各赛段速步马步态特征与速度之间相关性研究

曾亚琦，姚芳芳，李晨晨，王建文，王 东，王 欢，李林玲，张 弦，马立山，姚新奎

（新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052）

各赛段速步马步态特征与速度之间相关性研究

曾亚琦，姚芳芳，李晨晨，王建文，王 东，王 欢，李林玲，张 弦，马立山，姚新奎

（新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052）

【目的】以21匹速步马为研究对象，分析不同速度区间马匹步态特征（步幅、步高、步频）在不同赛段的差异性及其与速度的相关性，为速步马选择及训练提供参考依据。【方法】速步赛时采集其步态特征及视频数据，将视频进行数字化处理，得到步幅、步高、步频和步速数据，并分赛段进行差异性和相关性分析。【结果】在高速组中，直道处、弯道处和终点处的步态特征与步速无显著性差异（P＞0.05），但终点处的步幅、步频和步速都比直道和弯道处略大。在低速组中，马匹除步高外，步幅、步频和步速在直道、弯道和终点处均有差异，终点处步幅和步频均显著大于直道处和弯道处（P＜0.05），终点处的速度则极显著大于直道处和弯道处（P＜0.01），而弯道处的步幅、步频和步速则处于最低值。高速和低速两组之间，在直道、弯道和终点三处，高速组的步幅、步高极显著高于低速组（P＜0.01）。直道和终点处，速度与步幅和步高存在极显著正相关关系（P＜0.01），而在弯道处时，速度与步幅、步高和步频均存在极显著正相关关系（P＜0.01）。【结论】速步马的调训工作中应以提高其步幅和步高作为主要方向。

速步马；步幅；步频

0 引 言

【研究意义】下肢的运动步态分析是衡量马匹运动性能的客观标准［1］。现阶段，有许多设备和仪器可用于研究马匹运动生物力学，如加速度测量术、高速摄像设备、测力板等。马匹性能评估需要结合精密的仪器与准确的分析结果，最常用的设备包括皮肤标记和马用跑步机，而野外的运动生物力学试验，其设计更具复杂性，考虑的因素也更多［2］。【前人研究进展】早在 20世纪80年代后期和90年代初期，Leach D和 Muir G等已经开展了成年马和小马驹速度与步态特性参数相关性的初步研究。对于竞赛用速步马，已经有研究提出应用一种特殊的、基于功能和形态学的运动模式来做早期的优良马匹选择。到目前为止，还没有一种普遍和客观的方法来评估这种肢体运动是否适用于马匹的选择［3－4］。【本研究切入点】步幅是评价马匹运动性能的一个传统又特别重要的参数之一［5］，某些步态特征的微妙变化可能会对其竞赛性能有很大影响，而且马匹肢体运动模式的再现性也能影响马匹的加速［6］。研究利用运动轨迹学方法获取马匹步态特征并进行差异性分析，探索其共性规律与差异部分，为速步马早期选择提供理论基础，同时指导速步马专项运动性能训练。【拟解决的关键问题】试验以成年速步马和训练期青年速步马为研究对象，应用Kwon3D XP三维运动采集分析软件对视频数据进行数字化处理，研究速步马步幅、步频、步速之间的相关性及不同速度间步态特征的差异性以期探寻速步马在竞赛状态下的步态规律及不同速度间的差异，为速步马的早期选择和训练提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究对象为成年速步马和训练期青年速步马，根据其速度将成年马和青年马分为高速组和低速组。

使用 JVC－PX100（帧速率为 50 f／s，快门速度为1／1 000 s）进行视频资料的采集，使用Kwon3D XP三维运动采集分析软件对视频进行数字化处理，得到步频、步幅、步速等步态特征变化数据。

1.2 方 法

速步马比赛时，在马匹行进路线左侧、赛道外侧的直道处、弯道处和终点处分别架设 1台高速摄像机，用于Kwon3D XP标尺建立，在比赛中利用标尺位点的高速摄像机获取马匹步态特征中步频和步幅等相关数据。采集视频数据时摄像机的焦距、帧速率、快门速度等参数与采集 Kwon3D XP三维运动采集软件所需标尺的各种参数一致。

