植被环境对使用GPS监控定向运动员训练效果的影响

谢 浩

(浙江财经学院 东方学院，浙江 嘉兴 314408)

植被环境对使用GPS监控定向运动员训练效果的影响

谢 浩

(浙江财经学院 东方学院，浙江 嘉兴 314408)

GPS已被应用在定向运动的多个领域，研究通过分析不同植被环境对使用GPS监控定向运动员训练时获得航迹的精确度及所得航迹与运动员返回终点后手绘轨迹间差异的影响。结果显示GPS监控运动员训练所得航迹具有较高精确度，航迹测算所得运动员运动距离较运动员实际运动距离短，植被环境对GPS航迹测量误差存在显著影响。GPS可作为训练监控的有效手段，但受植被环境的影响，在植被茂密区域使用仍存在一定限制性。

定向运动；GPS；训练

定向运动是一项参赛者借助地图和指北针，在尽可能短的时间内到达若干个被分别标注在地图上和实地中检查点的运动[1]。与其它在固定场地进行竞赛的体育项目不同，定向运动比赛通常在校园、公园及森林中进行，为获得理想成绩，运动员常根据自身技能和身体状况进行越野跑。项目的这种特性也使教练员和观众无法实时掌握运动员在竞赛过程中的实际运动状况，使训练监督及项目推广都存在不小难度。尽管利用电子计时设备、视频追踪[2]等方法能够对运动员在训练及竞赛过程提供一些反馈，但均无法与地图良好结合并完整体现运动员在实地的运动状态。GPS技术的出现，特别是在美国军方解除选择可用性(SA，Selective Availability)之后，GPS的民用信号精度得到极大提高，使利用GPS对定向运动员在训练及竞赛现场进行监控具备一定可行性[3]。GPS精度除受设备自身精度限制、传播延迟误差之外，还受使用场地植被环境的影响。现有利用GPS监控定向运动员训练的研究多集中于利用差分GPS(dGPS，differential GPS)技术就追踪轨迹、运动速度和运动中的错误等情况与生理指标间的关联进行分析[4]，且设备价格昂贵，而鲜有就该技术使用时植被环境对其监控训练效果的影响进行探讨。本研究旨在通过对比不同植被环境下使用普通GPS接收器监控定向运动员训练，探索不同植被环境对利用GPS监控训练效果的影响，为该技术在定向运动训练中更好应用提供参考。

1 对象与方法

1.1实验对象

10名优秀定向运动员，具有多年定向运动经验，均在全国定向赛事中获得前八名成绩，年龄25～31岁，身体健康，实验前24h未从事剧烈运动。

1.2实验方法

受试运动员随机分入2组，分别完成以延径(指跑动路线完全延道路前进且道路上方无植被覆盖)为主及连续树冠下穿越为主的2种不同植被环境下进行短距离定向运动路线。其中，延径为主环境场地平坦，路线共设10个检查点，长度为1 478m，地图比例尺为1:3 000，等高距2.5m；连续树冠下穿越环境场地平坦，路线共设12个检查点，长度为1 871m，地图比例尺为1:4 000，等高距2.5m。

1.3 GPS轨迹记录及信号分析

采用Garmin forerunner 405腕表式GPS接收器(无SA模式下误差<10m， 采样频率1次/5s，重量60g)记录运动员运动过程中的轨迹，并将所得航迹以GPX格式导入OCAD 9软件进行航迹与地图的整合；同时还将收集运动员返回终点后在地图上手绘轨迹图，扫描后，在OCAD 9中将轨迹矢量化。由于GPS航迹采用地理北极坐标系，定向地图采用磁北极坐标系，两者进行整合时，需根据当地实际情况，对地图或者航迹进行磁偏角角度调整，手绘轨迹在矢量化过程中则无需进行此类调整。

进入检查点状况的认定：在整合后地图上中，所得航迹拐点出现在具体检查点圆圈内且停留时间超过3s，则认为运动员完成该检查点的到访。

1.4数据分析

不同植被环境下，GPS航迹成功到访路线中检查点率的情况采用2个独立样本的检验进行分析；GPS航迹与运动员手绘轨迹比较、GPS测量误差(手绘轨迹与GPS航迹之差[5])，均采用独立样本t检验分析；统计工作采用SPSS for Mac 18 软件进行。

2 实验结果

2.1不同植被环境下，所得GPS航迹进出路线中检查点情况的分析

在以延径为主和连续树冠覆盖为主的植被环境下，受试者路线执行过程中进入路线中检查点率分别为98%和78.3%，对两种不同状况下的进入率进行2个独立样本的检验后发现两者存在显著差异(Asymp. Sig.(2-tailed)<0.05， Extra Sig.[2*(1-tailed Sig.)]<0.05)。

2.2不同植被环境下运动员手绘轨迹与所得GPS航迹间的差异

对定向运动员路线选择执行情况传统的研究方法主要是对运动员返回终点后手绘轨迹进行分析，高水平运动员通常能够完整回顾自己路线选择的执行状况。在本项研究中，路线简单且受试者的竞技水平均能保证其在返回后可准确无误记录下自己在实地运动的轨迹，该手绘轨迹能够完全准确的反映受试者在实地的运动状况。

我们对不同环境下两种轨迹的长度进行独立样本t检验，检测显示延径植被环境t=4.824，P<0.05；连续树冠覆盖植被环境t=3.081，P<0.05，所得GPS航迹与手绘轨迹均存在差异，且两种植被环境下，所得GPS航迹长度均小于手绘轨迹长度，其程度：延径环境下为5%，连续树冠环境下7.8%。

