触地时间参数在高水平跨栏训练中的应用研究

2021-05-23程泓人苑廷刚

体育科技文献通报 2021年5期

姚鹏，程泓人，苑廷刚

1 前言

触地时间（Touchdown Time）是跨栏项目专项特有的运动学参数指标，国内外许多研究中，均使用触地时间分析跨栏运动员的竞技能力表现和分段时间特征［1－3］。在世界田联的跨栏运动技术分析报告中，触地时间也是被用来划分栏间用时的关键指标参数［4］。目前国内大多数的田径训练中，触地时间参数的应用还不是很广泛。通过一些调查和访谈发现，国内很多省市田径队的跨栏教练，并没有意识到触地时间参数对跨栏项目科学化训练的重要意义。如何精准的收集触地时间，利用触地时间参数组织专项训练内容，调整训练计划是许多跨栏教练员迫切需要掌握的方法。鉴于此，本研究以国家跨栏集训队，跨栏外教Todd组的训练为实例，研究触地时间参数在高水平跨栏运动队的应用方式与实际意义。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

研究对象为我国现役优秀男子110m栏运动员和女子100m栏运动员。主要研究对象的基本信息见表1。

表1 主要研究对象基本信息一览表

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

根据研究目的，利用中国知网，万方数据库、超星网和EBSCO数据库发现系统等网络搜索引擎，查阅与跨栏训练和跨栏技术分析等相关文献的40余篇，浏览“国际田联官方网站”，“中国田径协会官方网站”等田径网站收集部分跨栏运动员的比赛信息以及有价值的网络文献资料，为本文提供理论支撑。

2.2.2 视频解析法

通过利用高速摄像机扫描拍摄跨栏运动员在训练和比赛中的运动视频，将采集到的相关视频导入Dartfish9.0运动视频分析系统或者Kinovea0.8.15运动视频分析软件中，利用运动视频分析软件解析得到重要阶段的触地时间参数。

2.2.3 观察法

2019年3月借助我校高水平运动员被征召国家田径队集训的机会，实地观察国家田径队跨栏外教Todd组的专门训练，对外教Todd Henson的训练内容、方式和手段进行了详细的观察和记录，并通过与Todd教练的交流与探讨，学习触地时间参数在跨栏项目训练中的应用方法和统计技术。

2.2.4 专家访谈法

在国家田径队学习观摩期间，就触地时间参数对跨栏项目以及其他田径径赛项目的训练设计、训练监控、技术诊断、模型建立的参考意义等问题与孙海平指导等国家队教练员、国家体育总局体育科学研究所和国内著名跨栏项目教练员、科研人员和专家学者进行深入的访谈与讨论。

3 结果与分析

3.1 触地时间参数的获得方式

3.1.1 运动视频拍摄

触地时间参数的获得主要是通过运动视频图像采集后在导入相应的运动视频分析软件中解析得到，以这种方法计时更科学准确。实际上利用运动视频拍摄去分析专项技术特征的方法在田径领域早已广泛运用［5－8］。随着科技的发展，运动视频拍摄的方式越来越多样，从传统的数码相机到现代的无人机，获得运动视频的途径有很多。对于田径项目的日常专项训练中，比较常用的是高速摄像机，如今市场上的高速摄像机类型有很多种，而且很多相机可选择室内或室外的运动拍摄模式，操作简单快捷。需要注意的是根据运动项目的特点选择合适的拍摄速度，拍摄速度越高在解析软件中得到的时间数字越精准，当然拍摄速度高，图像分辨率也高的相机价格上也更昂贵，教练员可以根据实际情况选择相机。对于跨栏项目的训练来说拍摄速度达到200帧／秒的相机就足够很好地完成全程技术或阶段技术的分析。此外，就是根据不同的项目和不同的训练内容采取不同的拍摄方式，如下表2所示。在跨栏项目中，分析跨栏全程数据，可采用100帧／s的拍摄速度平面变焦移动拍摄；分析某个栏间的技术细节，最好采用200帧／s以上的拍摄速度平面定点定焦拍摄的方式。

