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      競速類滑冰運動員比賽成績與冰質(zhì)條件、特征相關(guān)性研究

      2023-09-26 13:19:32趙明元
      肇慶學(xué)院學(xué)報 2023年5期
      關(guān)鍵詞:冰場滑冰冰面

      吳 迪,穆 亮,賀 鶴,趙明元

      (哈爾濱體育學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

      在冬季奧林匹克競技中,我國冰上項目一直具有較強的競爭力[1].影響冰上項目運動員成績的因素十分復(fù)雜,除了運動員自身的比賽節(jié)奏、步速[2]、身體素質(zhì)、技戰(zhàn)術(shù)運用[3]等因素之外,冰場質(zhì)量也是影響運動員穩(wěn)定發(fā)揮競技運動水平的重要條件.相對間冷系統(tǒng)而言,直冷制冰技術(shù)可以保證冰上運動項目場地冰面溫度均勻[4],并且冰面溫差不超過±0.5℃.冰面溫差越小,冰面的平整度和穩(wěn)定性就越好,也就越可以保證短道速滑賽事冰面的質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率.

      北京冬季奧林匹克運動會以綠色、科技冬奧為契機研發(fā)、設(shè)計和建造了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CO2跨臨界直冷制冰機組,在首都體育館冰場進行示范應(yīng)用,服務(wù)冬奧會和國家冰雪戰(zhàn)略,這是自1924年法國夏蒙尼第一屆冬季奧運會迄今為止首次采用的制冰技術(shù),碳排放量接近于零,突出了北京冬奧會“科技、智慧、綠色、節(jié)儉”的特色.因而,這項技術(shù)的應(yīng)用不僅回應(yīng)了《蒙特利爾議定書基加利修正案》《奧林匹克2020議程》等環(huán)保共識[5],而且滿足了“十四五”能耗“雙控”,2030年前碳達(dá)峰[6]以及全民健身冰雪運動的可持續(xù)開展[7]等3個方面的要求.CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)不僅與常用制冰工質(zhì)的全球變暖潛能值(GWP)差異較大[8],而且可以保障短道速滑賽事冰面的質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率.由于冰場場地相關(guān)因素,特別是冰質(zhì)條件對運動員的競技表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用.因此,本研究針對競速類冰上項目的主要冰質(zhì)特征需求以及成績相關(guān)性進行梳理,旨在為CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)應(yīng)用提供參考.

      1 研究方法

      1.1 文獻資料

      查閱冰壺、滑冰以及冰球等國際冰上運動項目協(xié)會有關(guān)競賽規(guī)則,整理各項目對冰質(zhì)要求的主要參數(shù)區(qū)間范圍.相關(guān)協(xié)會主要有國際滑冰聯(lián)盟(International Skating Union,ISU)、國際冰球聯(lián)合會(International Ice Hockey Federation,IIHF)以及世界冰壺聯(lián)合會(World Curling Federation,WCF).

      1.2 深度訪談

      通過深度訪談技術(shù)官員、運動員以及制冰師,進一步總結(jié)CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)條件下冰面使用的體驗與特征.

      1.3 數(shù)理統(tǒng)計法

      選取2022年北京冬季奧林匹克運動會首都體育館冰質(zhì)條件如表1所示.

      2 主要研究發(fā)現(xiàn)

      2.1 冰質(zhì)需求參數(shù)與競賽成績

      2.1.1 冰質(zhì)需求參數(shù)

      冬奧會場館冰場對冰面溫度、厚度、風(fēng)速及室內(nèi)環(huán)境有嚴(yán)格的技術(shù)要求.根據(jù)冬奧會國際單項體育聯(lián)合會技術(shù)要求及調(diào)研,冬奧會速度滑冰、花樣滑冰、冰壺及冰球的冰場室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如下(表2).

