A framework for the analytical and visual interpretation of complex spatiotemporal dynamics in soccer

Pla de Doctorat Industrial de la Generalitat de CatalunyaSports analytics is an emerging field focused on the application of advanced data analysis for assessing the performance of professional athletes and teams. In soccer, the integration of data analysis is in its initial steps, primarily due to the difficulty of making sense of soccer's complex spatiotemporal relationships and effectively translating findings to practitioners. Recently, the availability of spatiotemporal data has given rise to applying statistical approaches to address problems such as estimating passing and scoring probability, or the evaluation of players' mental pressure. However, most of these approaches focus on isolated aspects of the sport, while coaches tend to focus on the broader interplay of all 22 players on the pitch. To address the non-stop flow of questions that coaching staff deal with daily, we identify the need for a flexible analysis framework that allows us to answer these questions quickly, accurately, and in a visually-interpretable way while capturing the complex spatial and contextual factors that rule the game. We propose developing such a comprehensive framework through the concept of the expected possession value (EPV). First introduced in basketball, EPV constitutes an instantaneous estimate of the expected points to be scored at the end of a possession. However, aside from a shared high-level goal, our focus on soccer necessitates a drastically different approach to account for the sport's nuances, such as looser notions of possession, the ability of passes to happen at any location, and space-time dependent turnover evaluation. Following this, we propose modeling EPV in soccer by addressing the question, "can we estimate the expectation of a team scoring or conceding the next goal at any time in the game?" From here, we address a series of derived interrogations, such as how should the EPV expression be structured so coaches can more easily interpret it? Can we produce calibrated and interpretable estimates for each of its components? Can we develop representative and soccer-specific features with the aid of coaches? Is it possible to learn complex features from raw level spatiotemporal data? Finally, and most importantly, can we produce compelling practical applications? These questions are successfully addressed in this thesis, where we present a series of contributions for both the machine learning and soccer analytics fields related to the modeling and practical interpretation of complex spatiotemporal dynamics. We propose a decomposed modeling approach where a series of foundational soccer components can be estimated separately and then merged to provide a single EPV estimation, providing flexibility to this integrated model. From a practical standpoint, we leverage several function approximation approaches to exploit complex relationships in spatiotemporal tracking data. An essential contribution of this work is the proposal of SoccerMap, a flexible deep learning architecture capable of producing accurate and visually-interpretable probability surfaces in a broad range of problems. Based on a large set of spatial and contextual features developed, we model and provide accurate estimates for each of the components of the EPV components. The flexibility and interpretation capabilities of the proposed model allow us to produce a broad set of practical applications related to on-ball performance, off-ball performance, and match analysis in soccer, and open the door for its future adaption to other sports. This thesis was developed under an Industrial Ph.D. program and carried out entirely at Fútbol Club Barcelona, which promoted a close collaboration with professional coaches. As a result, a vast part of the ideas developed in this thesis is now part of the club's daily player and team performance analysis pipeline.Sports analytics es una área de investigación de gran crecimiento y que se encuentra enfocada en la aplicación de análisis avanzado de datos para la evaluación del rendimiento de equipos y deportistas profesionales. En el fútbol, la integración del análisis de datos se encuentra en una etapa incipiente, principalmente dado la dificultad de evaluar los complejos factores espacio-temporales del juego, y de traducir los hallazgos al lenguaje de los entrenadores. La reciente disponibilidad de datos espacio-temporales ha dado pie a la aplicación de métodos estadísticos para explorar problemas tales como la estimación de la probabilidad de pasar o rematar exitosamente, o la evaluación de la presión mental durante el juego, entre muchos otros. Sin embargo, la mayoría de los estudios hasta la fecha se han enfocado en aspectos aislados del juego, mientras que el análisis de los entrenadores suele tomar una óptica más integral en la que considera la interacción de los 22 jugadores en el campo. En base a todo esto, identificamos la necesidad de contar con un completo sistema (framework) de análisis que permite responder al contínuo flujo de preguntas de los cuerpos técnicos de forma ágil y visualmente interpretable, y que al mismo tiempo permita capturar los complejos fenómenos espaciales y contextuales que rigen al fútbol. Proponemos el desarrollo de este sistema a través del concepto del valor esperado de la posesión (EPV, por sus siglas en inglés). El EPV, que fue introducido inicialmente en el baloncesto, constituye la estimación segundo a segundo de los puntos que se esperan obtener al final de una posesión de balón. Sin embargo, su adaptación al fútbol requiere de un enfoque completamente diferente para poder captar conceptos esenciales tales como que los pases pueden ir a cualquier ubicación en el campo, una definición menos rígida de la posesión de balón, y los efectos de perder el balón de acuerdo al espacio y tiempo en que este ocurre. En base esto, proponemos modelar el EPV enfocándonos en responder la siguiente pregunta ¿podemos estimar la esperanza de que un equipo marque o reciba el próximo gol, en cualquier instante del partido? A partir de aquí, desarrollamos una serie de preguntas derivadas relacionadas con la capacidad de proveer flexibilidad e interpretabilidad a nuestro modelo, así como desarrollar aplicaciones prácticas de forma ágil. Estas interrogantes son desarrolladas con éxito en esta tesis, donde presentamos una serie de contribuciones tanto al área de machine learning como a la de sports analytics. Proponemos un novedoso enfoque en el que se descompone el EPV en una serie de componentes esenciales, que pueden ser estimados de forma separada y luego integrados para producir una estimación única del EPV, dotando de mayor flexibilidad a este modelo integrado. Desde un punto de vista práctico, nos apoyamos en una serie de métodos de aproximación de funciones para sacar provecho de relaciones complejas en datos espacio-temporales de tracking. Derivado de esto, proponemos SoccerMap, una flexible arquitectura de deep learning capaz de producir superficies de probabilidad precisas y visualmente interpretables. Adicionalmente, nos apoyamos en una larga serie de variables espaciales y contextuales, desarrolladas en este trabajo, para modelar y proveer estimaciones acuradas de cada uno de los componentes del EPV. La flexibilidad de este modelo nos permite producir una vasta cantidad de aplicaciones prácticas relacionadas al rendimiento con y sin balón, y al análisis de partidos en fútbol, y marca un camino para su integración en otros deportes. Esta tesis fue desarrollada con el apoyo del Plan de Doctorados Industriales del Departamento de Investigación y Universidades de la Generalitat de Catalunya, y llevado a cabo en el Fútbol Club Barcelona, contando con la colaboración de entrenadores y profesionales del club.Postprint (published version

