Système de Positionnement Local (LPS)

Primo rédacteur : Delphine LOCURATOLO

Date de création : Novembre 2023

 

I.              Définition

Le systèSystème de positionnementPositionnement local, local positioning systemLocal (LPS) est

 

I.              Définition

Les systèmes de pluspositionnement, enqu'ils plussoient adoptélocaux (LPS), optiques ou globaux (GPS), sont préconisés pour une utilisation dans le contextesport sportif.en Ilraison renseignede leur précision améliorée^1-3, de la facilité relative de collecte et de traitement des données^1-2, ainsi que de leur capacité à fournir des variables locomotrices plus complètes¹ comparativement à d'autres options de quantification de la charge externe⁶. De ce fait, les technologies LPS sont apparues comme des alternatives viables aux GPS pour les sports d’intérieur, offrant des informations précises en temps réel sur la position instantanée des athlètes sur le terrain¹.Utilisé

à l’entraînement et en match pour le suivi des joueurs, pour évaluer le monitoring de la charge ou encore pour mesurer l’atteinte d’un objectif d’entraînement²; le

Le LPS fonctionne commeen disposant des antennes autour de l'aire de jeu, qui triangulent ensuite leur position avec un systèmecapteur porté par les athlètes, permettant ainsi de positionnementdéduire global,les globalpositions positioningavec system (GPS)exactitude¹. Néanmoins,Cependant, la précision des LPS peut être affectée par les changements rapides de vitesse et de direction⁴, phénomènes courants dans de nombreux sports collectifs d'intérieur. En conséquence, il présenteest l’avantagesuggéré d’êtreque utilisableles àestimations l’intérieur.d'erreur soient régulièrement vérifiées pour les athlètes produisant des mouvements dynamiques rapides⁴.

 

II.           Histoire des LPS

1.   

1)    1945 : RadarInvention du radar

LeInventé radar est apparu au cours dedurant la Seconde Guerre Mondiale.mondiale, Ale l’radar époque,tait il estinitialement utilisé par l’les forces arméees pour détecter, dans les lieux extérieurs,tecter la position de l’ennemi.l'ennemi dans des environnements extérieurs. Cet outilinstrument, fonctionnant par l'émetmission des d'ondes qui renvoientse réfléchissent sur des objets pour renvoyer un signal, ena se réfléchissant surjoué un objet.rôle crucial dans les stratégies militaires. Avec l’évolutionle destemps, technologies,et grâce aux avancées technologiques, le radar esta égalementtrouvé rentréde nouvelles applications, notamment dans le mondedomaine dusportif. sport. Aujourd’Aujourd'hui, leil radarest mesureemployé pour mesurer avec précision la vitesse maximale d’undes athlètetes, etune utilisation qui a été validé scientifiquement pour ces mêmes mesures³.validée.

 

2)2.     1944 : HorlogeL’avènement Atomiquede l’horloge atomique

ApparuDéveloppée aprèssuite leau prixPrix Nobel de physique d’attribué à Isidor RABI,Rabi, l’l'horloge atomique estreprésente une révolution dans la mesure du temps. Cette innovation a été le 1^erpremier outil qui permetpermettant de calculer avec précision le temps que met un signal radio pourà allerparcourir dula distance entre un satellite auet un récepteur GPS sur terre.Terre. L'exactitude fournie par l'horloge atomique a non seulement amélioré la fiabilité des systèmes de navigation, mais elle a aussi posé les bases pour les avancées technologiques futures dans de nombreux domaines scientifiques et pratiques.

 

3)3.     Années 1960-1980 : CaméL’ère de la caméra et de la vidéo dans le sport

LaDurant les années 1960 à 1980, la caméra est beaucoupdevenue utiliséeun àoutil l’époqueessentiel pour analyserl'analyse lades performanceperformances des joueurs aupendant coursles d’un match.matchs. La simplicité d'utilisation de la vidéo ala l’avantagerendait d’êtreparticulièrement assez simple d’utilisation. Les entraîneurs pouvaient également profiter des imagesattrayante pour améliorerles leurentraîneurs, qui s'en servaient pour affiner leurs stratégiegies de jeu. Néanmoins,Toutefois, l’cette méthode comportait certains défis : l'analyse pouvaitétait êtresouvent longuefastidieuse, carnécessitant il fallaitun étiquetertiquetage lesmanuel joueursdes manuellement.joueurs. CertainsDe plus, divers problèmes sonttechniques apparuspouvaient notammentaltérer la qualité des enregistrements, tels que la superposition des athlètes qui se superposaient à lal'image, vidéo,un contraste insuffisant des couleurscouleurs, qui ne ressortaient pas assez,ou des changementsvariations de lumière…l'éclairage, rendant parfois l'analyse vidéo plus complexe.