      表2 首都體育館冰質(zhì)數(shù)據(jù)

      3.1.2 競速類冰上運動成績

      從官方成績冊、奧運會官方網(wǎng)站數(shù)據(jù)分析,女子3000 m荷蘭選手以3:53.93打破2002年美國選手3:57.70的成績;女子1500 m 荷蘭選手以1:53.28 打破2014 年荷蘭選手1:53.51 的成績;女子5000 m 荷蘭選手以6:43.51打破2002年德國選手6:46.91的成績;女子1000 m日本選手以1:13.19打破2018年荷蘭選手1:13.56的成績.

      對我國參賽運動員而言,在中國北京冬奧代表團獲得的4塊冰上項目金牌中,首都體育館采用CO2跨臨界制冷劑的冰場,助力中國代表團獲得3枚金牌(其中短道速滑2塊,花樣滑冰1塊),占中國北京冬奧代表團金牌總數(shù)75%,為我國在本屆冬奧取得歷史性突破提供了重要的場地技術(shù)支持.

      2.2 冰質(zhì)需求特征分析

      2.2.1 穩(wěn)定性

      運動員如想在冰面上獲得更大的動力,減少阻力,刀刃是最理想的,冰非常光滑,通常物體在冰面上沒有辦法獲得足夠的側(cè)向摩擦力,支撐不住,但因為刀刃在冰面上可以插入到冰面之中,從而既可以獲得一個豎直方向的支撐力,也可以獲得水平方向的阻力.在冰刀刃和冰面之間存在一層水膜,起到了很好的潤滑作用.也是因為這一層水膜的存在,才使冰刀在冰面上滑行的時候能夠運行自如.因此,冰面冰質(zhì)的好壞和均勻程度,即冰面的穩(wěn)定性對運動員的運動表現(xiàn)有著至關(guān)重要的作用.

      通過訪談可知,CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)可以使冰面獲得較好的穩(wěn)定性.例如,北京冬奧組委技術(shù)部部長喻紅介紹,參與“相約北京”冰上項目測試的北京冬奧會5大競賽場館中,其中4個都采用了CO2跨臨界直接制冰技術(shù),這種系統(tǒng)碳排放量接近于零.冰表面溫差不超過0.5℃,冰場硬度均勻,更有利于運動員出成績.

      另外,通過對制冰師以及彎道管理員訪談表明,CO2制冷更能適應(yīng)各種澆冰形式,彎道管理員在澆熱水的時候,冰面能更好的適應(yīng)熱水,冰面溫度穩(wěn)定,不會很快把澆上的熱水凍結(jié),反而使其形成薄薄的一層水,使運動員滑行更為舒適流暢,更有利于發(fā)揮運動員的能力,取得好成績.

      2.2.2 效率性

      為了提高冰上項目場館的使用效率,因而存在不同的冰上比賽項目對于冰面溫度要求的不同,而且還存在不同項目在同場地比賽的情況,這就需要冰場具有能夠快速調(diào)節(jié)不同使用區(qū)域冰面溫度,即冰場使用功能轉(zhuǎn)換效率的問題.由于承辦兩種賽事,整個冬奧會期間,首都體育館的冰場需要進行30次轉(zhuǎn)換,以滿足花樣滑冰和短道速滑兩種比賽項目的不同需求,有時中間只有3 h的轉(zhuǎn)換時間.

      根據(jù)首都體育館花樣滑冰競賽主任姚佳介紹,兩個項目對于冰面、現(xiàn)場環(huán)境等比賽要素需求不同,“冰場轉(zhuǎn)換”成為場館工作的重中之重.同時,通過訪談可知,為了快速實現(xiàn)冰面功能轉(zhuǎn)換,主要是充分利用二氧化碳制冰溫度均勻的特點,結(jié)合精準(zhǔn)控制系統(tǒng)和線性降溫策略.通過此項策略,不僅可以實現(xiàn)2 h 內(nèi)完成快速、高效的冰面轉(zhuǎn)換,而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國際奧委會3 h冰面轉(zhuǎn)換的要求.

