Système de Positionnement Local (LPS)

Primo rédacteur : Delphine LOCURATOLO

Date de création : Novembre 2023

I.              Définition

Le système de positionnement local, local positioning system (LPS) est de plus en plus adopté dans le contexte sportif. Il renseigne de 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 LPS fonctionne comme un système de positionnement global, global positioning system (GPS). Néanmoins, il présente l’avantage d’être utilisable à l’intérieur.

II.            Histoire des LPS

1)    1945 : Radar

Le radar est apparu au cours de la Seconde Guerre Mondiale. A l’époque, il est utilisé par l’armée pour détecter, dans les lieux extérieurs, la position de l’ennemi. Cet outil émet des ondes qui renvoient un signal, en se réfléchissant sur un objet. Avec l’évolution des technologies, le radar est également rentré dans le monde du sport. Aujourd’hui, le radar mesure la vitesse maximale d’un athlète et a été validé scientifiquement pour ces mêmes mesures³.

2)    1944 : Horloge Atomique

Apparu après le prix Nobel de physique d’Isidor RABI, l’horloge atomique est le 1^er outil qui permet de calculer le temps que met un signal radio pour aller du satellite au récepteur GPS sur terre.

3)    Années 1960-1980 : Caméra et vidéo

La caméra est beaucoup utilisée à l’époque pour analyser la performance des joueurs au cours d’un match. La vidéo a l’avantage d’être assez simple d’utilisation. Les entraîneurs pouvaient également profiter des images pour améliorer leur stratégie de jeu. Néanmoins, l’analyse pouvait être longue car il fallait étiqueter les joueurs manuellement. Certains problèmes sont apparus notamment des athlètes qui se superposaient à la vidéo, des couleurs qui ne ressortaient pas assez, des changements de lumière…

4)    1964 : GPS

Le GPS permet de donner des informations de localisation sur différents plans à la surface de la terre. Validé scientifiquement pour les sports de terrain, le GPS est très utilisé dans le football, le hockey ou encore le rugby. Cet outil fonctionne grâce aux satellites qui gravitent dans l’espace. Il n’est donc utilisable qu’à l’extérieur.

5)    Année 2000 : LPS

Tout comme le GPS, le LPS est un outil qui permet de mesurer le positionnement des joueurs sur le terrain. En revanche, il a la particularité de se démarquer du GPS par son utilisation dans les milieux clos, en intérieur.

III.              Le Local Positioning System (LPS) : quésako ?

 

A.   Ce qu’il mesure :

Le Global Positioning System (GPS) développé et validé dans les années 1997, a permis à un grand nombre d’entraîneurs d’avoir un suivi quotidien des entraînements et des matchs de chacun de leurs joueurs⁴. L’avantage avec cet outil est qu’il permet d’obtenir des données en temps réel et très rapidement. Mais avec le temps, deux grands problèmes se sont illustrés:

1)    Le GPS dispose d’une faible fréquence d’échantillonnage (entre 5 et 10 Hz maximum) et ne fournit donc pas des données très fiables pour les changements de direction, les accélérations ou encore les décélérations.

2)    Le GPS se limite à une utilisation pour les sports en extérieur à cause de la mesure satellite⁵.

Pour pallier ces problèmes, le LPS a été créé. Fondé sur un réseau local d’antennes et de transpondeurs, cet outil est utilisable en intérieur et en extérieur. Il dispose de fréquences d’échantillonnage plus élevées (15 Hz et 20 Hz).

Le système fonctionne de telle sorte que les athlètes portent des capteurs, qui envoient des signaux via des ondes radio aux antennes installées tout autour du terrain. Les informations sont ensuite transmises via un large réseau à la station de base qui transforme les données reçues en données de position suivant les axes x (axe antéro-postérieur), y (axe transversal) et z (axe longitudinal)⁶.

         

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

Le LPS a obtenu une bonne validité de mesure pour la vitesse moyenne même s’il reste encore limité pour les mesures d’accélération, de décélération, de vitesse instantanée et de changements de direction. Sathyan et al., (2012) ont montré une erreur systématique sur la distance à l’intérieur, de l’ordre de 2% contre 1,3% à l’extérieur.

Aujourd’hui, le LPS et le GPS s’inscrivent tous deux dans une utilisation quotidienne des staffs et qui risque d’augmenter avec le temps.

B.   Comment mesurer la position :

Pour obtenir ces données de position, les LPS utilisent 4 catégories d’algorithmes basés sur l’estimation des mesures :

-       Le Temps d’arrivée (TOA) : il s’agit de la mesure de la propagation du signal entre l’émetteur et le récepteur. Pour le dire plus simplement, c’est le temps mis pour que le récepteur reçoive l’information.

-       L’angle d’arrivée (AOA) : il mesure l’angle des signaux arrivés au capteur de réception. Il s’agit ici d’une mesure qui permet d’avoir en partie la position de l’athlète sur le terrain.

-       L’intensité du signal reçu (RSSI) : cette mesure se base sur la force du signal radio de tous les points d’accès. Plus un athlète est près d’une antenne et plus le signal sera fort et inversement.

