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研究生： 李凱金
Lei, Hoi-Kam
論文名稱： 數據驅動的球隊管理: 以 IoT 感測器提升桌球表現的實驗
Data-Driven Team Management: An Experimental Study on Enhancing Table Tennis Performance Using IoT Sensors
指導教授： 林世昌
Lin, Shih-Chang
口試委員: 周大森
曾雅雯
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 科技管理學院 - 經營管理碩士在職專班
Business Administration
論文出版年： 2024
畢業學年度： 112
語文別： 中文
論文頁數： 45
中文關鍵詞： 物聯網 、乒乓球 、桌球 、慣性感測器 、加速規 、爆發力
外文關鍵詞： Inertial Sensor
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    • 本研究旨在透過探索物聯網 (IoT) 慣性感測器技術應用在提升乒乓球中提拉下旋球的中的數據分析，以此數據驅動技術對球隊管理和訓練方法的革新為重點，從傳統的經驗傳承和主觀感受的訓練方式轉為數據量化，結果可視化的訓練方式。
    研究的動機源於在清華大學桌球社觀察到，初學者在執行提拉下旋球動作時常遭遇挑戰。鑒於此，本研究在分析提拉下旋球高成功率與低成功率的球員在揮拍感測器收集的數據上的差異，並通過數據驅動的方法提升進球率，達到更有效的訓練效率。
    研究採用 IoT 慣性感測器，涵蓋 X、 Y、 Z 軸的加速度、角速度和軸轉角度，來偵測揮拍時的各項參數。通過分析這些參數與拉球成功率之間的相關性，研究揭示能量轉換、擊球速度、擊球角度、以及旋轉等因素對乒乓球回球速度和方向的影響。此外，球員的年紀、球齡、爆發力、是否曾被訓練等因素對擊球成功率的影響也被考量在內。
    主要的研究發現顯示，揮拍加速度、角速度、球齡、爆發力和教練的介入，對於拉球成功率有顯著影響。數據分析結果不僅揭示高成功率進球和低成功率揮拍之間的差異，也為教練和球員提供具體的數據支持，以優化訓練計劃和目標，甚至對於球隊的未來球員的徵選提供量化結果。這項研究表明，利用 IoT 慣性感測器進行的數據分析，能有效提升乒乓球運動員的表現，並對球隊管理和訓練方法帶來革命性的改變。

    This study aims to explore the application of Internet of Things (IoT) inertial sensor
    technology in enhancing the data analysis of the forehand spin against cut defence in table
    tennis. The focus is on the innovation of team management and training methods driven by
    data, transitioning from traditional experience inheritance and subjective training methods
    to data quantification and visualized results for training.
    The motivation for the research originated from the observation in the Tsinghua University Table Tennis Club that beginners often encounter challenges when executing the
    forehand spin against cut defence. In light of this, the study analyzes the differences in
    sensor-collected data between players with high and low success rates in performing this
    stroke and seeks to improve the rate of successful shots through a data-driven approach,
    leading to more effective training efficiency.
    The study employed IoT inertial sensors, covering the acceleration, angular velocity, and axis rotation angle on the X, Y, and Z axes, to detect various parameters during the stroke. By analyzing the correlation between these parameters and the success rate of spin shots, the research reveals the impact of energy transfer, striking speed, striking angle, and
    spin on the speed and direction of table tennis returns. Furthermore, factors such as the player’s age, years of experience, explosive power, and prior training were also considered in their influence on the success rate of shots.
    Key findings indicate that the acceleration and angular velocity of the stroke, years of playing, explosive power, and the involvement of a coach significantly impact the success rate of the forehand spin against cut defence. The data analysis not only reveals the differences between high success rate shots and low success rate strokes but also provides
    concrete data support for coaches and players to optimize training plans and objectives, and even offers quantified results for future player selection of the team. This research demonstrates that data analysis conducted with IoT inertial sensors can effectively enhance the performance of table tennis athletes and bring revolutionary changes to team management and training methods.

    致謝 2 摘要 3 Abstract 4 目錄 6 圖目錄 8 表目錄 9 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 研究動機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 研究目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第二章 文獻探討 5 2.1 數據驅動對球隊管理的影響 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 IoT 技術在體育中的應用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.1 數據分析在運動訓練中的例子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 桌球運動科學 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 文獻探討總結 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第三章 研究方法 11 3.1 研究工具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2 數據收集方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.1 實驗環境架設 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.2 研究樣本 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3 數據分析方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.4 研究限制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第四章 實驗結果與討論 15 4.1 數據處理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1.1 總加速度之計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1.2 爆發力指數之計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.1.3 進球率之計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.2 結果展示與分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.2.1 敍述統計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.2.2 進球率迴歸模式分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.2.3 爆發力指數迴歸分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.2.4 教練介入之數據比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 第五章 結果與未來展望 21 5.1 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.1.1 研究貢獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.1.2 實際應用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.2 未來研究方向 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 參考文獻 23 圖目錄 25 1 白努力定律球上下方壓力比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2 上旋球造成的弧線 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3 圓週運動半徑與速度大小關係 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4 肩拍距大小造成的揮拍幅度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 手腕手肘影響加速距離 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6 IoT 感測器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 7 實驗架構圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 8 發球機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 9 9-axis 數據 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 10 Box Plot - 9 軸資料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 11 Box Plot - 總加速度，加速時間，爆發力指數，進球率 . . . . . . . . . . . 30 12 加速度與總加速度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 13 起始加速度計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 14 Box Plot - 總加速度，加速時間，爆發力指數，進球率 (對照組) . . . . . . 32 表目錄 1 正手攻球和提拉下旋球的動作差異 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2 選手資料 (初階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3 選手資料 (進階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4 選手數據加速度平均值 (初階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5 選手數據速度平均值 (初階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6 選手數據爆發力平均值 (初階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 7 選手數據加速度平均值 (進階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 8 選手數據速度平均值 (進階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 9 選手數據爆發力平均值 (進階) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 10 變數相關性分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 11 進球率自變數 VIF 分析結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 12 進球率迴歸分析結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 13 爆發力指數迴歸分析結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 14 各組別揮拍數據比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 15 教練介入前後數據比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 16 教練介入後的影響 Paired t-Test 結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

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