      2.2.3 優(yōu)質(zhì)性

      競速類冰上項目競賽中要求冰面具有較高的優(yōu)質(zhì)性.例如,短道速滑比賽,運動員在轉(zhuǎn)彎的過程中,身體要盡量靠近圓弧的切線,因為這樣才是最短路徑;同時左肩要明顯低于右肩,完成蹬冰動作.重心的變化,在短道滑的時候,人的兩個腳的冰刀基本上是接觸于冰面的,所以冰面也會給這個人一個斜向的作用力,這個作用力可以提供人的向心力,冰面的優(yōu)質(zhì)性是保障彎道高速滑行的重要因素,與獲得優(yōu)異成績有重要關(guān)系.

      通過訪談可知,CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)可以使冰面保證較好的優(yōu)質(zhì)性.例如,匈牙利選手劉少林在男子1500 m1/4決賽中打破奧運紀(jì)錄,賽后訪談表述“冰面和場地感受都很好,速度也很快,我喜歡這塊場地,冰面場地也很有抓地力,讓我可以更好的控制過彎.”另外,冬奧會期間,日本花樣滑冰名將羽生結(jié)弦點贊說:“我在這里可以滑得非常輕松,跳得非常高,我太喜歡這個場館的冰面了.”此外,荷蘭選手舒爾婷北京冬奧會獲得4枚短道速滑獎牌,并在女子1000 m1/4決賽中打破塵封10年的世界紀(jì)錄.賽后訪談表述“能在如此優(yōu)美的冰面滑冰,是無語倫比的享受,享受每一場比賽,沖刺的時候很夢幻.”

      2.3 冰質(zhì)條件與競速類運動項目競技成績相關(guān)性分析

      2.3.1 正態(tài)性檢驗

      以速度滑冰女子3000 m以及短道速滑男子500 m、女子500 m、男子1000 m和女子1000 m項目為例,使用的數(shù)據(jù)主要來自兩個方面.第一,場地參數(shù)來自于速度滑冰女子3000 m 以及短道速滑男子500 m、女子500 m、男子1000 m和女子1000 m項目比賽場地國家速滑館,主要指標(biāo)包括時間、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、冰道厚度、冰道硬度、冰道表面溫度以及冰面質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率等;第二,2022 年第24 屆北京冬季奧林匹克運動會速度滑冰女子3000 m 以及短道速滑男子500 m、女子500 m、男子1000 m 和女子1000 m 項目官方成績冊,以及2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽名古屋(日本JPN)、2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽多德雷赫特(荷蘭NED),2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽德布勒森(匈牙利HUN)男子500 m、女子500 m、男子1000 m 和女子1000 m官方成績冊.

      由于樣本量較少,所以采用夏皮洛-威爾克進行正態(tài)性檢驗,由表3可知,速度滑冰女子3000 m項目成績和冰層厚度(cm)的p<0.05,即數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)性.

      表3 冰場物理指標(biāo)正態(tài)性檢驗

      2.3.2 冰場物理指標(biāo)與成績相關(guān)性分析

      由于不是所有的變量都滿足正態(tài)性,所以采用斯皮爾曼來進行相關(guān)性檢驗.由表4可以看出,速度滑冰女子3000 m項目成績和冰質(zhì)、室內(nèi)溫度以及室內(nèi)濕度之間,在0.01級別(雙尾)上的相關(guān)性呈現(xiàn)顯著相關(guān),相關(guān)性系數(shù)為0.676,0.764以及0.743.此外,室內(nèi)溫度與室內(nèi)濕度也呈現(xiàn)高度相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.707.

      表4 冰場物理指標(biāo)與速度滑冰女子3000 m成績相關(guān)性

      由相關(guān)性分析的結(jié)果可知,速度滑冰女子3000 m項目成績和冰質(zhì)之間的相關(guān)性是顯著的,因此可以通過這兩個指標(biāo)來建立模型對Times進行預(yù)測.