表2 不同运动视频拍摄方式及特征

3.1.2 运动视频解析

之前很多学者对运动视频图像的处理系统的构建进行过研究，国家体科所的苑廷刚研究员曾极力进行运动视频分析软件在田径项目上的应用和推广，利用不同类型的运动视频分析软件的操作功能，得到相关的运动学参数，解决了很多技术难题［9－11］。如今运动视频解析软件的种类较多，功能各异，许多高校，科研机构和科技公司都有自主研发或国外引进的运动视频解析软件，下表3所示的是比较常用的几款软件及其特点。触地时间参数运用二维视频解析系统中的计时功能就可以得到［12］，当然一些三维运动解析系统也可以只是操作起来比较复杂［13－14］，在训练中不实用。跨栏项目中最常用的就是下栏时脚触及地面瞬间的时间（如图1），国内外有关运动技术软件操作的文章有很多，也有不少学者对跨栏的各个阶段进行技术参数的解析［15－18］，但触地时间参数是最基本的运动学指标，收集起来简单易得，不需要太复杂的计算方式，并且利用触地时间还可以计算分段时间，速度速率等其他运动学参数，对训练的帮助更大。其实在训练中科研人员要明确自己所做的研究是用于训练还是日后的学术研究，如果是用于训练，那么首先要做到及时准确。而本文所论述的触地时间参数在跨栏训练中是重要并符合以上特点的运动学指标。

表3 运动视频解析软件的类型

图1 跨栏运动员上栏和下栏触地瞬间示意图

3.2 触地时间参数在跨栏训练中的应用方式

3.2.1 利用时间参数指标指导训练

跨栏属于周期竞速类项目，在专项训练和比赛中教练员最关注的是分段时间和速度。国内外很多研究中常以每个栏架作为分段点，运动员跑过每两个栏之间的时间被称作栏间时间，或分栏时间［19－20］。国内跨栏教练员传统的训练方式是用秒表记录训练中每个栏间的时间，这种手掐表计时的方式，对栏间时间起止点的判断单纯依靠计时者的经验，对于100m栏和110m栏这种短距离项目来说误差非常严重。为了尽可能减小误差，利用视频图像的逐帧解析获得触地时间就起了重要作用。跨栏项目中专有的通过获取触地时间而计算栏间时间的方式，是将摆动腿的脚下栏着地瞬间为关键时相点，相邻两个栏下栏着地瞬间的时间被称作栏间时间，或者分栏时间。一旦有了栏间时间，用固定的栏间距除以栏间时间就得到了栏间速度，这样就可以把跨栏全程分成更小的技术单元，探究细微的运动表现。表4所示的是跨栏运动员比赛中的分段时间数据，除此之外国际上还采用下图2所示的分段方式来监测运动员的竞技能力：起跑至第一栏为起动阶段；第一栏至第四栏为加速阶段；第四栏至第七栏为最大速度阶段；第七栏至第十栏为保持速度阶段；第十栏至终点为冲刺阶段［20］。通过收集不同运动员在各个阶段起止时相上的触地时间，计算出分段时间和分段速度对比运动员在不同能力阶段的表现。

表4 2019年世锦赛选拔赛（沈阳）男子110m栏冠亚军分段时间数据

图2 2019年世锦赛选拔赛（沈阳）男子110m栏冠亚军分段时间柱状图

着地时间和栏上时间是跨栏训练中另外两个重要的指标，着地时间参数ground time，定义为脚接触地面到脚离开地面所花费的时间［21］。栏上时间参数air time，定义为起跨离地瞬间到下栏着地瞬间所花费的时间。结合运动视频解析等到起跨距离和下栏距离，还可以计算出过栏速度。在跨栏项目中上栏和下栏的着地时间，以及栏上时间和过栏速度都是评价跨栏技术的重要指标［21］。通常来说上栏时着地时间不宜过短，起跨时要蹬地充分，给地面施加足够的力，以获得地面给予的反作用力保证适宜的腾起速度和腾起高度完成栏上的技术动作。世界优秀的女子100m栏运动员的上栏着地时间为0.101s，男子110m栏运动员的上栏着地时间在0.115s［22］。而下栏时着地时间则是越短越好，尽量减少下栏着地时间以便更快地衔接到栏间跑阶段。如下图3所示，游娜的上栏着地时间为0.120s大于施家莉的0.116s，说明游娜在上栏前与地面接触时间更长，蹬地更充分获得的地面反作用力更大，这也表现在游娜的栏上时间0.296s小于施家莉的0.312s，实际上当时经过科研团队深层次的运动生物力学解析发现游娜的栏上质心速度也是大于施家莉的。但是游娜的下栏着地时间为0.112s同样大于施家莉的0.108s，这样其实是不利的，因为施家莉相对更快地进入栏间跑的阶段。世界优秀的女子100m栏运动员的下栏着地时间为0.087s，男子110m栏运动员的下栏着地时间在0.085s［22］。利用着地时间得到着地时间和栏上时间，结合收集到的世界优秀运动员的指标，对我国跨栏运动员的技术诊断具有重要意义。

