国内优秀男子跳板跳水运动员起跳技术的运动学分析

郭梁，邹亮畴

●研究报道Short Comunications

国内优秀男子跳板跳水运动员起跳技术的运动学分析

郭梁1，邹亮畴2

目的：进一步探讨立定跳板跳水起跳技术的生物力学规律。方法：采用影像分析法、数理统计法等方法，对何冲等7名国内优秀男子跳板跳水运动员起跳缓冲技术进行运动学分析。结果：与其他6名运动员相比，何冲缓冲时间最长（0.08 s），蹬伸压板时间最短（0.2 s），压板末肩关节角度最大141°。结论：髋、膝、踝在缓冲末较小的关节角度可以增加身体重心下降的高度，有利于压板；相关肌群肌肉力量是影响缓冲能力和蹬伸速度的决定因素。

跳板跳水；起跳；缓冲；运动学

国内跳水的研究大多集中在走板起跳技术方面，而立定跳板跳水作为跳板跳水运动不可或缺的一部分，也是比赛中争分的重点，却很少有人问津。本文从运动学的角度对2008年奥运会冠军——何冲及其队友的205B动作技术进行分析，总结立定跳板跳水起跳技术的生物力学规律，对于未来奥运战略有着深刻的实践意义。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

广东省体育运动技术学院2008年现役健将级跳水运动员7名。

表1 研究对象基本情况Table 1 Tab le of the objectives In forma tion

1.2 研究方法

1.2.1 影像分析法使用日本NAC牌高速摄像机（100 Hz）及SONY DSR-PD190P常速摄像机（50 Hz）在比赛或训练现场从跳板的正侧面进行平面定点定焦拍摄，拍摄距离为15 m，主光轴与运动平面垂直，在跳板以上1.2 m，比赛前后将自制标尺立于跳板上，拍摄标尺完整图像。根据裁判打分或教练员评价，选取运动员较好动作进行解析。使用APAS软件和汉纳范人体模型对图象进行解析，原始数据平滑处理采用低通滤波平滑方法，截断频率为8.0 Hz。

1.2.2 数理统计法对所收集的文献数据和解析数据运用Microsoft Office Excel 2003进行数据统计处理。

2 结果与分析

2.1 起跳缓冲运动特征

缓冲运动是指从膝关节屈曲开始到膝关节最小的运动[1-2]。本文把跳水起跳缓冲阶段定义为从人体加速下蹲开始，到膝关节最小为止。

2.1.1 缓冲过程时间、重心等参数变化把开始压板的时间定义为零时间，缓冲结束时刻的时间值即压板开始到缓冲结束的时间。表2数据显示，7人之中，何冲压板缓冲时间最长为0.08 s，潘兆伟最短0.01 s，何冲较长的压板缓冲时间与其较小的身体缓冲角度有关（见图1、表2）。

2.2 起跳蹬伸运动特征

2.2.1 起跳蹬伸压板人体重心参数分析表4数据显示，身体重心水平速度在7名运动员之间存在很大差异，何冲最小0.01 m/s，而且方向向前，其他6人都比较大，方向向后，其中廖俊鼎、何超分别为0.75m/s、0.7 m/s，压板结束时刻过大的水平速度降低了压板效果。

7名选手的身体重心垂直速度变异较大，变异系数达到10%。最小的何冲为1.67m/s，最大的吴浩钿达到2.22m/s。何冲的弹起角最大，为89°，其他六人都在70°～80°之间，与何冲的弹起角度有较大差异。何冲较大的弹起角是其较小的水平速度引起的，较大的弹起角对弹板是个有利因素。弹板初期较大的弹起角，有利于板弹性势能向人体垂直方向动能的有效转化，增加腾空高度。

在重心高度方面，何冲最小0.03 m，几乎达到原点水平位置。何冲身高最高，而在压板末重心又达到最低，其在压板过程中充分利用了重心的下降促进压板。板尖高度7人之中，林劲、何冲最低，分别达到-0.746m、-0.735m，何超最高，为-0.6m，过轻的体重和较弱的肌肉力量影响了何超压板幅度，而林劲、何冲大的压板幅度除了得益于其较大的体重和较强的肌肉力量外，其良好的合板技术也是增大压板幅度的关键。

表4 7名运动员起跳压板结束时刻身体运动学参数表Table 4 Parameters of7 players in the end ofpressing board

2.2.2 蹬伸压板人体关节角度等指标分析观察图2，在压板结束时刻，何冲“脚尖、踝关节、肩关节”3点几乎在同一直线上，而且压板结束瞬间何冲身体屈曲程度仍然高于其他3名运动员，特别是髋关节，另外何冲前臂与上臂自然伸直，与躯干保持同一直线，整个身体表现出较强的“刚度”，此动作有利于压板后弹板板弹性势能向人体动能的转化。而其他六名运动员在压板结束瞬间膝、髋关节伸展程度较大，特别是躯干已基本垂直，而且身体“刚度”较差。

