“人—竿”协同视角下世界优秀男子撑竿跳高运动员技术特征——以2015年世界田径锦标赛为例

许占鸣，林 松，张陶淘

（1.北京体育大学，北京100084；2.沈阳体育学院，辽宁沈阳110102；3.大连医科大学，辽宁大连116044）

“人—竿”协同视角下世界优秀男子撑竿跳高运动员技术特征
——以2015年世界田径锦标赛为例

许占鸣1，林 松2，张陶淘3

（1.北京体育大学，北京100084；2.沈阳体育学院，辽宁沈阳110102；3.大连医科大学，辽宁大连116044）

采用协同视角，运用录像解析等方法全面、系统地揭示撑竿跳高技术“人—竿”协同运动的各个阶段、动作形式与规律。研究表明：在能量获得阶段，其全程助跑节奏随着撑竿倾角的逐渐降低而逐渐加快，举竿动作是在倒二步开始进行的；在插穴起跳动作上，起跳时机相对提前；起跳点越近，撑竿的弯竿量就越大，起跳水平速度的损失也就越大。能量储存阶段，其悬垂幅度越大越有利于摆体的速度；躯干摆动的幅度越大，撑竿弯曲的程度就越大。能量释放阶段，在团身动作时撑竿就已经开始反弹。且“人—竿”系统同时还发生了以竿弦“垂直轴”的自转。团身举腿的角度越大，伸展偏离纵轴的角度就越小，可以形象地将团身和伸展动作描述为“L”向“I”姿势转换的越充分，就越有利于人体的向上运动。过杆姿势为“倒V型”。

撑竿跳高；能量守恒；助跑节奏；速度损失；动作模式；时空协同；技术特征

纵观撑竿跳高运动水平的演进，从某种程度简言之，就是一个“人”与“撑竿”相互作用、相互配合、相得益彰的发展历程。目前，人类运用自身能力跳跃的高度极限是2.45m（男子跳高世界纪录），而借助玻璃钢撑竿这种器械后，人类跳跃的高度提升到了6.16m（男子撑竿跳高世界室内纪录）。由于人和撑竿之间的相互配合、相互协调和相互作用，使跳跃的高度达到了人自身跳跃高度的两倍之多，这充分表明了现代撑竿跳高运动的特性。鉴此，从定性和定量的讨论入手，对世界优秀男子撑竿跳高运动员“人—竿”在时空方面的协同效应进行剖析，以期为撑竿跳高教练员、运动员和研究者在对现代技术进行理解、掌握和创新时提供理论和实证方面的依据。同时，也希望借此研究为一般训练学的运动技术研究领域提供新的视角和材料补充。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以2015年世界田径锦标赛进入决赛的男子前12名优秀选手为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过国家图书馆、北京体育大学图书馆，网络资源：中国知网、万方数据库、维普数据库、国际田联网站、国外撑竿跳高网站、中国田径协会网，以及PubMed和EBSCO等检索工具，查阅有关撑竿跳高的中外文献和书籍，从而为研究提供必要的理论依据和相关信息。

1.2.2 运动生物力学摄影测量法

1.2.2.1 影片拍摄 共使用5台JVC摄像机（型号为GC-PX100）对世界田径锦标赛（北京，8月22—30日）的男子比赛视频进行了现场采集。拍摄对象见表1。

表1 研究对象基本信息（世界田径锦标赛男子选手）

影片拍摄共使用5台JVC摄像机（型号为GCPX100），其中3台对运动员的助跑和起跳阶段进行平面定点拍摄（图1）。这3台摄像机均位于前进方向的左侧，主光轴垂直于运动平面。1号摄像机的拍摄范围为起跳前六步至起跳完成；2号摄像机的拍摄范围为起跳前两步至身体过杆前；3号摄像机的拍摄范围为起跳离地后至完成过杆动作。3台摄像机的拍摄频率均为50 Hz，曝光时间为1／400 s。

另外两台摄像机，一台在跑道的正对面，定点拍摄运动员从撑竿触穴到过杆的运动动作，并记录撑竿的弯曲以及转动变化情况；另一台在侧面的看台上，扫描记录运动员的全程助跑，用于计算运动员的助跑步数等情况。这两台摄像机的拍摄频率均为50 Hz，曝光时间为1／400 s。

跑道一侧的3台摄像机将通过特征画面来衔接，分别是起跳脚着地时刻为特征画面同步前两台摄像机（1号和2号），后两台摄像机（2号和3号）将以起跳悬垂的最大时刻的特征画面进行同步。

