張慶同

摘?要：采用運(yùn)動生物力學(xué)技術(shù)分析手段，對山東省10 km優(yōu)秀競走運(yùn)動員的前半程與后半程技術(shù)動作做了對比，得出了前后半程的動作差異。研究結(jié)果揭示，相對于前半程，運(yùn)動員在后半程的步幅降低，踝關(guān)節(jié)最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關(guān)節(jié)角速度降低，速度損失率增大。針對后半程的動作技術(shù)分析，更能體現(xiàn)運(yùn)動員真實(shí)的技術(shù)動作及犯規(guī)風(fēng)險;后半程技術(shù)的變化，會增加運(yùn)動員犯規(guī)的幾率，并加速體能的消耗。

關(guān)鍵詞：競走;后半程;重心垂直位移;頭頂垂直位移;速度損失率;生物力學(xué);技術(shù)分析

中圖分類號：G821??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??文章編號：1009-9840（2019）04-0055-04

Abstract：Race walking is a long-distance track race， and the long-term repetitive race walking gait tends to cause the athlete's technical movements to change during the second half of training or competition， thus causing deformation of the technical movements. Previous studies have focused on the first half of the movement， and changes in the second half of the technical movement will reveal the technical parameters of the athlete in the case of physical exhaustion. This paper uses the sports biomechanical technical analysis method to compare the first half and the second half of the technical movements of the 10km elite race walkers in Shandong Province， and obtains the difference of the movements between the two halves. The results reveal that compared with the first half， the athlete's stride in the second half is reduced， the maximum angle of the ankle joint is reduced， the vacant time is increased， the vertical displacement of the center of gravity and the vertical displacement of the head are increased， the angular velocity of the ankle joint is decreased， and the velocity loss rate is increased. We conclude that the second half of the motion technology analysis could better reflect the athlete's real technical movements and foul risk; the latter half of the technological changes will increase the probability of athlete fouls and accelerate the consumption of physical fitness.

Key words：race walking： vertical displacement of the center of gravity; vertical displacement of the head; velocity loss rate; biomechanics; motion analysis

競走項(xiàng)目是一項(xiàng)長距離的徑賽項(xiàng)目，其最長單項(xiàng)，50 km競走的徑賽距離甚至超過了馬拉松，是最長距離的徑賽項(xiàng)目。競走項(xiàng)目的比賽時間長，動作重復(fù)次數(shù)多，在后半程容易出現(xiàn)動作技術(shù)變形，使得運(yùn)動員在前后程的技術(shù)會產(chǎn)生差異和變形。

競走作為唯一的具有黃牌犯規(guī)制度的徑賽項(xiàng)目，具有技術(shù)動作的特殊性。田徑中的絕大多數(shù)比賽項(xiàng)目都不會對動作技術(shù)做出要求，即只會根據(jù)最終比賽成績判定名次，而不會對所完成成績的動作技術(shù)做出規(guī)定。而競走不同，除了要根據(jù)成績劃分名次之外，競走規(guī)則對運(yùn)動員所使用的技術(shù)也進(jìn)行了精確的規(guī)定。其規(guī)定動作技術(shù)的初衷，是要保證競走是一種”走”，而不能是“跑”。1996年后，競走規(guī)則進(jìn)行修改，競走被明確定義為：競走是運(yùn)動員與地面保持接觸、連續(xù)向前邁進(jìn)的過程，沒有（人眼）可見的騰空。前腿從觸地瞬間至垂直部位應(yīng)該伸直（即膝關(guān)節(jié)不得彎曲）[1]。運(yùn)動員競走過程中支撐腿蹬離地面到擺動腿著地，全程需保證兩腿交互邁步前進(jìn)，身體與地面始終保持接觸。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為步頻快、步幅大、少騰空、走速高、髖旋轉(zhuǎn)幅度大等。

如此詳細(xì)的競走動作要求，使得競走運(yùn)動員經(jīng)常在比賽的過程中犯規(guī)。競走過程中，裁判員可以依據(jù)自己對于競走規(guī)則的理解，對競走運(yùn)動員出具黃牌，如果一名運(yùn)動員在一場比賽中獲得三張黃牌，其將會被判定為犯規(guī)，驅(qū)逐出場，失去比賽資格。