3.2.2 利用速度参数指标指导训练

在外教Todd的训练理念中，速度能力是最重要的竞技能力，无论是直道栏还是弯道栏项目，发展速度能力的练习都在他的训练中占了很大的比重。之前提到过，因为栏间距是固定的，所以只要得到了两个栏的下栏触地时间，用固定的栏间距除以栏间时间就是栏间速度。下表5是依据触地时间计算出的国家跨栏队外教Todd组重点运动员在2019赛季最好成绩（SB）的分段速度，可以清楚地发现几位运动员在2019赛季最好竞技状态下起跑阶段、加速阶段、最大速度阶段、速度保持阶段和冲刺阶段的速度参数的变化。跨栏教练员应该根据运动员现有的竞技状态和身体条件，科学具体地提出训练目标，不要单纯地把目标划定在一个全程的时间数字，而是争取把目标具体落实在每一个细节上。如果利用好分段速度指标，在训练中无论是练全程栏还是多个栏的练习，都可以科学的反馈出运动员的训练状态，运动员自身也能体会到阶段性的进步，增强信心。

图3 施家莉与游娜跨栏技术对比图

表5 跨栏外教Todd组重点运动员SB分段速度数据（m／s）

Todd教练发展速度练习的核心内容是改善栏间节奏，实际上这也是所有跨栏教练员最重视的，花费心思最多的地方。跨栏训练中常采用缩短正常的栏间距，发展运动员的栏间速度和栏间节奏。我们的教练员也经常在训练中缩短栏间距，但对于不同水平的运动员，发展速度节奏练习的栏间距应该设定在多少，大多没有清楚的概念，仅凭经验去安排练习。而Todd教练是利用运动员在比赛中的触地时间参数，去计算出不同水平运动员发展栏间节奏练习所设定的合理栏间距。首先得到运动员最近的比赛数据，如表6所示的是女子100m栏运动员陈佳敏在2019年亚洲田径锦标赛上创造个人最好成绩（13.24s）那场比赛的数据，平均栏间速度为8.10m／s。训练中第1阶段的栏间距设定为等同于平均栏间速度值的8.10m，设定的训练目标是每个栏间完成时间为1秒；当运动员可以稳定的完成第1阶段的训练目标后，把栏间距加大10cm进入第2阶段（如表7所示），训练目标还是每个栏间完成时间为1秒，当运动员适应了这个节奏后，把栏间距再加大10cm进入第3阶段，以此类推。运动员看似都是以1秒的时间完成栏间跑，实际上她的节奏加快了。表6和表7的数据均可以利用触地时间参数求出。

表6 陈佳敏2019年亚洲田径锦标赛女子100m栏决赛数据

3.2.3 利用比赛数据指导训练

对比赛数据的收集在全年训练备战中具有重要意义。比赛中表现出来的竞技状态才最能代表运动员竞技能力的真实水平，用比赛中的发挥去检验训练水平也最有说服力。利用运动学数据可以科学的评价比赛中的细节，寻找影响比赛成绩的直接原因。有时在一些重大比赛中受场地条件，电视转播，或科研团队人手短缺，设备条件不足等影响，无法对一个项目进行全方位的数据采集。但是在跨栏项目上利用对触地时间参数的收集，可以方便快捷地收集到包括分段时间和分段速度在内的主要指标，且受人力和场地条件影响较少。在近期国内众多田径跨栏项目赛事中，通过下图4所示的机位（此种比赛视频采集方法推荐给各位跨栏项目教练员和运动员参考借鉴），教练Todd与科研助手在看台上完成运动视频的采集，并利用比赛视频分析统计运动员的运动技术参数。而Todd教练十分注重用比赛数据指导训练，在每节专项训练课后都会给出如表8所示的训练数据，将训练数据与重大比赛的触地时间数据放在一起，可以追踪运动员在每个栏或每个阶段的完成情况，评价运动员的训练状态。表8中陈佳敏当天是进行的是6栏速度训练，速度强度要求达到她比赛水平的90%以上，实际情况完成较好。