      2.4 冰質(zhì)條件與短道速滑運動成績的相關(guān)性分析

      2.4.1 數(shù)據(jù)整理與分析

      分別對短道速滑男子500 m、女子500 m、男子1000 m和女子1000 m等4個單項的比賽結(jié)果進行分析,未列入男子1500 m、女子1500 m和接力比賽.并且,因受傷、疾病或跌倒導(dǎo)致的比賽結(jié)果差異被排除在比較之外.比較每組滑冰運動員的比賽結(jié)果,并記錄成績之間的差異,用來探究CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)冰質(zhì)條件與高水平運動員速度滑冰成績之間的關(guān)系.所有的分析采用SPSS 26.0.首先,對場館基礎(chǔ)條件以及短道速滑項目比賽成績進行描述統(tǒng)計;其次,將CO2跨臨界直冷冰場賦值為1,其他場館賦值為2,最后,采用Person 系數(shù)進行描述與分析CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)冰質(zhì)條件與高水平運動員速度滑冰成績之間的相關(guān)性.其中,r>0 為正相關(guān),顯著性水平通過“*”的數(shù)量表示.

      2.4.2 短道速滑成績數(shù)據(jù)特征

      數(shù)據(jù)顯示(表5),北京冬奧會(CHN)短道速滑男子500 m決賽8人,比賽成績平均值(M)為40.934 s,標(biāo)準(zhǔn)差為(SD)為0.423.女子500 m決賽運動員比賽成績平均值(M)為43.6621 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0.20721.男子1000 m比賽成績平均值(M)為94.776 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為5.164.女子500 m比賽成績平均值(M)為42.846 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0.256.女子1000 m比賽成績平均值(M)為90.972 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為4.485.

      表5 北京冬奧與近期大賽短道速滑成績

      2021/22國際滑聯(lián)世界杯賽名古屋(日本JPN)男子500 m決賽運動員比賽成績平均值(M)為44.011 s,標(biāo)準(zhǔn)差為(SD)為6.31.女子500 m決賽運動員比賽成績平均值(M)為43.662 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0.207.男子1000 m決賽運動員8人比賽成績平均值(M)為92.324 s,標(biāo)準(zhǔn)差為(SD)為9.131.女子1000 m決賽運動員8人,比賽成績平均值(M)為99.5050,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為12.801.

      2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽多德雷赫特(荷蘭NED)男子500 m 決賽運動員比賽成績平均值(M)為45.247 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為8.426.女子500 m 決賽運動員比賽成績平均值(M)為45.247 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為6.965.男子1000 m決賽運動員9人比賽成績平均值(M)為85.401 s,標(biāo)準(zhǔn)差為(SD)為1.739.女子1000 m決賽運動員9人,比賽成績平均值(M)為91.189 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為2.367.

      2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽德布勒森(匈牙利HUN)男子500 m 決賽運動員比賽成績平均值(M)為44.421 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為6.533.女子500m決賽運動員比賽成績平均值(M)為43.203 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0.589.男子1000 m決賽運動員6人比賽成績平均值(M)為85.275 s,標(biāo)準(zhǔn)差為(SD)為1.069.女子1000 m決賽運動員6人,比賽成績平均值(M)為98.019 s,標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為9.645.

      2.4.3 冰質(zhì)情況與短道速滑成績的相關(guān)性

      進一步統(tǒng)計采用CO2跨臨界直冷循環(huán)技術(shù)北京冬奧會短道速滑男子500 m、女子500 m、男子1000 m和女子1000 m決賽成績之間的數(shù)據(jù)間距.通過數(shù)據(jù)間距反映與北京冬奧會短道速滑成績之間的差距,主要考察各組成績之間是否具有統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異,依次來說明采用CO2跨臨界直冷循環(huán)技術(shù)以后場館冰質(zhì)與運動員成績之間的相關(guān)性.

      數(shù)據(jù)顯示(表6),北京冬奧會短道速滑各項目與平均值間距分別為2.329、0.8935、-5.332和3.949.2021/22國際滑聯(lián)世界杯賽名古屋(日本JPN)短道速滑各項目與平均值間距分別為-0.748、0.078、-2.880和-4.584.2021/22國際滑聯(lián)世界杯賽多德雷赫特(荷蘭NED)短道速滑各項目與平均值間距分別為-0.425、-1.508、4.043 和3.732.2021/22 國際滑聯(lián)世界杯賽德布勒森(匈牙利HUN)短道速滑各項目與平均值間距分別為-1.158、0.537、4.169和-3.098.

