女子撐竿跳高各階段指標(biāo)對運動成績的影響

潘 旭,鄭 哲,劉功聚,潘慧炬

(1.浙江師范大學(xué)，浙江 金華 321004；2.浙江體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

0 前 言

撐竿跳高運動經(jīng)歷木竿時代、竹竿時代、金屬竿時代、玻璃纖維竿時代，不同時代運動員使用的器材、采用的技術(shù)動作都有所不同。玻璃纖維撐竿的出現(xiàn)，使撐竿跳高的技術(shù)發(fā)生了巨大變化。如圖1所示，現(xiàn)代撐竿跳高是將助跑和起跳獲得的動能儲存為撐竿的彈性勢能，再通過釋放彈性勢能轉(zhuǎn)化為人體重力勢能，獲得高度的競技運動。通過中國知網(wǎng)查找關(guān)于撐竿跳高的文獻，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)撐竿跳高的研究，主要集中在助跑和起跳階段，對于起跳后騰空階段的研究較少。王鵬(2014)[3]、王國杰(2015)[4]、許占鳴(2017)[5]和梁美富(2018)[6]對騰空階段的運動學(xué)特征進行了研究。

以往的研究中，研究運動學(xué)的指標(biāo)對運動成績影響時，是以運動員越過的橫桿高度作為因變量，本文以運動員質(zhì)心高度(質(zhì)心最高點)作為因變量，且以往研究中很少對失敗試跳進行研究，撐竿跳高比賽最終都是以運動員失敗試跳結(jié)束的，所以探討失敗原因?qū)τ谶\動員來說，是最為迫切及實際需要的。本研究將基于采集到的2019年全國室內(nèi)田徑錦標(biāo)賽總決賽(杭州站)女子撐竿跳高的數(shù)據(jù)，探討影響運動員質(zhì)心最大高度及試跳成功/失敗的因素。

圖1 撐竿跳高能量轉(zhuǎn)化階段示意圖

1 研究對象與研究方法

1.1研究對象

以2019年全國室內(nèi)田徑錦標(biāo)賽總決賽(杭州站)女子撐竿跳高運動健將以上運動員(表1)的技術(shù)動作(助跑最后2步和起跳至推竿環(huán)節(jié))為研究對象，共34次試跳，具體跳次見表2。

1.2 研究方法

1.2.1 三維錄像解析。為了獲取運動特征數(shù)據(jù)，本研究采用兩臺SONY(HDR-FX1000E)攝像機，同步定點、定焦拍攝運動員助跑最后2步和起跳至推竿過程。兩臺攝像機分別放置于比賽場地兩邊看臺上(圖2)，攝像機高約為5m，兩臺攝像機主光軸夾角約120°，拍攝頻率25幀/s，賽前采用輻射式PEAK框架對運動空間進行標(biāo)定。后期運動技術(shù)的數(shù)字化采用德國SIMI Motion8.0運動分析系統(tǒng)對運動員的技術(shù)視頻進行解析，解析頻率為50場/s(每幀拆為2場)，為獲取人體指標(biāo)數(shù)據(jù)，本研究在解析系統(tǒng)中確立15個人體環(huán)節(jié)標(biāo)記點(頭、左肩、右肩、左肘、右肘、左手、右手、左髖、右髖、左膝、右膝、左踝、右踝、左腳尖、右腳尖)，原始位置數(shù)據(jù)采用8Hz低通濾波對關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)平滑，運用DLT法計算空間坐標(biāo)。人體質(zhì)心計算采用Hanavan人體數(shù)學(xué)模型。