-       La différence de temps d’arrivée (TDOA) : il mesure le temps relatif à chaque section du récepteur. Il fait la différence entre les différents temps d’arrivé mesurés. La valeur obtenue permet de quantifier la distance parcourue par l’athlète au cours d’un entraînement ou d’un match.

De même, le LPS utilise différentes technologies pour réaliser ces mesures qui peuvent être :

-       Le système à bande ultra-large (Ultra-wideband) = il est le plus souvent utilisé pour les LPS. Il s’agit d’une technologie sans fil qui utilise des impulsions ultra-courtes qui permettent d’obtenir la position des joueurs sur la base de signaux radio. Ce système a également l’avantage d’offrir les mesures de position les plus précises sur une surface de 15 à 25 m.

-       L’infrarouge = conçu avec un émetteur et des récepteurs infrarouges, les infrarouges peuvent capter autour d’eux dans un rayon de 57 cm à 2,3 m. Les récepteurs sont installés tout autour de la pièce pour former le réseau afin de recevoir les informations.

-       La radio fréquence

-       Le bluetooth

-       La Wi-fi

C.   Domaine d’application

Comme expliqué précédemment, le LPS est utilisable principalement dans les sports collectifs et notamment les sports indoors. Cet outil permet une collecte de données quotidienne au cours des matchs et des entraînements. Ainsi, pour les entraîneurs, il est possible d’avoir un suivi hebdomadaire voir quotidien, pour les entraîneurs, de la charge d’entraînement. Ce peut également être un moyen de suivre l’évolution d’un joueur de retour de blessure.

D.    Mesurer l’utilisation des LPS

Bien que le LPS ait été validé scientifiquement et puisse être utile aux entraîneurs, il faut être en capacité d’analyser les données avec cohérence et lucidité : les chiffres ne veulent pas tout dire… En effet, il est important de toujours connaître ce que calcule et mesure le fabricant du LPS. De même, il a été montré que les valeurs d’accélérations et décélérations n’étaient pas vraiment représentatives de la réalité. Il faut prendre des précautions par rapport 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 obtenir de nouvelles variables sur l’activité des joueurs au cours du jeu

2)    Gagner en précision de mesure principalement sur l’accélération, la décélération et les changements de direction

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

Références :

¹ Hameedah et al., (2018)

² Mainetti Patrono et Sergi, (2014) 

³ Hoppe et al., (2018) 

⁴ Hoppe et al., (2018)

⁵ Alt et al., (2020)

⁶ Sathyan et al., (2012)

 

Bibliographie : 

1. Alt, P. S., Baumgart, C., Ueberschär, O., Freiwald, J., & Hoppe, M. (2020). Validity of a Local Positioning System during Outdoor and Indoor Conditions for Team Sports. Sensors, 20(20), 5733. 
2. Aughey, R. J. (2011). Applications of GPS technologies to field sports. International Journal of Sports Physiology and Performance, 6(3), 295–310. 
3. Barbero-Álvarez, J. C., Coutts, A. J., Granda, J., Barbero-Álvarez, V., & Castagna, C. (2010). The validity and reliability of a global positioning satellite system device to assess speed and repeated sprint ability (RSA) in athletes. Journal of Science and Medicine in Sport, 13(2), 232–235. 
4. Blauberger, P., Marzilger, R., & Lames, M. (2021). Validation of Player and Ball Tracking with a Local Positioning System. Sensors, 21(4), 1465. 
5. Hasan, H. S., Hussein, M., Saad, S. M., & Dzahir, M. A. M. (2018). An overview of local positioning system: Technologies, techniques and applications. International Journal of Engineering & Technology, 7(3.25), 1-5.
6. Hoppe, M., Baumgart, C., Polglaze, T., & Freiwald, J. (2018). Validity and reliability of GPS and LPS for measuring distances covered and sprint mechanical properties in team sports. PLOS ONE, 13(2), e0192708. 
7. Mainetti, L., Patrono, L., & Sergi, I. (2014). A survey on indoor positioning systems. 22nd International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks, pp. 111–120. doi: 10.1109/SOFTCOM.2014.7039067. 
8. Nagahara, R., Botter, A., Rejc, E., Koido, M., Shimizu, T., Samozino, P., & Morin, J. (2017). Concurrent validity of GPS for deriving mechanical properties of sprint acceleration. International Journal of Sports Physiology and Performance, 12(1), 129–132. 
9. Rico-González, M., Arcos, A. L., Clemente, F. M., Rojas-Valverde, D., & Pino-Ortega, J. (2020). Accuracy and Reliability of local Positioning Systems for Measuring sport Movement Patterns in Stadium-Scale: A Systematic Review. Applied Sciences, 10(17), 5994. 
10. Sathyan, T., Shuttleworth, R., Hedley, M., & Davids, K. (2012). Validity and reliability of a radio positioning system for tracking athletes in indoor and outdoor team sports. Behavior Research Methods, 44(4), 1108–1114. 
11. Thome, M., Thorpe, R. T., Jordan, M. J., & Nimphius, S. (2023). Validity of global positioning system technology to measure maximum velocity sprinting in elite sprinters. The Journal of Strength and Conditioning Research, 37(12), 2438–2442.