比例尺的设置：如图1所示，侧面3台摄像机共有5个比例尺标定位置。将横杆竖直于地面，在0 m（穴斗的底端）、3 m、5 m、7.5 m、10 m分别放置比例尺。利用横杆固定的长度（4.50 m）和横杆上固有的标志点作为纵向标尺。正面4号摄像机将通过水平放置的横杆作为参考体。

图1 摄像机视频采集过程

1.2.2.2 图像解析 采用北京体育大学生物力学教研室开发的视迅录像解析系统进行解析。解析频率为50 Hz，采用扎齐奥尔斯基人体模型。对所得数据采用数字滤波法进行了平滑处理，截断频率为10 Hz。

2 结果与分析

2.1 “人—竿”协同技术理论的内涵

对于需要借助器械完成的撑竿跳高运动，其过程就是“人”与“撑竿”时间和空间协同运用的结果，并且时间和空间的表现形式和辩证关系在撑竿跳高运动中显得更为突出，贯穿于撑竿跳高运动全部动作的每个技术环节［1］。因此，撑竿跳高技术从某种意义上来讲就是合理控制“人—竿”的时间和空间，实现“人—竿”在时空上的协调、统一运动（表2）。在宏观上，撑竿跳高技术就形成了以动作要素为同一类元素的“人—竿”协同关系，时空要素协同的不同，协同产生的效应则不同［2］。撑竿跳高“人—竿”协同技术理论的内涵：在完成撑竿跳高技术过程中，“人—竿”系统的各要素在时间和空间方面相互配合、相互协调，以获得良好运动效果的动作方式及其动作机理。

2.2 世界高水平男子运动员能量获得阶段的“人—竿”协同特征

在撑竿跳高运动的能量获得阶段，为了追求更高的握竿点（H1），促进H2和H3高度，该阶段最主要的任务就是尽可能多地获得能量［3］。从运动技术上则表现为获得尽可能多的水平速度，最大限度地减少水平速度的损失。

表2 撑竿跳高各技术阶段“人—竿”的时空协同

2.2.1 持竿助跑与撑竿倾角的变化

撑竿倾角：是运动员所持撑竿与水平面的夹角。高于水平面为正值，低于水平面为负值（图2）。

图2 持竿倾角

从表3可以看到，当前世界优秀男子选手在助跑第一阶段通过撑竿直立且稍加前倾的方式（撑竿倾角64.91°）来更好地摆脱静止状态。持竿助跑各阶段呈现出助跑步频逐渐加快的同时，撑竿也随之逐渐降低，且撑竿降低的幅度越大，助跑的步频变化的幅度也就最大，这说明运动员的加速助跑与撑竿的快速降低同步配合进行，从而更好地增加或保持助跑的速度。

表3 各阶段助跑步频与撑竿倾角的变化

2.2.2 举竿助跑与撑竿倾角的变化

撑竿跳高后四步助跑过程中不仅要获得尽可能大的助跑速度，而且要适时地进行举竿，再加上撑竿降低所带来的前翻拉力，势必要影响助跑速度的发挥［4］。从表4可以发现，在后四步的助跑过程中，世界高水平男子选手的步长、步速与撑竿降竿幅度表现为：①倒一步步长较倒二步有所缩短。②倒一步的助跑速度最快，倒二步的助跑速度最慢。③在降竿幅度上，倒四步中以倒二步的降竿幅度为最大。

表4 后四步助跑步长、步速与撑竿倾角的变化

通过持竿倾角与步长的变化反映出（图3）：撑竿倾角在倒二步时低于水平线，说明举竿动作是在倒二步开始进行的，且倒二步步长为最大，以完成举竿动作。

2.2.3 插穴与起跳动作的时间变化

起跳时间：是运动员起跳脚着地时刻至起跳脚离地时刻之间的时间间隔（图4）。

图3 后四步步长与撑竿倾角变化（°）

插穴时间：是运动员所持撑竿进行插穴动作所用的时间，即撑竿竿头着地时刻至起跳脚离地时刻之间的时间间隔（图4）。撑竿滑行时间：指撑竿着地时刻至撑竿触及穴斗底部时刻之间的时间间隔（图4）。