图2 7名运动员压板结束瞬间图象Figure 2 Figure of7 players in the end ofboard pressing

表5显示，压板末何冲肩关节角度最大141°，廖俊鼎和冯琪也分别达到131°、132°，而其他运动员都比较小，潘兆伟最小，只有93.3°。压板结束接下来的动作就是伴随着“膝关节蹬直”的弹板，所以此刻的摆臂应该位于“快速摆臂”的后期，肩关节角度应较大，手臂应接近两耳，在膝关节蹬直的一瞬间就可以迅速地连接动作[5]。

表5 7名运动员起跳压板结束时刻人体关节角度等指标一览表Table 5 Parameters o f jointangles of7 p layers in the end of take-off pressing

从表5数据同样可以看出，压板末人体膝关节角度在120°左右，何冲最小116.8°。髋关节何冲最小92°，而其他6名运动员在130°左右，此时踝关节是3关节中最小的关节，只有90°左右，而何冲是74°，何冲压板末的3个关节都小于其他6人。

表6数据显示，压板过程中，何冲蹬伸压板时间最短0.2 s，其他6人都大于0.2 s，蹬伸压板时间短，蹬伸速度快，产生更大的蹬伸压板力矩，有利于压板。林劲、潘兆伟、何冲、冯琪蹬伸压板过程压板幅度都达到0.6m以上，蹬伸压板效果比较好。

表6 蹬伸压板过程各参数变化一览表Table 6 Parameters in extending board pressing

总体来看，该阶段运动员身体角度变化，肩关节＞膝关节＞髋关节＞踝关节，该阶段运动员主要通过加速摆臂和膝关节蹬伸来实现压板。何冲髋、膝、踝3关节角度变化都最大，髋关节角度变化最小。与其他5人相反，何超、林劲踝关节角度在减小，可能是由于其踝关节蹬伸力量不足，肌肉被动拉长，产生被动“背曲”。

何冲、潘兆伟、林劲3人身体重心高下降最大（见表6），同时其板尖高下降也较大，大的身体重心下降幅度有利于压板。而身体重心下降的幅度与缓冲结束瞬间垂直速度和身体“团缩”程度有关，此3人缓冲结束瞬间身体“团缩”程度都较大（见表2、图1），而最大缓冲幅度（最大缓冲膝角）受身体下肢力量的制约，最终还是体能的问题。

2.2.3 “二次蹬伸”问题的分析观察图3，膝、髋、肩3关节起跳过程角度变化图，何冲有两个明显的拐点，中间存在一个平台期，而其他运动员不存在此现象，我们称此现象为“二次蹬伸”[6]。

何冲膝关节缓冲最大时刻为0.02 s，髋关节缓冲最大时刻为0.06 s，相差0.04 s。膝关节在0.16 s进入蹬伸平台期，0.26 s结束，而髋关节在0.14 s进入平台期，也是0.26 s结束。即其平台前期蹬伸的时间膝关节长于髋关节，而平台期髋关节长于膝关节，在经历平台期之后，膝关节与髋关节同时加速蹬伸，此时髋关节伸展曲线斜率更高，加速更明显，蹬伸时间长于膝关节。冯、林二人亦表现出同样特点，但是也有不同之处。对比3人角度关系曲线发现，除了冯、林二人髋关节缓冲最低点高于膝关节外，在蹬伸过程中二人的两条曲线基本重合，即其髋关节和膝关节蹬伸的角度都很接近，没有表现出一定的主次性，而何冲两条曲线中间有一定空间，即其髋关节和膝关节蹬伸角度变化在一定时间内交替进行。

结合视频图象进一步分析发现，何冲在蹬伸前期主要通过膝关节蹬伸压板，髋关节变化不大；而蹬伸后期（积极蹬伸以后）则是膝、髋同时蹬伸，以髋关节为主。而其他队员则没有此特点，其他6名队员在蹬伸初期就以髋关节和膝关节同步积极蹬伸，同步进入拐点间期，同步开始积极蹬伸。本文认为何冲的技术比较合理，根据胡克定律，在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比，所以在压板初期，板弹性恢复力比较小，通过力量比较小的膝关节蹬伸足以压板，力量较大的髋关节（核心力量）在压板末期充分蹬伸发力，更有利于压板。从另一角度分析，平台前期的蹬伸（预蹬伸）主要处于调整身体姿态，准备发力阶段，髋关节过早的蹬伸影响了其在后期的做功效率（见图3）。