1.3 数据统计

用Kwon3D XP三维运动采集软件对视频进行数字化处理，得到各步态特征数据；用Excel整理和统计数据；用 SPSS18.0软件进行相关性和差异性分析。

2 结果与分析

2.1 各赛段步幅、步高、步频、步速间差异性

研究表明，在高速组中，其步幅较大且步频较快，在直道处、弯道处和终点处的步态特征及步速无显著性差异（P＞0.05），但是终点处的步幅、步频和步速都比直道和弯道处略大。从标准差来看，终点处的速度的波动要比另外两处大。表1

研究表明，在低速组中，马匹除步高外，步幅、步频和步速在直道、弯道和终点处均有差异，终点处步幅和步频均显著大于直道处和弯道处（P＜ 0.05），终点处的速度则极显著大于直道处和弯道处（P＜0.01），且步幅、步频和步速在终点处时达到最大值，而弯道处的步幅、步频和步速则处于最低值。表2

表1 高速组步态及速度Table 1 Statistical of Gait Characteristics and speed in high speed

表2 低速组步态及速度Table 2 Statistical of Gait Characteristics and speed in low speed

研究表明，在直道、弯道和终点三处对比高速和低速两组之间步态特征显示，高速组的步幅、步高、步速极显著高于低速组（P＜0.01），但步频之间差异不显著（P＞0.05）。表3～5

表3 直道处不同速度间步态特征差异性Table 3 The difference of gait characteristic between different speeds in straightway

表4 弯道处不同速度间步态特征差异性Table 4 The difference of gait characteristic between different speeds in bend

表5 终点处不同速度间步态特征差异性Table 5 Thedifference of gait characteristic between different speeds in sprint

2.2 各赛段步幅、步高、步频、步速间相关性

2.2.1 直道处步态特征与速度之间的相关性分析

研究表明，通过对直道处各步态特征之间及其与速度之间进行相关性分析发现，步速与步幅和步高之间存在极显著正相关关系（P＜0.01），但是与步频之间关系不显著（P＞0.05）；步频与步幅和步高之间也无显著性相关（P＞0.05），但从相关关系的数值上看，其关系为负相关；步幅与步高之间关系极显著正相关（P＜0.01）。表6

2.2.2 弯道处步态特征与速度之间的相关性

研究表明，通过对弯道处各步态特征之间及其与速度之间进行相关性分析发现：步速与步幅、步高和步频之间存在极显著相关性（P＜0.01）；但是步频与步高和步幅之间相关性不显著（P＞0.05），但是关系为正相关；步幅与步高之间呈极显著正相关（P＜0.01）。表7

2.2.3 终点处步态特征与速度之间的相关性

研究表明，通过对终点处各步态特征之间及其与速度之间进行相关性分析发现，步速与步幅和步高之间存在极显著正相关关系（P＜0.01），但是与步频之间关系不显著（P＞0.05）；步频与步幅和步高之间也无显著性相关（P＞0.05），但从相关关系的数值上看，其关系为负相关；步幅与步高之间呈极显著正相关关系（P＜0.01）。表8

表6 直道处步幅、步高、步频与步速之间相关性Table 6 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on straightaway

表7 弯道处步幅、步高、步频与步速之间相关性Table 7 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on bend

表8 终点处步幅、步高、步频与速度之间相关性Table 8 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on sprint

3 讨 论

对于赛道全程而言，直道距离占比最大，因此研究马匹在直道处的步态特征极其重要。对直道处步幅、步高、步频和步速做相关分析，步速与步幅和步高之间呈极显著正相关关系（P＜0.01），但是与步频之间无显著相关（P＞0.05），步幅与步高之间也存在极显著正相关性（P＜0.01）。Leach D等［7－8］对瑞典速步马的速度和其步态特征的相关性研究显示，速度与其步幅有显著的线性关系（P＜0.05），而与步频的线性关系不明显，研究结果与其基本相似。Muir G等［9］也认为，速度的改变是由于步幅和步频同时改变或步幅与步频单一改变。速度 ＝步幅×步频，步频和步幅是决定速度的两个最重要的因素，二者是相辅相成的动态参数，某一个参数的改变，必然会导致另一参数的相应改变［10］。步幅受到肌肉收缩力及生物体解剖结构的限制，步幅过大会降低步频，而步频过高则会造成肌肉紧张及加重能耗，会影响步长［11］，研究结果表明，步频与步幅和步高无显著相关性（P＞0.05），但从其相关关系数值上看，步频与步幅为负相关，正印证了此观点。因此，在直道处影响速度的最主要因素是步幅和步高，所以在直道处时，为提马匹竞赛速度，应尽可能的增大其步幅与步高。