撑竿制动时间：指撑竿触及穴斗底部时刻至起跳离地时刻之间的时间间隔（图4）。

插穴与起跳属同步完成的动作，插穴与起跳的时间特征则表明了二者之间的顺序关系，以及“人—竿”动作发展变化的规律［4］。表5为起跳与插穴和蹬伸与撑竿制动的时间差，数据显示，男子选手起跳时间与插穴的时间差平均值为－0.01 s，绝大部分运动员的差值范围在－0.06 s～0 s之间，这说明了世界优秀男子撑竿跳高运动员的插穴动作是先于起跳动作的。

图4 插穴与起跳的动作构成

由表5还可以发现，男子选手的起跳蹬伸平均时间略长于撑竿的制动时间，且男子选手起跳蹬伸与撑竿制动的时间差值为0.01 s，这说明起跳蹬伸的动作先于撑竿的制动。也就是说起跳蹬伸的过程中撑竿竿头还处于滑行阶段，蹬伸的后半部分撑竿才触及穴斗的底部。“人—竿”在插穴起跳的时间协同关系表明了世界优秀男子选手是预先进行起跳，以防止撑竿对人体的过早制动。

表5 世界高水平男子选手起跳与插穴和蹬伸与撑竿制动的时间差（单位：s）

2.2.4 插穴起跳角度与起跳速度的特征

起跳腾起角度是由腾起离地瞬间的水平分速度与垂直分速度的比值大小所决定［5］。表6经Pearson相关分析得知：起跳腾起角与水平速度的损失存在显著的正相关关系（r＝0.84，P＜0.01），这说明当前男子运动员起跳角度越小，其速度损失也就越少。

表6 世界高水平男子选手运起跳动作“人—竿”角度的变化（单位：°）

经Pearson相关分析可知，起跳着地至离地，插竿幅度与起跳水平速度的损失呈显著正相关关系（r＝－0.670，P＜0.05），说明插竿幅度越大，起跳水平速度的损失也就越少。反之，则越大。2.2.5 起跳位置与撑竿弯竿程度的变化特征

表7经Pearson相关分析可知：起跳点距离上握手投影点的差值与起跳离地时刻撑竿竿弦的缩短量存在显著的正相关关系（r＝0.705，P＜0.05），也就是说，起跳点越近，撑竿的弯曲量也就越大，表明起跳点过近直接导致的结果就是撑竿的弯曲较大。而撑竿被迫弯曲势必需要耗费运动员一部分动能，影响水平速度的损失［6］。通过对起跳点位置、撑竿弯曲的程度与起跳水平速度损失进行Pearson相关分析得知：起跳离地时刻撑竿竿弦的缩短量与起跳水平速度的损失均存在显著的正相关关系（r＝0.865，P＜0.01），表明了起跳离地时刻撑竿弯曲的程度越大，起跳水平速度的损失也就越大。

表7 世界高水平男子运动员起跳点与竿弦缩短的变化

2.3 世界高水平男子运动员能量储存阶段的“人—竿”协同特征

在撑竿跳高运动的能量储存阶段，为了追求高握竿点（H1），促进H2和H3的高度，该阶段最主要的任务就是使“人—竿”系统尽可能多地储存弹性势能。从运动技术要求上则体现在使用弹性更大的撑竿，从运动技术的外在特征上则表现为最大限度地使撑竿弯曲［7］。

2.3.1 撑竿弯曲程度的变化特征

从表8中可以看到，男选手最大弯竿量的平均值为1.41 m，占握竿高度（H1）的29.45%。男子选手总弯竿量最大的选手为1.68 m，最小的为1.09 m，以上说明了当代撑竿跳高所用撑竿最大的特性就是可以产生大幅度的弯曲。

有研究表明：起跳阶段撑竿的弯曲量占总弯竿量的14.5%，悬垂阶段占总弯竿量的15.4%，摆体阶段撑竿弯曲量增加最多，占总弯竿量的70.1%［8］。这与传统的认识不同，具体体现在：1）当今选手在起跳时撑竿的弯曲量有所减少，减少了撑竿对人体的制动效应；2）当今选手更强调人体在悬垂动作时作用于撑竿，并加大了撑竿的弯曲；3）当今选手摆体动作时的弯竿量略少于传统认识上的弯竿量，但合并于总体弯竿量上有所加强，说明当今世界选手的弯竿量基本上更依赖于起跳离地后的悬垂摆体动作。