表1 本研究對象基本信息一覽表

1.2.2 技術(shù)指標(biāo)界定。

步速：前一步著地瞬間至下一步著地前身體質(zhì)心平均速度，單位(m/s)。

質(zhì)心最高點：質(zhì)心同地面最大垂直距離，單位(m)。

起跳離地Vz：起跳離地瞬間垂直方向的速度，單位(m/s)。

起跳離地Vx：起跳離地瞬間水平方向的速度，單位(m/s)。

Vz增加量：起跳離地瞬間垂直方向的速度-著地瞬間垂直方向的速度，單位(m/s)。

Vx損失量：起跳著地瞬間水平方向的速度-起跳離地瞬間水平方向的速度，單位(m/s)。

下手推竿軀干角：下手推離撐竿瞬間身體軀干角(軀干角是兩肩中點與兩髖中點連線與水平面夾角)，單位(°)。

質(zhì)心與橫桿距離：人體質(zhì)心最高點距橫竿的水平距離，單位(m)。

起跳環(huán)節(jié)：起跳腳著地時刻至起跳腳離地時刻。

懸垂環(huán)節(jié)：起跳腳離地時刻至身體形成最大背弓時刻。

擺體環(huán)節(jié)：身體形成最大背弓時刻至撐竿最大彎曲時刻。

團身環(huán)節(jié)：撐竿最大彎曲時刻至起跳腿最小髖角時刻。

伸展環(huán)節(jié)：起跳腿最小髖角時刻至下手推竿時刻。

推竿環(huán)節(jié)：下手推竿時刻至上手推竿時刻。

表2 研究跳次一覽表

圖2 本研究現(xiàn)場布置示意圖

圖3 各動作環(huán)節(jié)特征時刻畫面

2 結(jié)果與分析

2.1 各階段指標(biāo)與質(zhì)心高度的關(guān)系

2.1.1 助跑階段。助跑是運動員動能的來源，有國外研究表明助跑速度與跳高成績有顯著的正相關(guān)，柿崎繁信(2005)[7](r=0.85，P<0.01)，田村熊志(2012)[8](r=0.80，P<0.05)，本研究提取“倒二步”和“倒一步”的步速。通過皮爾遜相關(guān)性檢驗“助跑步速”與質(zhì)心高度的關(guān)系，結(jié)果見表3。

表3 助跑階段各指標(biāo)與質(zhì)心高度相關(guān)性

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))顯著相關(guān)；表4同

圖4 V倒二步與質(zhì)心高度相關(guān)關(guān)系

圖5 V倒一步與質(zhì)心高度相關(guān)關(guān)系

由圖4,5、表3可知，“助跑步速”與質(zhì)心高度呈現(xiàn)出高度的正相關(guān)，皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.731、0.749，該階段指標(biāo)結(jié)果與前人研究一致。進一步證明助跑階段步速是決定成績的重要因素之一。

2.1.2 起跳階段。根據(jù)王國杰(2015)[4]、梁美富(2018)[6]等前人研究，提取以下指標(biāo)：起跳離地Vz、起跳離地Vx、Vz增加量(離地Vz-著地Vz)、Vx損失量(著地Vx-離地Vx)、起跳瞬間質(zhì)心騰起角度、起跳時間(指起跳著地瞬間到離地瞬間所用的時間)。通過皮爾遜相關(guān)性檢驗上述各指標(biāo)與質(zhì)心高度的關(guān)系。

表4 起跳階段各指標(biāo)與質(zhì)心高度相關(guān)性

圖6 起跳離地時水平速度與質(zhì)心高度相關(guān)關(guān)系

圖7 起跳離地時垂直速度增加量與質(zhì)心高度相關(guān)關(guān)系

由圖6，7、表4可知，起跳離地時Vx與質(zhì)心高度呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，即水平速度越快，質(zhì)心就越高。離地時Vz增加量、騰起角度與質(zhì)心高度呈現(xiàn)出顯著負相關(guān)，即起跳時質(zhì)心騰起角度不宜過大。起跳角度由起跳離地時質(zhì)心垂直分速度(Vy)與水平分速度(Vx)的比值大小決定。由于在起跳的同時，需要插穴豎竿制動，如果垂直分速度的值過大，就會導(dǎo)致起跳角度較大，不利于充分利用水平速度[9，10]。

