我国女子20km竞走运动员摆动技术的运动学分析

郭章杰，章碧玉，李厚林 ，苑廷刚，王 鹏

(1.安庆医药高等专科学校，安徽 安庆 246052； 2.北京体育大学，北京 100084； 3.首都体育学院，北京 100191； 4.国家体育总局体育科学研究所，北京 100061； 5.曲靖师范学院，云南 曲靖 655000)

0 引言

由于竞走规则的规定，在高速竞走时，上下肢的摆动是动力的主要来源，摆动技术的好坏影响着比赛成绩。竞走的摆动主要是上、下肢的前后摆动，其各个关节的摆动速度、角度、距离等技术决定着运动员竞走技术的实效性和经济性。王鹏，马晓娟等学者在竞走技术研究时，也曾提到竞走摆动技术的重要性。本研究采用三维拍摄比赛录像、影像解析法获得数据，对十三届全运会女子20km竞走前8名运动员的摆动技术特征进行运动学对比分析，为女子竞走的训练提供参考，以提高我国女子竞走整体实力。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

根据研究需要选取十三届全运会女子20km竞走前8名运动员为研究对象。如表1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 生物力学测量法

1)赛前场地布置。采用平面标定法，根据运动员一个复步的长度，在拍摄范围内用双面胶在两端标出2.5m长的标尺，同一端标定线的两胶布间隔50cm，并将标尺胶布延长一直贴到比赛场地(公路)两边[1]，方便解析拍摄的录像，提高解析数据的准确性。

2)平面定点拍摄。使用CASIO-EX-FH 25高速摄像机架在4个不同的拍摄点(如图1)，一人遥控一台机器，运动员进入拍摄范围前10s开机，离开10s后停机，比赛过程中不碰机器，定点定焦拍摄运动员的比赛；拍摄同时，记录运动员号码、圈数等信息。摄像机高约1.2m，拍摄率120P/s，曝光时间1/1 000s，拍摄距离约9m，主光轴垂直于运动员的竞走路线。

图1 比赛现场拍摄示意图

3)影片解析。采用APAS运动分析系统对拍摄的比赛录像来定量处理。采用松井秀治人体惯性参数模型来解析，选用了19个关节点，低通数字滤波法来平滑，平滑系数为7Hz.解析运动员一个复步的比赛视频[2]，由专人在一段时间内来完成，减少解析过程中的误差。

1.2.2 专家访谈法

根据研究目标与需要，访问竞走项目的教练员、国家级裁判员和跟队科研人员，参考他们的建议。

1.2.3 数理统计法

应用SPSS 20.0软件包对影像解析的数据做统计学分析处理，获取研究所需的数据。

1.2.4 研究阶段的选取

竞走比赛的冲刺阶段是决定比赛成绩的重要阶段，运动员上下肢摆动速度明显加快。另外，在冲刺阶段运动员距离拉开，遮挡少，录像解析准确度高。故选取运动员冲刺阶段的摆动技术来分析。

1.2.5 技术动作阶段的划分

竞走运动的一个复步是从一只脚着地到再次着地，包括左、右两个单步。运动时相分为7个时刻：1)左脚着地、2)左腿垂直支撑、3)左脚离地、4)右脚着地、5)右腿垂直支撑、6)右脚离地、7)左脚再着地(如图2)；它由左、右两腿摆动阶段、腾空阶段组成，摆动阶段又分为后摆和前摆两个阶段[3]。便于研究需要，把一个单步分成摆动腿的后摆阶段、前摆阶段和腾空阶段。

图2 一个复步技术阶段的运动时相

2 结果与分析

2.1 摆动时间特征分析

2.1.1 单步各阶段时间特征 8名运动员右、左后摆阶段的均值分别是0.083±0.012、0.089±0.012s；右、左前摆阶段的均值分别是0.171±0.015、0.167±0.016s，前摆时间大于后摆时间；右、左腾空阶段的均值分别是0.041±0.014、0.043±0.011s；右、左腿摆动时间的均值分别是：0.254±0.019s、0.255±0.023s；右、左单步时间的均值分别是0.297±0.015、0.295±0.009 s；整体上看8人右、左腿各阶段时间相差小；腾空时间处在合理范围内，未超过0.07s的肉眼成像上限。如表2所示。

表2 各技术阶段时间

单位注明：阶段、时间(s)；冲刺时间(min∶s).