 

4)4.     1964 : GPS

Le GPS permetet son impact dans le sport

Introduit en 1964, le système de donnerpositionnement desglobal (GPS) a révolutionné la façon dont les informations de localisation sont communiquées et utilisées sur différents plans à la surface de la terre.Terre. Validé scientifiquement pour son application dans les sports de terrain, le GPS est trèsdevenu utiliséun outil incontournable dans des disciplines telles que le football, le hockey ou encoreet le rugby. Cet outil fonctionneFonctionnant grâce auxà un réseau de satellites quien gravitentorbite dansautour l’espace.de Illa n’Terre, le GPS fournit des données de localisation précises mais est donclimité utilisable qu’à l’un usage extérieur.rieur en raison de sa dépendance aux signaux satellites.

 

5)5.     Année 2000 : LPSL’avènement du Système de Positionnement Local (LPS)

Tout commeAvec le GPS,début du nouveau millénaire, le LPS esta émergé comme un outil quirévolutionnaire permet depour mesurer le positionnement des joueurs sur le terrain. EnContrairement revanche,au ilGPS, le LPS a la particularité de sefonctionner démarquerefficacement du GPS par son utilisation dans lesen milieux clos, ce qui le rend idéal pour les sports d'intérieur. Cela permet une localisation précise des joueurs même sous un toit, là où les signaux GPS ne peuvent pas atteindre. Ainsi, le LPS a ouvert de nouvelles perspectives pour l'analyse et l'amélioration des performances sportives en environnement intérieur.

 

III.        LeSystème Localde Positioningpositionnement System (LPS)local : quésako ?

 

 

A.   Ce qu’il mesure :

LeDepuis Global Positioning System (GPS)son développéveloppement et validé dans les annéesen 1997, le GPS a permis à un grand nombre d’d'entraîneurs d’avoirde unsuivre suiviquotidiennement quotidien desles entraînements et desles matchs de chacunperformances de leurs joueurs⁴⁷. L’avantageL'un avecdes principaux avantages de cet outil est qu’ilsa permetcapacité d’obtenirà fournir des données en temps réel et trèsel, rapidement. MaisCependant, avecau lefil du temps, deux grandslimitations problèmes semajeures sont illustrés:apparues :

1)1.     Faible fréquence d'échantillonnage : Le GPS disposeoffre d’une faible fréquence d’d'échantillonnage (limitée, entre 5 et 10 HzHz, maximum)ce etqui nerend fournit donc pas desses données trèsmoins fiables pour les changements de direction, les accélérations ou encoreet les décélérations.

2)2.     LeLimitation aux espaces extérieurs : En raison de sa dépendance aux signaux satellites, le GPS seest limiteprincipalement à une utilisationutilisable pour les sports pratiqués en extérieur à cause de la mesure satellite⁵.rieur.

 

Pour palliersurmonter ces problèmes, le LPS a été créédéveloppé. Fondé surUtilisant un réseau local d’d'antennes et de transpondeurs, cetle outilLPS estfonctionne utilisableà la fois en intérieur et en extérieur.rieur Ilet disposeoffre dedes fréquences d’d'échantillonnage plus élevées (15 Hz et 20 Hz)., garantissant ainsi une mesure plus précise et adaptée aux dynamiques rapides des sports modernes.

Le systèmefonctionnement fonctionnedu LPS repose sur l'utilisation de tellecapteurs sorteportés quepar les athlètes portent des capteurs,tes, qui envoientémettent des signaux viaà travers des ondes radioradio. auxCes signaux sont captés par des antennes installédisposées tout autour du terrain. Les informations captées sont ensuite transmisesrelayées à une station de base via un large réseau àétendu. À la station de base qui transformebase, les données reçues sont transformées en donnécoordonnées de positionposition, précisément suivant les axes x (axe antéro-postérieur), y (axe transversal), et z (axelongitudinal), longitudinal)permettant ainsi une analyse tridimensionnelle du mouvement des athlètes⁶⁸.