圖8 離地瞬間質(zhì)心騰起角度與質(zhì)心高度相關(guān)關(guān)系

2.1.3 起跳后騰空階段。騰空階段可細分為：懸垂、擺體、團身、伸展、推竿環(huán)節(jié)。這階段目前國內(nèi)研究較少，王鵬(2014)[3]探討了撐竿的弦長變化，得出“彎竿量”與下手推竿時垂直速度呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。王國杰(2015)[4]分別提取了懸垂、擺體、伸展各環(huán)節(jié)的垂直速度和水平速度及所占的時間比例。梁美富(2018)[5]也提取了“彎竿量”這一指標(biāo)，分別計算了起跳、懸垂和擺體環(huán)節(jié)“彎竿量”的百分比，及擺體速度、幅度與“彎竿量”的關(guān)系。在實踐研究中發(fā)現(xiàn)不同運動員使用的撐竿的竿長、彈性系數(shù)(倔強值)不同，所以不同運動員之間比較“彎竿量”可比性稍差。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)起跳后的懸垂、擺體、伸展環(huán)節(jié)最終是為了創(chuàng)造最佳的身體過竿姿勢[5]。因此提取指標(biāo)：下手推竿軀干角(下手推離撐竿瞬間身體軀干角)

將下手推竿軀干角度與質(zhì)心高度進行曲線擬合，結(jié)果是二次曲線。模型R2=0.19，顯著性水平P=0.004<0.01，結(jié)果如圖9。

圖9 下手推竿軀干角度與質(zhì)心高度關(guān)系

由圖9可知，下手推竿時軀干角在40°～50°范圍內(nèi)質(zhì)心高度較高，可以為運動員和教練提供參考。

2.2 影響成功失敗的因素

將“質(zhì)心高度未達到橫竿高度的6次試跳”剔除，剩余28次試跳，接下來探討質(zhì)心高度達到橫竿高度而失敗的原因。

2.2.1 助跑階段。將成功組、失敗組的“助跑步速”指標(biāo)進行獨立樣本T檢驗結(jié)果如表5。

表5 助跑階段指標(biāo)獨立樣本T檢驗

由表5可知，當(dāng)質(zhì)心高度達到橫竿高度時，助跑速度對成功失敗沒有顯著影響。

表6 起跳階段指標(biāo)獨立樣本t檢驗

2.2.2 起跳階段。將成功組、失敗組起跳階段指標(biāo)：起跳離地Vz、起跳離地Vx、Vz增加量(離地Vz-著地Vz)、Vx損失量(著地Vx-離地Vx)、質(zhì)心騰起角度、起跳時間，進行獨立樣本T檢驗。

由表6可知，“起跳離地Vz”、“Vz增加量”和“質(zhì)心騰起角度”對試跳的成功/失敗是有顯著影響。

“起跳離地Vz”成功組(2.17±0.23)小于失敗組(2.43±0.23)，說明起跳離地時垂直速度速度不宜過大，引入ROC曲線(圖10)確定“起跳離地Vz”臨界值[11]，曲線顯著性P=0.007<0.05。通過計算約登指數(shù)=敏感度+特異性-1，約登指數(shù)最大值對應(yīng)的“起跳離地Vz”即為臨界值[12]，通過計算得出“起跳離地Vz”臨界值為2.21m/s，即“起跳離地Vz”不宜超過2.21m/s，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

“Vz增加量”成功組(2.11±0.3)小于失敗組(2.37±0.32)，說明起跳離地時垂直速度增加量不宜過大，過大會導(dǎo)致“起跳離地Vz”速度超過臨界值。

“質(zhì)心騰起角度”成功組(18.95±2.1)小于失敗組(20.73±2.25)，說明起跳騰起角度過大會導(dǎo)致人體過于向上，向前的水平分速度就會減少，進而會影響弓竿效果影響動能轉(zhuǎn)化為撐竿的彈性勢能。通過ROC曲線(圖10)確定“質(zhì)心騰起角度”臨界值，曲線顯著性P=0.032<0.05。通過計算得出“質(zhì)心騰起角度”臨界值為19.03°，即質(zhì)心騰起角度不宜超過19.03°，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