表7 陈佳敏栏间节奏配置（s）

表8 女子100m栏运动员陈佳敏6栏训练数据

图4 现场拍摄机位示意图

3.2.4 调整训练计划和比赛策略

跨栏项目的训练是一个长期性的过程，训练效应也具有多变性的特点，优秀的教练员应该具有敏锐的观察力，并能够根据运动员竞技能力发展的变化及时调整训练计划。而日常专项训练中对重点运动员表现出来的具有代表性的运动学参数收集，为教练员调整训练计划提供了科学的依据。在一些重要的田径赛事中，通常比赛都要比多轮，在每一轮结束后科研人员都应该快速得到具有代表性的运动学数据，反馈给教练员以便在下一轮的比赛中及时调整比赛策略。而在跨栏项目中，对触地时间参数的收集就是极具有代表性的运动学数据指标。2019年8月2日在沈阳举办的田径世锦赛选拔赛女子100m栏的预赛结束后，运动员戴仪茹向教练Todd反应前程起跑效果不好，赛前有点紧张，起跑反应及起动后的技术效果不理想。戴仪茹是2001年出生的运动员，大赛经验不足，但具备很大的潜力。教练Todd就利用科研人员及时反馈的比赛数据，参考预赛中各个阶段触地时间的变化，传递了她的前程速度在所有运动员中并不算差，赛前要集中注意力，并警惕后程速度保持阶段可能会被超过的等重要信息，并向她反馈了她在预赛中最大速度阶段的分段速度指标是领先很多人的，增强了运动员的信心。结果在第二天的决赛中，年仅18岁的戴仪茹跑出了13.24s的成绩获得冠军！这个成绩不仅大幅度提升了她的PB（个人最好成绩），更是追平了2019年全年女子100m栏这个项目上国内运动员的最好成绩！

3.2.5 训练总结和赛后总结

在高水平运动队中，对训练工作进行阶段总结是必不可少的，无论是一段时间的训练后，还是在重要的比赛结束后，教练员往往会以会议的形式召集运动员总结近期表现。外教Todd也比较重视总结工作，基本上是以周为单位，在一周的训练结束后以理论课的方式开展总结工作。形式是结合训练和比赛的视频，以及将通过运动视频解析得到的包含触地时间参数在内的关键运动学参数，制成图表的形式给运动员直观的感受。通过访谈发现，国内的一些教练在做训练总结时，大多时候都是采用语言表述，之后运动员之间的讨论，做自我总结基本上都是靠大脑的回忆，这样的方式起不到太大的作用，甚至有的时候运动员将总结工作当成应付差事。而如果日常训练中有运动视频和触地时间等运动参数的收集和积累，视频上动作表现和数据上的数字差异会直接刺激运动员的感知器官，唤醒大脑中的记忆，再结合教练员的讲解明确自身的优势和不足，以便更好地开展下个阶段训练。

3.2.6 整体特征探究建立优秀运动员模型

建立优秀运动员模型的理念提出已久，但至少目前为止在跨栏项目上落实不够好。尤其对于男子110m栏项目来说，我们曾经取得过巨大的成就，在“刘翔的时代”中国男子110m栏运动员在世界大赛都可以争金夺银。既然有过成功的培养经验，那么培养出下一个同等级别的运动员是有希望的。训练经验是可以通过语言和文字的记录传承下去，但是实施起来效果未必一定是好的，因为不同的教练员对经验有不同的理解。不过有一种东西是客观存在的，只要用科学的方式就可以收集到，那就是运动员所表现出来的，反映其技术特征的运动学参数指标。我国著名学者田麦久很早就提出过模式训练法的理念，通过参数指标的收集，建立起结构模式去组织和把握训练过程的一种训练方法［23］。美国著名生物力学专家Ralph Mann曾经来中国授课，展示利用优秀与运动员模型指导运动员训练，短时间就使运动员取得很大的进步。在Ralph Mann的著作中，甚至对跨栏运动员每一步的步长都有明确的模式范围，而且数据在一段时间后会随着研究不断更新，为美国短跑和跨栏项目的发展做出了极大的贡献。因此，我国的教练员应该懂科研，会利用科研，至少像测量简单，科学实用的触地时间参数指标，应该广泛收集并普遍应用到跨栏训练中。这对专项训练过程，以及建立现代中国优秀跨栏运动员模型，推动整个项目的发展水平都是有益的。