弯道技术是影响比赛的诸多关键因素之一，在一定程度上，弯道水平发挥将会影响整个比赛成绩［12］。因此，研究马匹在弯道处运动步态特征也极其重要。步速与步幅、步高和步频之间存在极显著相关性（P＜0.01），步幅与步高存在极显著相关性（P＜0.01），但是步频与步幅和步高之间无显著相关性（P＞0.05）。孟军等［13］的研究认为，直道处步幅较弯道大，且步频也略快。研究结果中高速组的研究结果与其略有不同，但是低速组的研究结果与其基本一致，造成这种差异的原因可能是由于马匹运动性能、训练程度等不同有关。研究中，高速组马匹均为成年参赛马匹，马匹的竞赛水准较高、竞赛性能较为稳定，而低速组的马匹与孟军等［13］研究的马匹性能接近，均为调教训练期，马匹的体型尚处于发育期，运动性能波动较大。弯道的运动形式类似于圆周运动，需要在向心力的作用下才能完成［14］，在弯道处躯干的姿势和前后肢摆动的姿势对弯道处的速度影响极大，需要通过较大步频不断调整身体的重心以保持身体向内倾斜，以利于弯道加速［15］。所以在此阶段，马匹应以最优的步幅步频比以达到马匹在弯道时的最大速度。

有研究表明，短跑终点冲刺能力是短跑运动的一项重要技术［16］，这项技术在速度赛马中也有着同样重要的地位。高速组在赛道直道处、弯道处和终点处的步幅、步频及步速无显著性差异（P＞0.05）。终点处步速显著大于直道处步速（P＜0.05），极显著大于弯道处步速（P＜0.01）。总的来说，随着不断接近终点，步幅、步频和步速都有增大，到终点处时达到最大值。Jose M.Vilar等［17］的研究结果表明，在冲刺时马的各项步态特征（步幅、步频）和步速能达到其最大值，结果与其研究结果相似。可能是由于一般在终点前 200 m处时，有经验的骑师会使马匹全速前进，使马的各项运动性能达到最大值。由表8可以发现，在终点处，速度与步幅和步高呈极显著正相关关系（P＜0.01），但与步频无显著关系（P＞0.05），但是从数值上看其关系为正相关，即步频越大速度越快，步幅与步高呈极显著正相关关系（P＜0.01），说明在接近终点时，马匹会通过，同时增加其步幅与步频来使其速度达到最大值，以完成它最后的冲刺，并且有研究认为，优秀速步马在比赛时会使用最佳的步频和步幅组合来提高其比赛速度［18］。Jose M.Vilar［17］在其研究中还提到，在冲刺时提速主要原因是由于步幅的增长。

研究发现高速组和低速组之间高速组步幅、步高和步速均极显著高于低速组（P＜0.01），但两组之间步频并没有显著性差异（P＞0.05），这说明速度间差异的主要决定因素为步幅和步高。Leleu C［5］和Rogers C W［19］的研究表明步频具有高度遗传性，李子煊等［20］在其研究中也提到，2～6岁幼儿的步频与世界优秀短跑运动员的步频无明显差异，随着年龄的增长，步频变化也并不明显，但是步幅则会随着身高的增长而显著加长。宋光春［21］在对比中外优秀100米短跑运动员成绩、步频和步幅时显示，中外运动员成绩呈极显著差异，步幅呈显著差异，但步频无明显差异，与研究结果相似。张宝荣［22］在研究短跑中影响步长与步频的因素中也提到，步频的快慢与神经对肌肉的支配能力有关，这主要由遗传因素决定。因此，根据步幅、步频与步速的线性关系，在挑选速步马时应着重选择步频较快马匹的后代，而在训练运动马时应更注重其步幅和步高的训练，以期尽可能的提高其竞技水准。