圖10 “起跳離地_V垂直”ROC曲線

2.2.3 騰空階段。將成功組、失敗組騰空階段指標(biāo)：“下手推竿軀干角”和“質(zhì)心與橫桿距離(人體質(zhì)心最高點距橫竿的水平距離)”進行獨立樣本T檢驗。結(jié)果見表7。“質(zhì)心與橫竿距離”這一指標(biāo)的提取參考閆慧(2015)，運動員在騰空過竿中身體的質(zhì)心軌跡最高點往往不能完全出現(xiàn)在橫桿正上方，這在一定程度上降低了人體質(zhì)心高度的利用率，因此為了更有效地利用質(zhì)心高度，就應(yīng)該盡可能地使運動員質(zhì)心軌跡的最高點處于橫桿正上方[13]。

圖11 “起跳瞬間質(zhì)心騰起角度”ROC曲線

變 量M±SD成功(n=15)失敗(n=13)tP下手推竿時軀干角度(°)46.21±10.2040.07±9.791.6180.118質(zhì)心最高點與橫桿距離(m)0.14±0.110.38±0.28-2.9580.010

由表7可知“質(zhì)心與橫桿距離”對試跳的成功/失敗是有顯著影響的，成功組(0.14±0.11)小于失敗組(0.38±0.28)，進一步說明質(zhì)心最高點與橫桿越近試跳成功的概率越高。通過ROC曲線(圖12)確定“質(zhì)心與橫桿距離”臨界值，曲線顯著性P=0.005<0.05。通過計算得出“質(zhì)心與橫桿距離”臨界值為0.24m，即“質(zhì)心與橫桿距離”不宜超過0.24m，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

圖12 “質(zhì)心與橫桿距離”ROC曲線

結(jié)合上述結(jié)果，對徐惠琴、任夢茜、陳巧玲的指標(biāo)進行評價，具體指標(biāo)如下表。

表8 失敗試跳各指標(biāo)

徐惠琴二跳中“起跳離地Vz”“質(zhì)心騰起角度”稍偏大，最主要失敗原因是過桿時身體距離橫桿較遠徐惠琴4.55一跳中“質(zhì)心與橫桿距離”偏大。如果徐惠琴控制好過桿的身體姿勢，試跳成功率將有明顯提升，按照目前質(zhì)心能達到的4.68m高度，成績能達到4.6m，甚至更好。

任夢茜4.5二跳“起跳離地Vz”“質(zhì)心騰起角度”均偏大，任夢茜4.15一跳“起跳離地Vz”“質(zhì)心騰起角度”偏大，最主要失敗原因是過桿時身體距離橫桿較遠，如果任夢茜起跳質(zhì)心騰起角度降低，控制好垂直分速度，試跳成功率應(yīng)該能明顯提升。

陳巧玲以分站賽最好成績4.40m進入決賽，但在決賽中表現(xiàn)欠佳，由表8可知，主要原因“質(zhì)心騰起角度”偏大，且過桿時身體距離橫桿較遠。騰起角度過大，過分追求向上起跳，急于上桿。應(yīng)減小騰起角度充分利用水平速度，增加離地瞬間身體向前的動量[9,10]。

3 結(jié) 論

3.1 “助跑步速”、“起跳離地水平速度”與質(zhì)心高度呈現(xiàn)出高度的正相關(guān)；“離地時垂直速度增加量”、“起跳瞬間質(zhì)心騰起角度”與質(zhì)心高度呈現(xiàn)出顯著負相關(guān)；下手推桿時軀干角在40°～50°范圍內(nèi)質(zhì)心高度較高。

3.2 當(dāng)運動員質(zhì)心高度高于橫桿時，試跳失敗原因主要是“起跳離地垂直速度”、“起跳瞬間質(zhì)心騰起角度”和“質(zhì)心與橫桿距離”，提高試跳成功幾率“起跳離地垂直速度”不宜超過2.21m/s，“起跳瞬間質(zhì)心騰起角度”不宜超過19.03°，“質(zhì)心與橫桿距離”不宜超過0.24m。