图3 3名运动员膝、髋、肩3关节起跳过程角度、时间变化图（°/s）Figure 3 Figure ofangle and time of 3 players'knees，hips and shoulders during taking off

本文建议，从技术上运动员通过控制蹬伸的速度，调节蹬伸时机，使蹬伸过程中关节角度的变化更好地匹配跳板的形变，即力矩较大的角度对应较大的跳板形变；或者调节跳板支点，适当改变跳板的软硬程度，使人体蹬伸速度与跳板固有频率更好匹配。从身体素质上运动员应加强力量训练，以提高蹬伸肌肉的绝对力量。

3 结论与建议

（1）髋、膝、踝在缓冲末较小的关节角度可以增加身体重心下降的高度，有利于压板。但是影响3关节缓冲末角度的因素并不是其柔韧性，而是各伸关节肌群的肌肉力量。本文建议跳水运动员从增强“核心力量”（core strength）出发，加大身体缓冲的幅度，提高压板能力。

（2）压板结束瞬间，肩关节角度应在140°左右，手臂应接近两耳，以利于膝关节蹬直的一瞬间迅速连接动作。

（3）何冲蹬伸压板时间最短0.2 s，蹬伸速度最快，建议跳水运动员通过相关力量训练提高蹬伸速度，减小压板时间。

（4）跳水运动员可以通过控制蹬伸的速度，调节蹬伸时机，使蹬伸过程中关节角度的变化更好地匹配跳板的形变；或者调节跳板支点，使人体蹬伸速度与跳板固有频率更好匹配。

[1]李世明，刘学贞.纵跳理论研究进展[J].北京体育大学学报，2004，（1）：65-68.

[2]Nissen CW，WestwellM，Ounpuu S.A biomechanical comparison of the fastball and curveball in adolescent baseball pitchers[J].The American journal of sportsmedicine，2009，37（8）：1 492-8.

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[4]王卫星，李海肖.竞技运动员的核心力量训练研究[J].北京体育大学学报，2007，（8）：1 119-1 121.

[5]谢才明.跳水训练中的几个技术问题[J].中国体育科技，1981，（7）：16-21.

[6]刘卫国，李强，刘学贞.优秀男子跳水运动员跳板起跳积极蹬伸时机的运动学分析[J].西安体育学院学报，2006，（23）：98-100.

K inematics Analysis of Take-off Techniques of Elite M ale Springboard Diving Athletes in China

GUO Liang1,ZOU Liangchou2
（1.Center for Scientific Research,Guangzhou Sport University,Guangzhou 510500,China;2.Exercise and Health Promotion Lab, Guangzhou Sport University,Guangzhou 510500,China）

Objective:To further explore the biomechanical rule of the take－off techniques of standing springboard diving.Methods:With themethods of literature,Image analysisand mathematical statistics,kinematics analysis on the buffer techniques during take－off of He Chong and other 6 elitemale athletes in China.Results:Comparingwith other 6 athletes,He Chong got the longest buffer duration（0.08 s）,the shortestextending duration during pressing the board（0.2s）and the biggestangle of shoulders in the end of pressing board（141°）.Conclusion:Smaller jointangles of the hip,knee and ankle in the end of buffering can increase the height of center of gravity（COG）decreasing,it is good for springboard pressing.Themuscles strength is very important for the ability of buffering and the extending velocity.

springboard diving;take-off;buffer;kinematics

G 861.2；G 804.6

A

1005-0000（2010）02-0158-04

2009-09-21；

2010-02-25；录用日期：2010-02-27

郭梁（1983-），男，山东滨州人，广州体育学院助教。

1.广州体育学院科学实验中心，广州510500；2.广州体育学院运动与健康促进重点实验室，广州510500。

图1 7名运动员膝关节最大缓冲时刻图像
Figure 1 Figu re in the end of knee jointbuffering tim e

统计7人数据，缓冲末平均垂直速度为-3.41±0.18m/s，何冲垂直速度最大-3.68m/s，表现出其较强的能力。缓冲末垂直速度与身高有密切关系，身高越高下落距离越大，加速时间越长，速度越大。吴浩钿身高与何冲相当，但是其缓冲末垂直速度只有-3.37m/s，其缓冲技术还有待进一步提高。何超身高较低，只有1.49m，其缓冲末垂直速度也较小-3.27m/s。

缓冲结束瞬间的水平速度是影响垂直速度的一个指标，大的水平速度会影响垂直速度的增加，7人之间变异程度较大，变异系数为45%。潘兆伟缓冲末水平速度最大0.46m/s，垂直速度最小-3.21m/s，所以其下落角最小82°，其较大的水平速度影响了垂直速度的增加。

表2 7名运动员起跳缓冲结束时刻人体关节角度等指标一览表
Talbe 2 The param eters of joint angles of 7 p layers in the end of take-offbuffering