Maniobra de aterrizaje automática de una Cessna 172P modelada en FlightGear y controlada desde un programa en C

[Resumen] Es bien conocido que las maniobras de aterrizaje y despegue son las más complejas del vuelo de las aeronaves. En efecto, un gran porcentaje de los accidentes aéreos se da en la ejecución de estas operaciones. Si además se tiene en cuenta que la mayoría de estos accidentes se deben a errores humanos, es evidente la necesidad de un control automático que garantice la correcta ejecución de estas fases de vuelo. En este artículo se plantea una estrategia de aterrizaje sencilla y eficaz que hace uso de una estructura jerárquica de controladores PID. Para modelar la dinámica de la aeronave se empleará FlightGear, que es un simulador de vuelo de código abierto que ofrece un alto grado de realismo. El sistema de control de vuelo (flight control system, FCS) se incluye en un programa en C que se comunica con FlightGear mediante sockets UDP. Para llevar a cabo esta maniobra se ha desarrollado un sistema de guiado que se encarga de enviar las consignas a los controles implementados.Ministerio de Educación; DPI2016-78338-

Using player's body-orientation to model pass feasibility in soccer

© 2020 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes,creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.Given a monocular video of a soccer match, this paper presents a computational model to estimate the most feasible pass at any given time. The method leverages offensive player's orientation (plus their location) and opponents' spatial configuration to compute the feasibility of pass events within players of the same team. Orientation data is gathered from body pose estimations that are properly projected onto the 2D game field; moreover, a geometrical solution is provided, through the definition of a feasibility measure, to determine which players are better oriented towards each other. Once analyzed more than 6000 pass events, results show that, by including orientation as a feasibility measure, a robust computational model can be built, reaching more than 0.7 Top-3 accuracy. Finally, the combination of the orientation feasibility measure with the recently introduced Expected Possession Value metric is studied; promising results are obtained, thus showing that existing models can be refined by using orientation as a key feature. These models could help both coaches and analysts to have a better understanding of the game and to improve the players' decision-making process.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Meta-heurística ACO (Ant Colony Optimization) para la resolución de problemas en líneas de producción

