fondamentale per gli atleti, in particolare per i calciatori. Questa infatti, influenza direttamente i regimi di allenamento e le strategie di gioco. Una misurazione accurata della velocità è fondamentale perché costituisce la base per lo sviluppo di altri parametri critici come accelerazione, decelerazione e dinamiche complessive del giocatore. Questo garantisce che giocatori e allenatori possano analizzare i livelli di prestazione reali e adattare i programmi di allenamento di conseguenza. Al contrario, dati di velocità inaccurati possono portare a decisioni tattiche errate e a un allenamento inefficace, compromettendo lo sviluppo del giocatore e le prestazioni della squadra.


Descrizione semplificata del problema

Abbiamo intrapreso uno studio comparativo che presenta come protagonisti i parastinchi intelligenti XSEED, dotati di sensori GNSS operanti a una frequenza di 10 Hz, e una pettorina GPS, considerata la migliore del settore, operante alla frequenza di 18 Hz. Abbiamo utilizzato tecniche di cross-correlazione per la sincronizzazione e l’allineamento dei dati, con l’obiettivo di garantire l’accuratezza dei risultati comparativi.

Immagine che mostra il segnale di velocità di XSEED in arancione, in comparazione al “gold standard” in rosso, che mostrando vari esercizi eseguiti da un atleta di una squadra di Serie D. Il primo e il terzo esercizio sono esercizi di sprint con cambi di direzione intermedi, mentre l’esercizio centrale è uno sprint in linea retta.


Soluzione e risultati

Per migliorare l’accuratezza dei dati GPS, abbiamo implementato varie strategie di merging e filtraggio con i dati dei parastinchi. Queste strategie hanno portato miglioramenti significativi, confrontando il segnale di velocità di XSEED con quello della pettorina GPS:

  • L’Errore Quadratico Medio Globale (RMSE) è stato ridotto da 2,24 km/h a soli 1,54 km/h.
  • La prevedibilità dei dati GPS, misurata dal Coefficiente di Determinazione (R²), è aumentata da 0,71 a 0,87.

Queste metriche sottolineano un miglioramento sostanziale nell’accuratezza e nell’affidabilità dei dati GPS.


Discussione: Monitoraggio avanzato e sviluppi futuri

L’accuratezza dei dati ottenuta offre una maggiore affidabilità nel monitoraggio dei movimenti e della velocità dei giocatori, aspetti essenziali per la creazione di programmi di allenamento mirati e per la riduzione dei rischi di infortuni. Questo avanzamento dimostra il potenziale delle tecniche di elaborazione dei dati nell’aumentare la precisione dei dispositivi GPS utilizzati nello sport. Guardando al futuro, il nostro studio pone le basi per ulteriori innovazioni nel monitoraggio delle prestazioni degli atleti, introducendo potenzialmente nuovi paradigmi nell’analisi sportiva.


IEEE Star

Questa ricerca è stata presentata dall’ingegnere e dottoranda Susanna Stillavato, una delle nostre SportsTech Engineers, al congresso IEEE-STAR 2024, International Workshop on Sport Technology and Research, tenutosi dall’8 al 10 luglio, promosso dall’IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers, in collaborazione con il Politecnico di Milano – Polo territoriale di Lecco.

Conclusione

La nostra ricerca evidenzia il potenziale dei parastinchi intelligenti XSEED nel progresso della tecnologia sportiva, in particolare migliorando l’accuratezza delle misurazioni della velocità rispetto alle tradizionali pettorine GPS. Migliorando i dati GPS attraverso strategie avanzate di merging e filtraggio, abbiamo significativamente migliorato l’affidabilità delle analisi delle prestazioni. Guardando al futuro, lo sviluppo di XSEED si concentrerà nel fornire metriche più accurate sull’accelerazione dei giocatori e sul consumo energetico, consentendo programmi di allenamento e recupero più precisi.



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