表8 世界高水平男子运动员各动作环节与撑竿弯竿量的变化

2.3.2 人体悬垂幅度与摆体速度的变化特征

悬垂夹角：上握手与髋关节中点连线和髋关节中点与起跳脚踝关节中点连线间的夹角（图5）。

图5 悬垂幅度

表9经过Pearson相关分析可知，男子选手的摆体速度与悬垂幅度存在显著的负相关关系（r＝－0.704，P＜0.05）。也就是说，运动员的悬垂夹角越小，摆体速度就越快；反之则越慢。说明世界高水平男选手均表现出通过较大幅度的身体“背弓”来提高摆体的速度。

表9 世界高水平男子选手悬垂幅度与摆动速度的变化

2.3.3 摆体幅度与撑竿弯曲程度的变化特征

撑竿跳高摆动总幅度是指起跳悬垂最大时刻至摆体结束时刻大腿环节以髋关节为轴的转动角与躯干环节以肩关节为轴的转动角的总和（图6）。

图6 悬垂摆动

表10经过Pearson相关分析可知，高水平男子选手的躯干摆动幅度、摆动总幅度与撑竿缩短量都存在显著的正相关关系（分别为：r＝0.803，P＜0.01；r＝0.667，P＜0.05）。也就是说，男子选手的躯干摆动幅度和摆动总幅度均是撑竿弯曲的主要原因，特别是摆体过程中躯干摆动的幅度越大，撑竿弯曲的程度就越大；反之则越小。

表10 世界高水平男子选手摆体幅度与撑竿缩短量情况

2.4 世界高水平运动员能量释放阶段的“人—竿”协同特征

在撑竿跳高运动的能量释放阶段，储存在弯曲撑竿内的弹性势能将逐步释放并直接作用于人体，弹性势能将转化为人体的重力势能。为了追求H2和H3的高度，该阶段最主要的任务就是“人”与“竿”相互配合，相互协调，以充分有效地利用撑竿的弹性势能，腾跃尽可能高的高度［9］。

2.4.1 人体团身、伸展、推竿时间与撑竿恢复形变量的变化特征

从表11可以看出，团身所用时间为0.31 s，而伸展只用了0.30 s，说明运动员伸展的环节，撑竿就已经恢复了一定的形变。从撑竿恢复形变量和运动时间两方面也同样表明伸展动作时，撑竿的弯曲就已经恢复了一定的程度，进一步说明团身动作时撑竿就已经开始反弹。此发现与传统理论认为的“团身动作最终使得撑竿形成最大弯曲，并强调通过团身来增大撑竿弯曲”的观点截然不同。

表11 能量释放阶段人体各动作环节时间与撑竿恢复形变量的变化

2.4.2 团身角度、伸展偏离角度与腾起高度的变化特征

团身角指躯干环节与水平面的夹角，伸展偏离角指躯干环节与垂直线的夹角（图7）。

图7 团身与伸展偏离角度

伸展动作最主要的任务就是要利用撑竿的反弹力量向上伸展，以获得较大的垂直高度［10］。表12经过Pearson相关分析发现，高水平男子选手的团身角与伸展偏离角度存在显著的负相关关系（r＝－0.904，P＜0.01）。也就是说，团身角度越大，伸展时刻，身体偏离纵轴的角度越小。也从技术要求上表明人体身体躯干越高于水平面，人体在向上伸展的过程中就越向上。通过伸展偏离角度与H2的Pearson相关分析发现，高水平男子选手的伸展偏离角度与H2的相关系数（r＝－0.767，P＜0.01）说明了人体伸展的角度越小，H2的高度就越高。

表12 团身角度、伸展偏离角度与腾起高度的变化

2.4.3 人体伸展速度与撑竿反弹速度的变化特征

表13经过Pearson相关分析发现，人体伸展垂直速度的增加量与人体伸展偏离角度存在一定的负相关关系（r＝－0.835，P＜0.01）。也就是说，人体伸展时刻重心偏离撑竿反弹力纵轴的夹角越小，人体垂直速度的增加量就越大。反之，则越小。从技术要求上表明伸展时刻人体应借助撑竿的反弹力量，越向上运动越有利于人体的向上速度。从动作形式上，该动作则可描述为由“L”姿势向“I”姿势的充分转换。

表13 世界高水平男子选手伸展垂直速度与撑竿反弹垂直速度的变化（m／s）

2.4.4 撑竿偏离角度与人体重心水平速度、弯竿量的变化特征

撑竿偏离角：上握手点和撑竿弯曲面的标识中点的连线与上握手纵轴的夹角（图8）。

图8 撑竿偏离角

从表14可以看到，世界高水平男子选手团身时刻的撑竿偏离角为48.38°，达到了总偏离角度的50%以上，而此刻撑竿的弯竿量也为最大。在伸展结束时刻，偏离角度达到了82.61°，撑竿基本偏转到一侧，揭示了撑竿弯曲向前滚动的同时，还发生着自传现象。“人—竿”系统发生了以“竿弦”垂直轴的自转，撑竿反弹过程就无须再转化为向上转动的势能，势必可以减少水平速度的损失，对向前转动显然有利。