La meta -heurística ACO (Ant Colony Optimization) es un procedimiento heurístico para la resolución de problemas de optimización di screta basado en el comportamiento de las hormigas. Sus principales características son: (1) la utilización de "feed -back" positivo, (2) computación distribuida (la estructura de estos algoritmos permite su paralelización de forma muy simple y natural), y (3) el uso de heurísticas Greedy constructivas (ayuda a encontrar soluciones aceptables en las primeras etapas del proceso de exploración). En este artículo se presenta la aplicación de dichas meta -heurísticas a la resolución de problemas de producción co mo equilibrado de líneas de montaje o la secuenciación de unidades en un sistema que no permite esperasPostprint (published version

Control predictivo en el espacio de estados de un captador solar tipo Fresnel

[Resumen] Uno de los recursos más importantes para mejorar la ficiencia en los sistemas de energía solar, es el control avanzado. En general, con el uso de estrategias de control convencionales no se obtienen buenos desempeños en todo el rango de operación debido a la dinámica fuertemente no lineal de este tipo de sistemas, así como las múltiples fuentes de perturbaciones. En este trabajo se desarrolla un control predictivo basado en el espacio de estados para controlar un captador solar tipo Fresnel. Su comportamiento es analizado sobre el modelo de parámetros distribuidos no lineal de dicho captador.Junta de Andalucía; P11-TEP-8129Ministerio de Educación; DPI2016-78338-

Digital simulation of plant and processes with virtual reality to improve production management in engineering

[EN] Simulation and virtual reality are increasingly present in today's society. Despite this, a large part of the population and students at all levels, including university students, are not used to working with these technologies. Therefore, this research presents the digitization of the subject of Production Management , simulating real cases of manufacturing plants in which FlexSim software has been used for this purpose and then contrast the simulations performed using virtual reality. The main objective of this study is to analyze whether the application of simulation technology in industrial plants benefits pedagogy and learning. After the presentation of the case, the study followed a quantitative methodology by means of an ad hoc questionnaire. In this study, the 60 students corresponding to the subject "Production Management" taught in the fourth year of all the industrial degrees of the School of Engineering of Vitoria-Gasteiz participated, who were the users and evaluators of the new technologies implemented. The results have shown that the application of the simulation reflects great improvements in all learning areas. Firstly, the use of new technologies in learning, such as simulation and virtual reality, was positively valued. Secondly, the use of these technologies makes the practices carried out more fun. Finally, the students consider it essential to gamify the subjects for a better understanding of the subject. The application of this study is transferable to other academic disciplines that use new simulation technologies for pedagogical purposes.[ES] La simulación y la realidad virtual están cada vez más presente en la sociedad actual. A pesar de ello, gran parte de la población y los alumnos de todos los niveles incluyendo a alumnos universitarios no están habituados a trabajar con estas tecnologías. Por ello, esta investigación presenta la digitalización de la asignatura de gestión de la producción, simulando casos reales de plantas de fabricación en los que se ha utilizado el software FlexSim para este fin y posteriormente contrastar las simulaciones realizadas mediante la realidad virtual. El objetivo principal de este estudio es analizar si la aplicación de la tecnología de simulación en las plantas industriales beneficia a la pedagogía y al aprendizaje. Tras la exposición del caso, el estudio siguió una metodología cuantitativa mediante un cuestionario ad hoc. En este estudio participaron los 60 alumnos correspondientes a la asignatura de Gestión de la Producción impartida en cuarto curso de todos los grados industriales de la Escuela de Ingeniería de Vitoria-Gasteiz, los cuales fueron los usuarios y evaluadores de las nuevas tecnologías implementadas. Los resultados han aportado que la aplicación de la simulación refleja grandes mejoras en todas las áreas de aprendizaje. En primer lugar, valorando positivamente la utilización de nuevas tecnologías en el aprendizaje como son la simulación y la realidad virtual. En segundo lugar, la utilización de estas tecnologías hace que las prácticas realizadas sean más divertidas. Finalmente, los alumnos consideran esencial gamificar las asignaturas en el futuro para una mejor comprensión de la asignatura. La aplicación de este estudio es transferible a otras disciplinas académicas que utilicen las nuevas tecnologías de simulación con fines pedagógicos.Ruiz De La Torre, A.; Rio Belver, RM.; Fernández Aguirrebeña, J. (2023). Simulación digital de plantas y procesos con realidad virtual para mejorar la gestión de la producción en la ingeniería. Modelling in Science Education and Learning. 16(2):21-29. https://doi.org/10.4995/msel.2023.19060212916