其中：右腾空阶段指的是右腿摆动的腾空双支撑阶段；左腾空阶段指的是左腿摆动的腾空双支撑阶段。

各阶段每位运动员的两腿摆动时间，存在着差别。杨家玉、肖香华两人左右后摆时间相同；杨家玉、毛艳雪、肖香华3人左右腿前摆时间均衡相同。杨家玉、切阳什姐摆动时间要比其他运动员短，表明两人摆动腿的后蹬、放松前摆的能力要强。

单步时间看，李蕾蕾、肖香华2人右、左单步时间相同，其他6人有差异，说明6人两腿的蹬伸摆动不均衡。复步时间上，杨家玉、切阳什姐的时间短，毛艳雪时间长；复步时间影响着冲刺阶段的时间，毛艳雪冲刺时间也是最长。

2.1.2 各阶段百分比特征 如表2所示，李蕾蕾、肖香华、毛艳雪3人腾空时间在合理腾空时限，其他5人腾空时间都在模糊腾空时限内。8人右腿蹬地腾空时间均值为0.043±0.011s，左腿蹬地腾空时间均值为 0.041±0.014 s，表明在冲刺时她们对腾空时间控制较好。

从腾空时间百分比看(表3)，8人的均值为14.0%，而杨家玉、切阳什姐的分别是19.4%、16.4%，两人腾空阶段在一个单步的比例高，能增大腾空距离，从而增加每个单步的步长；前提是把腾空时间控制在有效的腾空时限内，合理安排腾空时间。李蕾蕾、毛艳雪2人腾空百分比较低，分别是8.3%、6.7%，明显低于平均值。腾空比值小，会影响到腾空距离，缩短步长。

表3 技术阶段时间百分比 (%)

8位运动员摆动阶段的时间比占86.0%，后摆动阶段的百分比均值为29.0%，前摆动阶段的百分比均值为57.0%.前摆动阶段所占比例要大于后摆动阶段的。

各阶段的百分比看，只有肖香华两腿的各个时间阶段及时间百分比一致，说明她两腿均衡用力，技术结构稳定；其他运动员两腿各时间阶段不均衡，要引起注意。

2.2 上下肢摆动速度特征

2.2.1 上下肢关节平均速度 专家认为，在高速竞走时上下肢充分的摆动能带动身体重心的积极前移[2]，摆动越快有利于提高步速。如表4所示，杨家玉和切阳什姐2人的上下肢关节摆动速度明显大于其他运动员的摆动速度。杨家玉、切阳什姐的膝、踝关节摆动速度分别超过了5m/s、6m/s，肩肘摆动速度均大于4m/s；其他运动员的肩肘摆动速度低于4m/s，说明杨家玉和切阳什姐上、下肢的摆动效果和获得的肢体速度方面要好一些，其他运动员上下肢的摆动速度整体偏慢。

表4 运动员摆动阶段有关关节的平均速度 (m/s)

8名运动员上下肢左右关节的摆动速度存在一定的差异，左膝左踝的摆动速度要大于右膝右踝的。说明两腿、两臂摆动发力不一致，容易造成左右步长差异，要注意左右摆动的协调性和平衡性。

2.2.2 上肢关节摆动速度 上肢的摆动分为前摆和后摆，维持身体平衡，并带动下肢的向前摆动。上下肢良好配合的前提下，上肢摆动速度越快，下肢的摆动也会越快，竞走速度进而会提高。杨家玉的左肘前摆、后摆速度均值分为：5.880m/s、3.430m/s；右肘前摆、后摆速度均值分为：5.642m/s、3.119m/s，前摆速度要快于后摆速度，这与肘关节前后摆动角度大小有关，后面肘关节角度再进一步讨论。另外，肘关节速度基本上要大于肩关节的，其中切阳什姐左右肘关节平均速度明显的大于肩关节速度。