      表6 北京冬奧與近期大賽短道速滑成績相關(guān)性分析

      2.5 冰質(zhì)條件與運動成績的模型建構(gòu)

      2.5.1 相關(guān)性驗證

      為了方便驗證這種關(guān)系,研究采用北京冬奧會短道速滑項目比賽期間的冰面溫度與室內(nèi)濕度的數(shù)據(jù)反映冰質(zhì)的好壞和均勻程度情況,并集中討論CO2跨臨界直冷循環(huán)技術(shù)場館冰質(zhì)與女子運動員500 m短道速滑成績之間的相關(guān)性.首先,對場館基礎(chǔ)條件以及短道速滑500 m項目比賽成績進行匯總統(tǒng)計;其次,利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析CO2跨臨界直冷制冰技術(shù)冰質(zhì)條件與女子500 m短道速滑成績之間的相關(guān)性.

      在公式(1)中,x表示比賽成績,y分別表示冰面溫度和室內(nèi)濕度.

      計算結(jié)果顯示冰面溫度、室內(nèi)濕度與女子500 m短道速滑成績相關(guān)系數(shù)為-0.136和0.225.因此冰面溫度與女子500 m短道速滑成績有負(fù)相關(guān)性,室內(nèi)濕度與女子500 m短道速滑成績有正相關(guān)性.

      2.5.2 回歸預(yù)測模型

      根據(jù)第一部分計算的相關(guān)性系數(shù),可知冰面溫度和室內(nèi)濕度與女子500 m短道速滑成績存在一定的相關(guān)性.觀察已有的數(shù)據(jù),假定此時冰面溫度和室內(nèi)濕度與女子500 m短道速滑成績存在某種線性關(guān)系,則建立起回歸預(yù)測模型.

      一般線性模型為y=β0+β1x1+…+βnxn+ε,其中,y為數(shù)值型的輸出變量,xi(i=1,2,….n)為輸入變量;ε是隨機誤差項.

      現(xiàn)以冰面溫度、室內(nèi)濕度分別作為輸入變量x1和x2,女子500 m短道速滑比賽成績作為輸出變量y,建立多元線性回歸模型,判斷二者對短道速滑比賽成績的影響,具體回歸方程如下式所示:

      利用Matlab調(diào)用回歸函數(shù)計算模型參數(shù),得出:=53.753-10.874x1+1.373x2.

      2.5.3 統(tǒng)計性檢驗

      回歸模型建立后需進行相關(guān)的檢驗,評價模型的效果.此時先利用SPSSPRO 對冰面溫度和室內(nèi)濕度進行F檢驗.如表7的結(jié)果分析可以得到,顯著性P值為0.031**,小于0.05,說明數(shù)據(jù)之間存在顯著差異,存在線性關(guān)系,基本滿足要求.

      表7 方差齊性檢驗結(jié)果表

      其次,利用Matlab作殘差分析并繪制時序殘差圖(圖1),可以看到殘差大部分集中分布在零的附近.23,34,35,39,43的這5個樣本點的殘差偏離原點較遠(yuǎn),但總體呈現(xiàn)的結(jié)果較好,滿足回歸模型前提假定的要求.最后,通過以下公式

      圖1 殘差分析的結(jié)果圖

      計算R2的值,分析此回歸模型的擬合情況.

      R2為曲線回歸的擬合程度,越接近1 效果越好,計算得出此回歸模型的R2為0.109.

      3 結(jié)論

      對使用CO2跨臨界直冷循環(huán)技術(shù)以后場館冰質(zhì)條件下運動員在北京冬奧會以及相近時期國際大賽中的成績統(tǒng)計、描述與分析,主要目的是考察冰道冰質(zhì)情況與成績之間的相關(guān)性.通過相關(guān)分析顯示,競速類滑冰項目與場館冰質(zhì)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性.研究結(jié)果表明,北京冬奧會冰上項目場館采用CO2跨臨界直冷循環(huán)技術(shù)與短道速滑運動員提高成績具有一定的相關(guān)性.

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