On statistical convergence and strong Cesàro convergence by moduli

In this paper we will establish a result by Connor, Khan and Orhan (Analysis 8:47–63, 1988; Publ. Math. (Debr.) 76:77–88, 2010) in the framework of the statistical convergence and the strong Cesàro convergence defined by a modulus function f . Namely, for every modulus function f , we will prove that a f -strongly Cesàro convergent sequence is always f -statistically convergent and uniformly integrable. The converse of this result is not true even for bounded sequences. We will characterize analytically the modulus functions f for which the converse is true. We will prove that these modulus functions are those for which the statistically convergent sequences are f -statistically convergent, that is, we show that Connor–Khan–Orhan’s result is sharp in this sense

Implants in disabled patients: a review and update

The range of indications for dental implants has broadened enormously owing to their predictability and the im - provement of patient satisfaction in terms of stability, comfort, aesthetics and functionality. The aim of this article is to review those indications in patients with mental or physical disabilities as the difficulty to cope with oral hygiene often leads to teeth extraction, adding edentulousness to the impairments already present. Following that goal, available literature in Pubmed database, Scopus, Web of Knowledge and The Cochrane Library database about dental implants placement in these patients has been reviewed, assessing the variables of each study: number of patients, sex, average age, oral hygiene, parafunctional habits, impairment, bone quality, protocol of implant surgery, necessity of deep intravenous sedation or general anesthesia, follow-up period and number of failures. The comparison with studies involving other patient populations without mental or physical impediments did not show statistically significant differences in terms of the failure rate recorded. Although there is not much literature available, the results of this review seem to suggest that osseointegrated oral implants could be a therapeutic option in patients who suffer from any physical or psychological impairment. The success of an oral rehabilitation depends mainly on an adequate selection of the patients

Improved efficiency of ibuprofen by cationic carbosilane dendritic conjugates

In order to improve the efficiency of the anti-inflammatory drug ibuprofen, cationic carbosilanedendrimers and dendrons with ibuprofen at their periphery or at their focal point, respectively, havebeen synthesized and the release of the drug was studied using HPLC. Macrophages were used toevaluate the anti-inflammatory effect of the ibuprofen-conjugated dendritic systems and comparedwith mixtures of non-ibuprofen dendritic systems in the presence of the drug. The cationic ibuprofenconjugateddendron was the compound that showed higher anti-inflammatory properties. It reduces the LPS-induced COX-2 expression, decreases the release of several inflammatory cytokines such as TNFalfa, IL-1beta, IL-6 and CCL3. These results open new perspectives in the use of these compounds asdrug carriers.Ministerio de Economía y Empres

A proof-of-concept clinical trial using mesenchymal stem cells for the treatment of corneal epithelial stem cell deficiency

Producción CientíficaOcular stem cell transplantation derived from either autologous or allogeneic donor corneoscleral junction is a functional cell therapy to manage extensive and/or severe limbal stem cell deficiencies that lead to corneal epithelial failure. Mesenchymal stem cells have been properly tested in animal models of this ophthalmic pathology, but never in human eyes despite their potential advantages. We conducted a 6- to 12-month proof-of-concept, randomized, and double-masked pilot trial to test whether allogeneic bone marrow-derived mesenchymal stem cell transplantation (MSCT], n = 17) was as safe and as equally efficient as allogeneic cultivated limbal epithelial transplantation (CLET), (n = 11) to improve corneal epithelial damage due to limbal stem cell deficiency. Primary endpoints demanded combination of symptoms, signs, and the objective improvement of the epithelial phenotype in central cornea by in vivo confocal microscopy. This proof-of-concept trial showed that MSCT was as safe and efficacious as CLET. Global success at 6–12 months was 72.7%–77.8% for CLET cases and 76.5%–85.7% for MSCT cases (not significant differences). Central corneal epithelial phenotype improved in 71.4% and 66.7% of MSCT and CLET cases, respectively at 12 months (P = 1.000). There were no adverse events related to cell products. This trial suggests first evidence that MSCT facilitated improvement of a diseased corneal epithelium due to lack of its stem cells as efficiently as CLET. Consequently, not only CLET but also MSCT deserves more preclinical investigational resources before the favorable results of this proof-of-concept trial could be transformed into the larger numbers of the multicenter trials that would provide stronger evidence. (ClinicalTrials.gov number, NCT01562002.)Ministerio de Sanidad, Consumo y Bienestar Social (project SAS/2481/2009)Centro en Red de Medicina Regenerativa y Terapia Celular de Castilla y León (grant SAN 1178/200)Red de Terapia Celular TerCel (project RD12/0019/0036