  

 

Figure 1. Illustration de la disposition des antennes autour du terrain et des capteurs placés sur les athlètes

 

Le LPS a obtenuprouvé une bonnesa validité depour mesure pourmesurer la vitesse moyennemoyenne, mêmemais s’il resteprésente encore limitédes limites pour les mesures d’accélération, de décélération, de vitesse instantanéee, et de changements de direction. Une étude menée par Sathyan et al., (2012)en ont2012, montréa relevé une erreur systématique surdans lales mesures de distance à: l’environ 2% en intérieur, de l’ordre de 2% contre 1,3% àen l’extérieur.

rieur,

Aujourd’hui,mettant leen LPSévidence les défis techniques inhérents aux environnements clos. Malgré ces défis, l'utilisation du LPS, ainsi que celle du GPS, est devenue courante parmi les équipes techniques dans les sports, et le GPS s’inscrivent tous deux dans uneleur utilisation quotidienneest dessusceptible staffsde et qui risque d’augmenters'accroître avec le temps.temps .

 

B.    Comment mesurer la position :

Pour obtenirdéterminer cesla donnéesposition deprécise position,des athlètes, les LPS utilisentmettent 4en œuvre quatre catégories d’d'algorithmes basés sur l’l'estimation des mesures :

-1.   Le Temps d’arrivée (TOA) : ilIl s’s'agit de mesurer le temps que met un signal à se propager de l'émetteur au récepteur. Cela permet de déterminer la distance parcourue par le signal, offrant ainsi une indication de la mesure de la propagation du signaldistance entre l’l'émetteur et le récepteur. Pour le dire plus simplement, c’est le temps mis pour que le récepteur reçoive l’information.

-2.   L’angleAngle d’arrivée (AOA) : ilCette méthode mesure l’l'angle dessous lequel les signaux arrivésatteignent aule capteur de réception. IlElle s’agitest iciutilisée d’unepour mesuredéterminer la direction d'où provient le signal, ce qui permetaide d’avoirà enlocaliser partiepartiellement la position de l’l'athlète sur le terrain.

-3.   L’intensitéIntensité du signal reçu (RSSI) : cette mesure se baseBasée sur la force du signal radio provenant de tous lesdifférents points d’d'accès.s, Pluscette mesure indique que plus un athlète est prèsproche d’d'une antenne etantenne, plus le signal reçu sera fortfort, et inversement.vice-versa.

-4.  La difféDifférence de temps d’arrivée (TDOA)  : ilCette technique mesure leles différences de temps relatifd'arrivée des signaux à chaquedifférents sectioncapteurs. duElle récepteur.calcule Illes fait la différenceécarts entre les différents temps d’d'arrivée mesurés.pour Laétablir valeurla obtenueposition permetrelative de quantifier la distance parcouruel'émetteur par l’athlèterapport auaux cours d’un entraînement ou d’un match.capteurs.

 

De même, le LPS utiliseintègre différentesdiverses technologies pour réaliser cesses mesuresmesures, quichacune peuventayant êtreses particularités :

-1.   Le systèSystème à bande ultra-large (Ultra-wideband)wideband, UWB) =: ilCouramment utilisé dans les LPS, l'UWB est le plus souvent utilisé pour les LPS. Il s’agit d’une technologie sans fil qui utiliseémet des impulsions ultra-courtescourtes. quiCette permettentméthode d’obtenirpermet lade positionlocaliser les positions des joueurs suravec laune base de signaux radio. Ce système a également l’avantage d’offrir les mesures de position les plusgrande précisescision sur unedes surfacesurfaces allant de 15 à 25 m.mètres, offrant ainsi les mesures les plus exactes parmi les technologies disponibles.

-2.  L’infrarougeInfrarouge =: conçuCe avecsystème utilise un émetteur et desplusieurs récepteurs infrarouges,infrarouges. lesLes capteurs infrarouges peuvent capterdétecter autourles d’euxsignaux dans un rayon de 57 cm à 2,3 m.mètres. Les récepteurs sont installédisposés tout autour de la pièce pour former leun réseau afinqui de recevoirrecueille les informations.informations transmises.