表14 撑竿偏离纵轴角度与弯竿量的变化

2.4.5 推竿过杆高度与人体姿势的特征

推竿过杆动作需要充分利用上体与下肢相向运动的补偿效应来使人体髋关节升高，从而使人体总重心在空中位置保持不变的情况下越过更高的横杆。由表15可知，世界男选手两髋最高点高于身体重心的最高点，二者之间高度差为0.16 m，这说明通过改变身体各环节所处位置可以提高过杆效果。在人体离开撑竿的瞬间，绝大多数世界选手采用了“倒V型”的过杆姿势，表明了该过杆技术的优势。

表15 世界高水平运动员过杆时姿势与髋关节升高情况（男子）

3 结论

1）高质量的撑竿跳高技术应该能够充分反映出“人—竿”协同运动的特征，即技术动作不仅可以更好地发挥出人体的机能能力，又能够有效地利用玻璃钢撑竿的优越性能。

2）能量获得阶段其协同技术特征表现为：全程助跑节奏随着撑竿倾角的逐渐降低而加快，举竿动作是在倒二步开始进行的；在插穴与起跳动作上，起跳时机相对提前。起跳点越近，起跳时撑竿的弯竿量越大，起跳水平速度的损失就越大。

3）能量储存阶段其协同技术特征表现为：男子选手最大弯竿量高达1.68 m。弯竿量主要依赖于起跳离地后的悬垂摆体动作（93.48%），悬垂幅度越大越有利于摆体的速度。躯干摆动的幅度越大，撑竿弯曲的程度就越大。

4）能量释放阶段其协同技术特征表现为：①团身动作时，撑竿已经开始反弹，弯曲的撑竿此刻就已经恢复了一定的形变量。②除了“人—竿”系统以穴斗为支点向前的转动外，“人—竿”系统同时还发生了以竿弦“垂直轴”的自转，这对于“人—竿”系统向前的转动是非常有利的。③团身举腿的角度越大，伸展偏离纵轴的角度越小将有利于人体向上伸展的速度和高度。总之，团身和伸展动作由“L”向“I”姿势的转换越充分，越有利于人体的向上运动。④过杆姿势普遍采用“倒V型”。

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责任编辑：乔艳春

Technical Characteristics of W orld Elite M en Pole Vault Athletes from the Perspective of Human-pole Cooperative：Based on IAAFW orld Championships in Beijing in 2015

XU Zhanming1，LIN Song2，ZHANG Taotao3
（1.Beijing Sport University，Beijing 100084，China；2.Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China；3.Dalian Medical University，Dalian 116044，Liaoning，China）

Based on the collaborative perspective，using video analysis and other researchmethods，we comprehensively and systematically revealed the technique of pole vault Human-pole Collaborative stages，movement form and regular pattern. Research shows that in the stage of obtaining energy，entire run-up rhythm gradually quickensw ith the pole angle decreased and planting action is in two steps down to the box；in the take-off，take-off time is relatively early.The take-off point is closer to the pole，and curved rod is greater，the velocity of take-off loss is bigger.In the energy storage stage，the hang amplitude ismore conducive to the sw ing speed.The trunk sw ing amplitude is greater and the degree of pole bending is greater In the energy release stage，the pole began to rebound when tucked in position.At the same time，the rotation of the rod string and the vertical axis are also occurred.In body lifting a leg angle is larger，stretching angle offset from the longitudinal axis is smaller.The image can be described as the L to the Iposition.The fuller the angle is，themore conducive it is to the upward movement of the human body.The crossing bar position is inverted into a V type.

pole-vault；energy conservation；run through rhythm；speed loss；technology model；space-time cooperation； technical characteristics

G804.6

A

1004－0560（2017）01－0073－08

2016-12-26；

2017-01-23

北京高等学校“青年英才计划”（YETP1251）。

许占鸣（1981—），男，讲师，博士，主要研究方向为体育教育训练学。

张陶淘（1982—），女，讲师，硕士，主要研究方向为体育教育训练学，E－mail：zhangtaotao9809＠163.com。