No.4 2019目前已有多篇文獻(xiàn)對我國競走運(yùn)動員的動作技術(shù)進(jìn)行了分析。董海軍等人對2006年參加西安競走比賽男子20 km項(xiàng)目中。排名前8的運(yùn)動員進(jìn)行了技術(shù)分析[2]，研究發(fā)現(xiàn)：與國外優(yōu)秀運(yùn)動員相比，我國選手的弱點(diǎn)主要表現(xiàn)在步長較短，身體前傾角度較大，身體重心起伏較大，且騰空時間普遍較長;此外，還存在左、右腿著地角偏大，髖關(guān)節(jié)的靈活性較差等不足之處。依此步長計算，我國運(yùn)動員大概每一步少走了13 cm。而10 km競走下來我國選手將會少走1 215 m。據(jù)此數(shù)據(jù)得出，后半程步幅較小是制約我國競走運(yùn)動員取得好成績的重要因素之一。

趙慶彬等人在對我國20 km競走項(xiàng)目優(yōu)秀男運(yùn)動員競走技術(shù)的三維運(yùn)動學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)我國的優(yōu)秀運(yùn)動員與國際優(yōu)秀運(yùn)動員之間的動作技術(shù)特點(diǎn)存在差別。相比于國外的優(yōu)秀運(yùn)動員，我國運(yùn)動員的軀干后傾角更大，單步的身體重心起伏更大，導(dǎo)致了頭頂?shù)钠鸱噍^大，容易被裁判員判為騰空犯規(guī)[3]。

大量的針對競走動作技術(shù)分析的文獻(xiàn)所描述的都是運(yùn)動員在前半程或者中程的動作技術(shù)。由于競走運(yùn)動長距離的特點(diǎn)，運(yùn)動員在后半程體力下降的情況下，難免會出現(xiàn)技術(shù)動作變形的情況。另外，競走的判罰規(guī)則，決定了技術(shù)動作的變形，不僅會引起其動作經(jīng)濟(jì)性的下降，還會引起犯規(guī)幾率的增加。然而，從我們目前所了解的文獻(xiàn)來看，只有數(shù)量不多的文獻(xiàn)針對運(yùn)動員的后半程動作技術(shù)進(jìn)行了分析，且分析的對象多為女性運(yùn)動員[4-5]。對比賽后半程的技術(shù)動作進(jìn)行監(jiān)控和改進(jìn)，可能會起到提高動作經(jīng)濟(jì)性、降低犯規(guī)幾率的雙重作用。

1?研究方法

1.1?研究對象：本研究選取山東省競走隊(duì)10 km運(yùn)動員15人作為研究對象，入選運(yùn)動員皆為國家一級水平。研究對象詳情見表1。

1.2?測試步驟：運(yùn)動員到達(dá)訓(xùn)練場之后，首先進(jìn)行30分鐘的熱身運(yùn)動，熱身運(yùn)動具體為做操及拉伸運(yùn)動。做操為常見的運(yùn)動員團(tuán)體操，拉伸為在壘木及其他常見器材上進(jìn)行股后肌群的拉伸。之后運(yùn)動員在教練員的監(jiān)督下，進(jìn)行10 km的強(qiáng)度訓(xùn)練課程。在強(qiáng)度課程的2 km及9 km地點(diǎn)，分別拍攝運(yùn)動員的動作技術(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?？蒲腥藛T共在4周內(nèi)進(jìn)行了4次強(qiáng)度訓(xùn)練課的技術(shù)拍攝，在后期將4次數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均處理。

1.3?拍攝步驟：在400 m標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練場的直道中段，架設(shè)JVC攝像機(jī)一臺，攝像機(jī)架設(shè)在三腳架上，離地高度約為1 m，距離所拍攝跑道的直線距離約為10 m，拍攝頻率為60 Hz。拍攝范圍約為4 m。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，需要對比例尺進(jìn)行定標(biāo)。比例尺為寬10 cm，長100 cm的矩形鋼條。由實(shí)驗(yàn)工作人員手持比例尺，在跑道的不同位置進(jìn)行拍攝。當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時候，選取運(yùn)動員競走的相應(yīng)跑道進(jìn)行標(biāo)定。