2.2.3 下肢关节摆动速度 有学者认为，竞走运动员在一个摆动周期中摆动腿的髋、膝、踝关节摆动速度应该是依次递增，并在肢体末端关节达到最快速度的[4]；在周期后段，髋、膝、踝关节速度下降，踝关节速度下降最为明显。

图3所示，8名运动员踝关节速度在1～9 m/s之间，变动最大；膝关节速度在2～8 m/s之间，变动较大；髋关节摆动速度在4 m/s左右，稍有变动[3]。在右脚离地后，运动员右膝关节速度超过右踝关节速度，右踝关节速度大于右髋关节的速度，说明右脚蹬地发力离地后，运动员是屈腿前摆，膝关节领先其他关节。

图3 一个摆动周期髋关节、膝关节、踝关节的摆动速度

右髋关节速度有减小下降趋势，没有保持继续增速, 这会影响到左脚前支撑时的重心前移，降低腾空距离。需要加强髋关节保持摆动速度的能力，做好重心前移。

一个摆动周期中右膝摆动速度的变化，17ms是垂直摆动时间点，从1～17ms为后摆阶段，17～37ms为前摆阶段，右膝速度从离地后摆是增速的，过了垂直摆动后速度递减；右膝关节的后摆速度要大于前摆速度。通过摆动速度数据看，后摆速度均值约是前摆速度均值的1.1倍。

2.2.4 上下肢摆动速度配合

在竞走过程中为了保持身体平衡向前运动，减少重心上下波动，上下肢摆动要一致。图4是8名运动员右脚离地到着地摆动周期中右膝关节和左肘关节速度曲线图，发现这两关节摆动速度的变化走势大体一致。先是加速、减速，再加速、减速，上下肢在摆动过程中是相互配合的。在右膝前摆的后段时间右膝和左肘的摆动速度开始下降，右膝速度下降快，但是到一定程度又会回升，是因为右膝前摆一段距离后小腿会积极前伸右脚着地[3]。在速度上升阶段，右膝关节和左肘关节的速度不是在11ms、17ms处同时达到高值，说明8名运动员在右腿离地后的后摆速度与左臂前摆速度没有同时达到最快，两者的配合还要再改进。

图4 膝关节和肘关节的摆动速度

2.3 上下肢关节摆动角度特征

2.3.1 肘关节摆动特征

1)右肘关节摆动角度

竞走中上肢的前后摆动可以保持身体平衡，调节下肢步频和步幅；上肢的摆动节奏和角度可以通过肘关节角度变化来完成。以往对女子竞走肘关节角度的研究，认为前摆保持在65°～70°,后摆 70°～75°,在垂直时刻90°左右[5]。如表5所示，8名运动员右肘关节角度在前摆和后摆最小角度均值分别为：61.094°±4.641°和68.162°±5.533°，肘关节角度偏小，需要适当增大。

8人右肘摆动阶段平均角度为83.543°±5.256°，低于 100°.切阳什姐、毛艳秋、马怡鸣的小于80°，这3人右肘关节角度偏小 ,右臂摆动幅度减小，其肩带动作不放松，外观感觉有耸肩动作，会影响下肢摆动幅度，需要改进。

从图2来看，一个复步中有左腿垂直和右腿垂直两个时刻，右臂有后摆和前摆两个摆动阶段。在左垂时刻，右臂后摆，右腿前摆；在右垂时刻，右臂前摆，左腿前摆；所以说，右臂肘关节就有前摆右垂角度(简称前垂摆角度)和后摆左垂角度(简称后垂摆角度)两个。

8名运动员右臂肘关节前垂摆角度与后垂摆角度的均值分别为：85.829°±4.739 °、107.793°±6.552°，后垂摆角度明显大于前垂摆角度，这与右肘后摆阶段的垂摆相对应的是同侧右腿前摆有关，右肘关节要配合右膝关节伸直的动作,右小臂有下摆动作，右小腿相应的前伸动作；而前摆阶段的垂摆对应异侧左腿前摆。肘关节大角度的后垂摆可以增加肩髋扭转的幅度,而小角度前垂摆可以增加前摆速度[6]。