4 结 论

通过对速步马不同比赛赛段的速度、步幅、步高和步频的相关性分析发现，直道和终点处，速度与步幅和步高存在极显著相关关系（P＜0.01），但与步频无显著相关性（P＞0.05），而在弯道处时，速度与步幅、步高和步速均存在极显著相关关系（P＜0.01）。对不同速度间马匹的步幅、步高和步频进行差异性分析发现，在直道、弯道和终点三个赛段，不同速度间步幅和步高之间差异性极显著（P＜0.01），但是步频间并无显著差异（P＞0.05）。因此，在日后的速步马早期选择过程中，应以高步频马匹为重点培养对象，同时在调教训练过程中应选择提高马匹步幅和步高作为步态训练的主要方向。

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The Correlation Research between Speed and Gait Characteristics of Trotter Horse in Different Sections

ZENG Ya－qi，YAO Fang－fang，LI Chen－chen，WANG Jian－wen，WANG Dong，WANG Huan，LI Lin－ling，ZHANG Xian，MA Li－shan，YAO Xin－kui
（College of Animal Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

【Objective】The present study aims to select 21 trotter horses as research objects to analyze the difference of gait characteristic（stride length，high of fore－hoof and stride frequency）in different speeds and different sections and the correlation between speed and gait characteristic in different sections in order to provide a reference for trotter selection and training system.【Method】The gait features and video data are collected during speed step race，the video went through digital processing for getting the step height，stride length，stride frequency and stride data and analyze the difference and correlation of stages were analyzed.【Result】In high speed，there was no significant difference at gait and speed at straight，bend and terminal（P＞0.05）.But the stride length，stride frequency and speed were higher at terminal than at straight and bend. In low speed，there were differences in stride length，stride frequency and speed at three different sections. The stride length and stride frequency at terminal were significantly higher than those at straight and bend（P＜0.05）and the speed at terminal were significantly higher than that at straight and bend（P＜0.01），while stride length，stride frequency and speed at bend had the least value.There were great significant differences between high speed group and low speed group，the stride length，high of fore－hoof and stride frequency at high speed group were significantly higher than those at low speed group（P＜0.01）.At straight and terminal，there was a very significant positive correlation relationship between speed and stride length or high of forehoof（P＜0.01）.At bend，there was a very significantly positive correlation between speed and stride length or high of fore－hoof or stride frequency.【Conclusion】In the future，in the trotter horse schooling and training work，we should improve its stride and step height as the main direction.

trotter horse；stride length；stride frequency

S821.9

A

1001－4330（2016）09－1751－07

10.6048／j.issn.1001－4330.2016.09.024

2016－04－26

新疆维吾尔自治区科技厅重大专项“马（运动、肉用、乳用）生产关键技术研究与示范”（201130101）；国家科技支撑计划项目“优质运动马培育生产关键技术研究与集成示范”（2011BAD28B06）；国家科技支撑计划项目“速步、乳用、耐力马新品种（系）培育及良种扩繁技术研究与集成示范”（2012BAD44B00）；2015年新疆农业大学研究生科研创新项目“青年速步马步态特征与运动性能相关性研究”（XJAUGRI2015005）

曾亚琦（1990－），男，新疆新源人，博士研究生，研究方向为马的繁育，（E－mail）xjauzengyaqi＠163.com

（Cotresponding author）：姚新奎（1961－），男，新疆奎屯人，教授，博士生导师，研究方向为马类科学，（E－mail）yxk61＠126.com

Fund project：Supported by Major Projects of Science and Technology，Department of Xinjiang Uygur Autonomous Region（Horse Key Technology Research and Demonstration（for Sport，Meat and Milk）（No.201130101）；National Support Program for Science and Technology：Research and Integration of Key Technologies of High Quality Sport Horse Breeding（No.2011BAD28B06）；National Support Program for Science and Technology：Study on Cultivation and Breed Propagation Technology and Integrated Demonstration of Speedy，Milk and Endurance New Horse Breed（2012BAD44B00）and Graduate student research innovation project＂Relationship between gait characteristics and motor performance of the young trot Horse＂（No.XJAUGRI2015005）