1.4?測試指標(biāo)：本次測試共選取9個運(yùn)動生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分別為復(fù)步步幅、最大髖關(guān)節(jié)角度、騰空時間、重心垂直位移、頭頂垂直位移、著地踝角、離地踝角、踝關(guān)節(jié)角速度及速度損失率。其中，復(fù)步步幅為左右兩步走出的距離之和;最大髖關(guān)節(jié)角度為在一個復(fù)步的過程中，兩大腿在矢狀面上的最大分離角度;騰空時間為在一個復(fù)步的過程中，兩次兩腳同時離開地面的持續(xù)時間當(dāng)中，較大的那一次持續(xù)時間;重心垂直位移為一個單步過程中，重心在垂直方向的最大值與最小值的差值，兩個單步中選取數(shù)值較大的單步;頭頂垂直位移為一個單步過程中，頭頂在垂直方向的最大值與最小值的差值，兩個單步中選取數(shù)值較大的單步;著地踝角為復(fù)步過程中，兩次腳著地瞬間，較大的那一個踝關(guān)節(jié)角度;離地踝角為復(fù)步過程中，兩次腳離地瞬間，較大的那一個踝關(guān)節(jié)角度;踝關(guān)節(jié)角速度為在支撐腿支撐地面期間，踝關(guān)節(jié)的角度變化值與所持續(xù)的時間的比值，左右兩個數(shù)值，同樣選取較大的那一個數(shù)值;速度損失率即為速度最高值與最低值的差值與平均速度的比值;速度最大值為一個單步的過程中，水平速度最大時刻的值;速度最低值為在一個單步的過程中，水平速度最小的時刻的值;平均速度指的是整個單步的過程中，水平方向的位移除以整個單步所消耗的時間。

1.5?數(shù)據(jù)處理：使用APAS運(yùn)動生物力學(xué)分析軟件（美國）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在進(jìn)行分析時，使用人工打點(diǎn)的方式，對運(yùn)動員的身體關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)，打點(diǎn)的位置分別為：頭頂、左側(cè)肩關(guān)節(jié)、左側(cè)肘關(guān)節(jié)、左側(cè)腕關(guān)節(jié)、左側(cè)手、左側(cè)髖關(guān)節(jié)、左側(cè)膝關(guān)節(jié)、左側(cè)踝關(guān)節(jié)、左側(cè)腳、右側(cè)肩關(guān)節(jié)、右側(cè)肘關(guān)節(jié)、右側(cè)腕關(guān)節(jié)、右側(cè)手、右側(cè)髖關(guān)節(jié)、右側(cè)膝關(guān)節(jié)、右側(cè)踝關(guān)節(jié)、右側(cè)腳。在視頻處理的過程中，將AVI視頻的分辨率轉(zhuǎn)換為1920*1080，逐幀進(jìn)行分析。為了消除人工打點(diǎn)的誤差，數(shù)據(jù)的整個分析處理過程都由同一名科研工作人員完成，避免了不同人員打點(diǎn)的關(guān)節(jié)識別誤差。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，所選擇的顯示器的頻率與AVI視頻的分辨率一直，均為1920*1080，避免了由于屏幕分辨率與視頻分辨率不一致而造成的數(shù)據(jù)打點(diǎn)的差異。

1.6?統(tǒng)計分析： 在進(jìn)行測試之前，已經(jīng)進(jìn)行了樣本量的測試，通過G*Power軟件，對測試所需的樣本量進(jìn)行了估算，估算結(jié)果為：在二類誤差率<0.20，統(tǒng)計效能（Statistical Power）>0.80的條件下，所需樣本量為12，因此，測試選取了15名受試者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述分析和組間比較。采用平均值、標(biāo)準(zhǔn)差的方式分別對15名運(yùn)動員的前半程和后半程進(jìn)行統(tǒng)計。之后，采用配對樣本t檢驗(yàn)的方式，對前半程和后半程的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。將一類誤差率確定為0.05，P<0.05時，認(rèn)為所觀察到的數(shù)據(jù)的差異具有顯著性。使用社會學(xué)統(tǒng)計軟件SPSS進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)分析。

2?研究結(jié)果

本研究對競走運(yùn)動員在前半程（2 km處）及后半程（9 km處）的技術(shù)動作，分別進(jìn)行了4次數(shù)據(jù)采集，所采集指標(biāo)的統(tǒng)計參數(shù)如表2所示。

如表2所示，在運(yùn)動員前半程與后半程技術(shù)的比較中，除了在不同時刻的踝關(guān)節(jié)角度沒有差別之外，其他指標(biāo)均具有統(tǒng)計學(xué)差異。具體表現(xiàn)為，步幅降低，踝關(guān)節(jié)最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關(guān)節(jié)角速度降低，速度損失率增大。