注：肩角即肩关节角度，本文用上臂与躯干的夹角表示。

何冲冯何超廖林潘吴平均数标准差cv%时间/s 0.08 0.05 0.03 0.03 0.04 0.01 0.06 0.043 0.023 53.4膝角/°41.4 69.7 83.9 75.5 64.3 56.3 65.5 65.2 13.7 21.0髋角/°59.3 85.5 89.2 88.8 80.6 83 78.2 80.7 10.3 12.7踝角/°58.7 85.5 99 92 92.9 104.3 91.4 89.1 14.7 16.5肩角/°73.3 46 23.8 60.7 62.8 109.1 101 68.1 29.8 43.7板尖高/m-0.096-0.099-0.088-0.066-0.091-0.052-0.161-0.093 0.034 36.9

缓冲结束瞬间的重心高反映了缓冲下落幅度，是影响身体垂直下落速度的主要指标，一般与身高成正比例关系，身高越高，缓冲末的重心高也相对越高[3]。表3中重心高在7人之间变化不大，变异系数6%，统计7人值为（0.53±0.03）m，何冲相对其较高的身高来说，重心下降比较大，这是其重心垂直速度大的原因，而潘兆伟身高只有1.62m，其缓冲末重心高却最大0.58 m，这是其垂直速度最小的重要原因。

表3 7名运动员起跳缓冲结束时刻身体运动学参数表
Table 3 Kinematic parameters in the end of take-off buffering of 7 p layers

注：下落角是指人体重心合速度与X轴的夹角。

何冲冯何超廖林潘吴平均数标准差cv%时间/s 0.08 0.05 0.03 0.03 0.04 0.01 0.06 0.03 0.02 46 Vx/m·s-10.18 0.14 0.16 0.15 0.26 0.46 0.32 0.24 0.11 45 Vy/m·s-1-3.68-3.62-3.27-3.22-3.51-3.21-3.37-3.41 0.18 5下落角/°-87.2-87.7-87.2-87.3-85.8-81.9-84.5-85.9-1.9 2重心高/m 0.50 0.49 0.53 0.58 0.52 0.58 0.52 0.53 0.03 6

2.1.2 缓冲过程身体关节角度及板高变化特征观察表2，比较肩关节角度发现，7人肩关节角度差异很大，潘兆伟、吴浩钿两人较大，分别为109.1°、101.0°，而潘、吴两人的缓冲结束时刻水平速度也最大，分别为0.46m/s、0.32m/s，可能是其较晚的摆臂动作加大了向前的身体重心水平速度。

观察图1，在最大缓冲时刻，4人之中何冲身体收得最紧，而其他3名运动员在髋、膝、踝等关节处都存在不同程度的曲屈空间，影响了其在缓冲末重心的下降距离，何冲由于缓冲幅度大，压板缓冲时间长，使身体能量利用最大化，有利于压板。从表2关节角度数据分析，何冲踝、膝、髋3关节角度都远小于其他6人，其踝、膝、髋3关节角度分别为58.7°、41.4°、59.3°，反映出何冲较强的身体缓冲能力。观察吴浩佃数据，3关节角度分别为91.4°、65.5°、78.2°，远大于此刻何冲3关节角度，这是其虽然身高与何冲相当，但是垂直下落速度小于何冲的重要原因。潘兆伟三关节角度分别为104.3°、56.3°、83.0°，也是一组较大的数据，这样的身体姿态影响了其缓冲末身体重心下降的幅度，从而造成了缓冲结束瞬间最小的身体重心垂直速度（见表2）。

影响关节缓冲结束瞬间角度的并不是膝关节的柔韧性，而是各伸关节肌群的肌肉力量，7人之中何超年龄最小，只有15岁，身体还处于生长阶段，各器官系统还没有发育完全，其肌肉力量与其他年龄较大的运动员存在较大差距，所以其在缓冲末身体髋、膝、踝关节角度几乎都最大（99°，83.9°，89.2°）。如果力量不足而盲目追求小的缓冲末关节角度，缓冲末就没有足够的力量对抗身体自身重力、板的反弹力以及由于身体加速下降而产生的向下惯性力，造成“打板”现象。本文建议跳水运动员从增强“核心力量”（core strength）出发，加大身体缓冲幅度，提高压板能力。

“核心通常指我们所说的躯干，包括脊柱和骨盆及其周围的肌群。核心力量是提高身体力量的关键，所有体育动作都是以核心肌群为起始的运动链，强有力的核心肌群对运动中的身体姿势，运动技能和专项技术动作起着稳定和支持作用”[4]。跳水运动亦是如此，跳水的整个过程都是人体各环节相互配合、神经肌肉系统协调工作完成的，增强核心力量对跳水起跳和空中动作的完成有重要意义。