-3.   LaRadio Fréquence : Cette technologie utilise des ondes radio fréquencepour communiquer entre les émetteurs et les récepteurs, permettant une couverture étendue et moins susceptible aux obstacles physiques comparée à l'infrarouge.

-4.    Bluetooth : Le bluetoothBluetooth permet la communication sans fil sur de courtes distances. Bien qu'il soit moins utilisé pour des mesures précises de position, il est efficace pour des applications où la portée et la précision extrême ne sont pas critiques.

-5.    LaWi-Fi : Similaire à la radiofréquence, le Wi-fiFi utilise des ondes pour émettre des signaux à travers des routeurs et des antennes. Il est souvent utilisé dans les environnements où l'infrastructure Wi-Fi est déjà en place, permettant un déploiement facile et rapide.

 

C.   Domaine d’application

Comme expliqué précédemment, leLe LPS esttrouve utilisableson utilité principalement dans les sports collectifscollectifs, etsurtout notammentpour les sportsactivités indoors.indoor où le GPS est moins efficace. Cet outil permetfacilite unela collecte quotidienne de données quotidiennependant au cours desles matchs et des entraînements. Ainsi, pour les entraîneurs,nements, ilpermettant est possible d’avoir un suivi hebdomadaire voir quotidien, pour lesaux entraîneurs,neurs de suivre de manière hebdomadaire, voire quotidienne, la charge d’d'entraînement. Ce peut également être un moyennement de suivrechaque l’évolutionjoueur. L'utilisation du LPS est particulièrement précieuse pour monitorer la progression d’un joueur lors de son retour à la compétition après une blessure, offrant ainsi un outil pour la gestion de blessure.la réhabilitation.

 

D.   Mesurer l’utilisation des LPS

Bien que le LPS ait été scientifiquement validé scientifiquementpour son efficacité, une utilisation judicieuse et puisseune êtreinterprétation utilecorrecte aux entraîneurs, il faut être en capacité d’analyser lesdes données avecqu'il cohérencefournit etsont luciditécruciales. :Les entraîneurs doivent comprendre non seulement les chiffres nemais veulent pas tout dire… En effet, il est important de toujours connaîtreaussi ce que calcule etchaque mesure leimplique. fabricantEn du LPS. De même, il a été montré queparticulier, les valeurs d’relatives aux accélérations et décélérations n’étaientpeuvent ne pas vraimentrefléter représentativesentièrement la réalité des mouvements des athlètes. Par conséquent, il est essentiel de prendre en compte les limitations de ces mesures et d'adopter une approche critique lors de l'analyse des résultats, afin d'éviter des conclusions erronées basées uniquement sur les données brutes. La compréhension approfondie des métriques que le fabricant du LPS calcule et mesure est donc indispensable pour garantir une interprétation précise et utile. En effet, le processus de filtrage n'est généralement pas divulgué par les fabricants en raison de la réalité.nature Ilpropriétaire faut prendreet des précautionsoccupations parde rapportpropriété intellectuelle⁵, compliquant davantage la compréhension de la validité des mesures. Ceci est particulièrement pertinent à aborder dans la recherche et la pratique liées aux résultats obtenus pour ces paramètres.

« On peut faire dire ce que l’on veut aux chiffres… »

E.   Les évolutions possibles 

Trois grandes évolutions sont imaginables dans les années à venir :

1)    Réussir à obtenirsports de nouvellespetit variablesterrain, surcar l’activité des joueurs au cours du jeu

2)    Gagner enla précision dedes mesureLPS principalementest suraffectée l’accélération, la décélération etpar les changements rapides de vitesse et de direction⁴, qui sont courants dans ces sports.

3)    Améliorer les capteurs portés par les joueurs pour faciliter leur mise en service

 

Références : 

¹ HameedahPortes et al., (2018)2020)

² Puente et al., (2017)

³ Pino-Ortega et al., (2019)

⁴ Ogris et al., (2012)

⁵ McLean et al., (2019)

⁶ Mainetti Patrono et Sergi, (2014) 

³⁷ Hoppe et al., (2018) 

⁴ Hoppe et al., (2018)

⁵ Alt et al., (2020)

⁶⁸  Sathyan et al., (2012)

 

Bibliographie

Bibliographie : 

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