3?討論

研究的結(jié)果顯示，相對于前半程技術(shù)，運(yùn)動員后半程的技術(shù)出現(xiàn)了顯著變化。前人的研究多是針對運(yùn)動員體力充沛時所作的，我們的研究發(fā)現(xiàn)前半程的技術(shù)難以真正體現(xiàn)運(yùn)動員疲勞狀態(tài)的技術(shù)特征。我們將從如下幾個部分對運(yùn)動員的后半程技術(shù)特征進(jìn)行討論。

3.1?步幅及髖關(guān)節(jié)最大角度

步幅是競走技術(shù)的基本指標(biāo)，能說明運(yùn)動員的重要技術(shù)特征。與歐美高大運(yùn)動員相比，我國運(yùn)動員的步幅偏小，步頻偏大，導(dǎo)致了我國運(yùn)動員普遍采用小步伐的技術(shù)特征[6]。與大步幅的技術(shù)特征相比，小步幅的動作方式是一種不得已而為之的方式，只能通過增加步頻來彌補(bǔ)步長不足的劣勢。前人的研究結(jié)果說明，小步幅的后果是增加步數(shù)，而相對于增加步長，步數(shù)的增加會導(dǎo)致運(yùn)動員后程能量的加速消耗。從這一點(diǎn)上來看，運(yùn)動員在后程步幅的增加，會使得其原本就已經(jīng)下降的體能進(jìn)一步消耗，形成劣性循環(huán)，加速體能的枯竭[7]。此外，小步幅的技術(shù)特征決定了運(yùn)動員要在更短的時間內(nèi)完成左右步態(tài)的轉(zhuǎn)變，在裁判員看來，運(yùn)動員在更短的時間內(nèi)進(jìn)行了重心的上下起伏，因此騰空時間在步態(tài)周期中所占的比例增加，更容易被認(rèn)定為騰空犯規(guī)[6]。

與步幅指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的，除了運(yùn)動員的身高、腿長等形態(tài)學(xué)因素之外，還有髖關(guān)節(jié)最大角度及髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度等動作技術(shù)指標(biāo)。由于本研究進(jìn)行的是二維拍攝，無法針對髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行計算，所以主要列出了髖關(guān)節(jié)最大角度指標(biāo)。運(yùn)動員擺動腿的髖關(guān)節(jié)屈角及支撐腿的髖關(guān)節(jié)伸角共同構(gòu)成了髖關(guān)節(jié)最大角度，它是影響步幅的基礎(chǔ)指標(biāo)。從其結(jié)果來看，髖關(guān)節(jié)最大角度地減小是運(yùn)動員降低步幅的重要原因之一。在后半程體力下降的情況下，競走運(yùn)動員降低了髖關(guān)節(jié)的屈伸活動范圍，從而造成了步幅的下降。

3.2?騰空時間

騰空時間是裁判員判斷競走運(yùn)動員是否犯規(guī)的重要依據(jù)。競走規(guī)則規(guī)定，運(yùn)動員在競走過程中不能存在“人眼可見的”騰空。也就是說，競走并沒有直接規(guī)定運(yùn)動員不能騰空，而是加上了一個“人眼可見”的限制。人眼的成像是有頻率的，也就是說，人眼觀察到的場景，并不是完全連續(xù)的，一般認(rèn)為，人眼的成像頻率大約是24 Hz，也就是說人眼最多只能在一秒鐘之內(nèi)觀察到24幅圖像。只有持續(xù)時間超過1/24 s，即40 ms的動畫，才能被人眼捕捉到[6]。

運(yùn)動員的騰空時間，由上半程的44.33 ms，上升為后半程的49.22 ms，后半程運(yùn)動員被判為騰空犯規(guī)的幾率顯著增加。一般來說，競走運(yùn)動員騰空時間的長度，與支撐腿離地時刻的運(yùn)動方向有關(guān)，也就是與登地力的方向有關(guān)。騰空時間較短的運(yùn)動員，其登地力前后方向的分力較大;而騰空時間較長的運(yùn)動員，其登地力垂直方向的分力較大。運(yùn)動員在經(jīng)歷了長時間的運(yùn)動之后，難以保持前后方向的持續(xù)用力，從而下意識增加了垂直方向的分力。