2.3不同植被环境对所得GPS航迹测量误差的影响

我们将GPS航迹测量误差定义为：运动员返回终点后手绘轨迹长度与所得GPS航迹长度间的差值[5]。经过独立样本t检验后发现F=0.622，P<0.05，显示连续树冠环境对GPS追踪轨迹的测量误差影响大于延径环境。

表2 不同植被环境对GPS追踪轨迹测量误差的影响

3 讨 论

3.1植被环境对所得GPS航迹进入检查点状况的影响

GPS作为一种可以实时追踪并记录定向运动员在实地运动状况的新工具在定向运动训练当中具有很好的应用前景，但受其自身工作原理的限制。本研究发现所得GPS航迹在延径为主与连续树冠覆盖的植被环境下进出检查点情况存在显著性，显示茂密的植被环境会降低GPS追踪过程的水平精确度。此外，运动员进出检查点是一个在较短时间内发生运动方向改变的过程，Witte等人的研究指出这也是降低GPS追踪精确度的一个原因[6]。但从GPS轨迹与地图整理状况来看，两种植被环境条件下，GPS轨迹均能良好反应定向运动员完成路线过程的趋势，在实际操作过程中具有一定的应用价值。

随着技术的升级，GPS接收器在信号强度、精度等方面均得到提高，因此，本实验结果与PIOTR CYCH[5]先前的研究结果相差较大。

3.2植被环境对所得GPS航迹长度及误差的影响

定向运动员在实地运动的速度与完成路线的实际距离是教练员在运动监控时十分关心的问题。为达到训练效果，提高定向运动员的技术，教练员需要了解和掌握运动员在运动过程中定向技术的使用与跑动速度之间的平衡关系：即在何种跑速下运动员仍能进行良好的检查点到访而不致出错。先前的分析仅能够通过分段成绩的解读来实现，结合GPS技术后，教练员不仅能够良好地掌握运动员定向过程中的实际运动距离，亦能了解其运动速度的变化及其原因。

本研究通过对GPS航迹与运动员返回终点后手绘轨迹的比较，发现在不同两种植被状态下，所得GPS航迹长度均受一定影响，均小于运动员手绘轨迹，且连续树冠覆盖情况下对与GPS测量误差影响程度明显大于延径状态(F=0.622，P<0.05)。

所得GPS航迹长度小于运动员手绘长度主要是由于运动员在实地运动过程中并非总是沿着直线运动，且GPS接收器接收数据频率较低(1次/5s)，两者都会对追踪所得GPS航迹精度产生影响。

以上研究显示，利用GPS技术对定向运动员进行训练监控具有较高的可行性，利用GPS航迹测算所得运动员运动距离较运动员实际运动距离短，植被环境不论对所得GPS航迹水平精确度，还是所得GPS航迹测量误差均存在影响，随着植被茂密程度的增加，影响程度也随之加大，使GPS技术在该类区域内使用时存在一定限制性。

此外，本研究所采用的实验场地均为地势起伏不大并以大比例尺成图的区域，精确度的探讨也仅限于平面精确度，未就小比例地图和高程精度等情况进行实验研究，由于地图数学基础和确定高程对GPS接收器对卫星信号数量需求存在差异，不同植被环境中对上述问题的影响程度仍有待我们进一步探索。

[1] 王翔，彭光辉，等.定向运动[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] Omodei,M.M,McLennan,J,& Whitford, P. Improving Decision Making in Complex Natural Settings: Using a Head-mounted Video Camera to Improve Performance of Competitive Orienteers[J].International Journal of Sport Psychology,1998, 29:115-131.

[3] 谢浩,王健.GPS技术在定向运动中运用的研究[J].浙江体育科学,2009,31(1):61-64.

[4] Larsson P., Henriksson-Larsen K., The Use of the GPS and Simultaneous Metabolic Measurement in Orienteering[J].Medicine and Science in Sport and Exercise, 2001, 33: 1919-1924.

[5] Piotr cych. Possibilities of Constraints on the Application of GPS Devices in Control Orienteering Training[J].Studies in Physical Culture and Tourism,2006,13(2):109-115.

[6] T.H.Wittea, A.M.Wilsona. Accuracy of Non-differential GPS for the Determination of Speed Over Ground[J].Journal of Biomechanics, 2004,37:1891-1898.

TheEffectofDifferentVegetationEnvironmenttotheAccuracybyUsingGPSTracksOrienteeringTraining

XIE Hao

(Dongfang College,Zhejiang University of Finances and Economics,Jiaxing 314408,China)

GPS has been used in many aspects in orienteerin. This study compares the accuracy of the GPS tracking trail, the difference between the trails got by GPS and drew by the orienteers after they back to the finish in different vegetation environment. The result shows the accuracy of GPS tracking trail is good enough for it to be a useful tool in orienteering training. The GPS tracking trail is normally shorter than the trail drew by the orienteer. Meanwhile, errors increases in canopy acreages could be an operative tool in orienteering training. But the accuracy will descend in dense vegetation area.

orienteering；GPS；training

2011-02-21

谢 浩(1979-)，男，浙江杭州人，助教，硕士，主要研究体育教学、定向运动.

1004-3624(2011)03-0063-03

G826

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