3.3?重心及頭頂垂直位移

由于人眼生物結(jié)構(gòu)的限制，裁判員很難判定運(yùn)動員是否真實(shí)存在騰空犯規(guī)。因此，裁判員往往會采用觀察頭頂上下起伏的方式，判斷運(yùn)動員是否存在騰空犯規(guī)。一般來說，我們認(rèn)為低于5 cm的頭頂波動，是一個較為安全的范圍[8]。頭頂垂直位移主要是由重心垂直位移決定的，并受到軀干及頭部晃動的影響[9]。

從結(jié)果來看，頭頂垂直位移與重心垂直位移的變化方向是一致的，即后半程的位移大小顯著大于前半程的位移大小，這也導(dǎo)致了運(yùn)動員被判定為騰空犯規(guī)的幾率增加。

3.4?踝關(guān)節(jié)角速度

競走規(guī)則規(guī)定了運(yùn)動員在支撐腿落地的時刻，膝關(guān)節(jié)需要伸直，不能呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)，否則將會被判定為屈膝犯規(guī)。這一規(guī)定導(dǎo)致了運(yùn)動員在競走的過程中不能像其他徑賽項(xiàng)目一樣，依靠伸展膝關(guān)節(jié)獲取前進(jìn)的動力。從這個角度來說，運(yùn)動員的踝關(guān)節(jié)用力就顯得更為重要，膝關(guān)節(jié)所不能起到的作用，一部分需要通過踝關(guān)節(jié)的作用來進(jìn)行代償[8]。

從結(jié)果來看，踝關(guān)節(jié)的著地和離地角度均沒有差別，而在踝關(guān)節(jié)角速度指標(biāo)出現(xiàn)了差異，說明前后半程換關(guān)節(jié)的變化，不在于踝關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍，或者柔韌性的變化，而在于爆發(fā)力的變化[9]。踝關(guān)節(jié)角速度的降低，顯示了運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)爆發(fā)力的下降和支撐時間的增加。

3.5?速度損失率

速度損失率是一項(xiàng)并不常見的動作技術(shù)指標(biāo)，其表征的是運(yùn)動員在一個步態(tài)周期中，水平速度的下降程度[6]。由于需要耗費(fèi)體能才能將速度損失補(bǔ)回，所以這個指標(biāo)也說明了體能的消耗速度[8]。從前人對這一指標(biāo)的理解來看，這是由在支撐腿著地時刻至支撐腿垂直地面時刻所受到的反向的地面作用力引起的，并受到運(yùn)動員在支撐腿著地時的扒地動作的影響[10]。在垂直支撐之前，運(yùn)動員的支撐腿受到向后的地面反作用力，引起水平速度的下降，在垂直支撐之后，運(yùn)動員受到向前的地面反作用力，引起水平速度的回升。在支撐腿剛剛接觸地面的時刻，如果能產(chǎn)生較大的支撐腿向后扒地的動作，會在很短的一個時間內(nèi)受到一個小的、向前的地面作用力，這會在一定程度上抵消速度的下降[11]。從結(jié)果來看，運(yùn)動員后半程的速度損失率顯著大于前半程，這也預(yù)示著運(yùn)動員的體能在后半程進(jìn)一步下降。

通過對以上不同指標(biāo)在前后半程的對比，我們發(fā)現(xiàn)，競走運(yùn)動員前后半程具有顯著的動作技術(shù)差異。我們認(rèn)為，針對后半程的動作技術(shù)分析，更能體現(xiàn)運(yùn)動員真實(shí)的技術(shù)動作及犯規(guī)風(fēng)險。如果運(yùn)動員能夠在后半程保持步幅、速度損失率等指標(biāo)，將對其體能的保持具有重要的作用。此外，如果教練員能夠針對前后半程的技術(shù)變化，設(shè)計體能下降時刻的訓(xùn)練方案及動作要點(diǎn)，將對運(yùn)動員后半程動作的保持和成績的提高具有重要意義。

4?結(jié)論

4.1?與前半程動作技術(shù)相比，競走運(yùn)動員的后半程技術(shù)呈現(xiàn)步幅降低，踝關(guān)節(jié)最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關(guān)節(jié)角速度降低，速度損失率增大的特點(diǎn)。

4.2?后半程技術(shù)的變化，會增加運(yùn)動員犯規(guī)的幾率，并加速其體能的消耗。

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