8名运动员右臂肘关节后垂摆角度的均值107.793°±6.552°，要远大于的 90°，可见我国女子竞走运动员具有较大的后垂摆角度这一技术特征；重视上肢后摆动幅度，加大肩髋扭转角度，步幅增大，提高竞走成绩。

2)肘关节摆动角度与摆动速度

如表5所示，8名运动员右臂肘关节前摆平均角度都小于后摆平均角度，说以右臂后摆的幅度要大于前摆的幅度。通过相关性研究，右肘关节后摆角度大，后摆速度慢，两者显著相关(r=-0.610，P<0.01)；相反，右肘关节前摆角度小，前摆半径小，前摆的速度快，两者显著相关(r=-0.645，P<0.01)。但不能说前摆角度越小越好；前摆肘关节小，容易加速，易引起肩带关节肌肉紧张消耗过多的能量，同时良好的动作外观受影响。应该适当增大上肢摆动幅度，并加强上肢肩带关节的自然放松摆动练习。

表5 摆动阶段各时刻右臂肘关节角度 (°)

2.3.2 下肢右膝关节摆动特征

1)右膝关节摆动角度

在竞走冲刺阶段，下肢积极向前摆动为身体的前行提供了更多的动力；膝关节角度是衡量下肢摆动技术的重要参数。现代竞走以低平摆技术为主，缩短脚的摆动路线，减少腾空时间；增加膝关节角度，防止大腿上抬过高，用大半径的下肢前摆来提高髋关节的摆动效果，增大步幅。无论裁判判罚上，还是提高竞走成绩都有着很大的优势。

如表6所示，8名运动员摆动阶段的右膝关节角度均值为125.596°±2.434°，肖香华的平均角度最大为129.540°；切阳什姐、王应柳和毛艳秋3人的低于125°，3人右膝关节角度控制不理想。结合上肢肘关节角度分析 ,肖香华较大的膝关节角度可能是由于有较大的上肢肘关节角度，这种规律在以前的研究中有所提及[5]。

表6 摆动阶段右腿膝关节角度 (°)

有学者指出，通过看膝关节角度在摆动腿离地和垂直支撑两个瞬间时刻的大小，直观上判定运动员是否是在“跑”；离地时膝关节角度是分析从支撑到摆动技术过渡的重要指标，应该在160°以上要好[7]。8名运动员离地右膝关节角度的均值为157.357°±6.851°，接近160°，只有杨家玉、毛艳秋、肖香华3人超过了160°。李蕾蕾的右膝角最小为148.086°，小于160°；在左腿垂直支撑时其右膝关节角度为100.647°，保持了适当角度，未继续减小。李蕾蕾要注意加大离地时右膝关节角度，防止“后撩小腿”动作的发生。

摆动腿膝关节角度在后摆阶段的变化应处在65°左右[5]，杨家玉、切阳什姐、毛艳秋、肖香华4人处在这个大约范围内，另外4人在50°左右。分析原因，是右膝关节角度在右腿离地和左腿垂直支撑两个时刻大小差异造成的，其中李蕾蕾的右膝角度在右离地时小，左垂直时大；毛艳雪、王应柳、马怡鸣3人因右离时右膝角度小造成的。

竞走运动员的膝关节在前摆阶段会出现上抬，膝关节最小角度一般出现在此阶段，用前摆膝关节最小角度来评价前摆技术如何。8名运动员右膝最小角度数值的离散性较大，均值为90.830°±5.096°，俄罗斯竞走名将卡尼斯金娜在摆动阶段的膝关节最小角度是102.7°[4]，我国8名运动员的膝关节最小角度偏小。合理的摆动腿最小膝角应控制在100°～110°之间[8],切阳什姐、王应柳和毛艳秋3人右膝最小角度要小于90°，前面分析也提到这3人摆动过程中右膝关节角度均值也是较小的。在左垂时刻，切阳什姐、王应柳右膝关节角度在97°以上，说明2人后摆阶段右膝控制的较好，在前摆阶段右膝开始向上抬起幅度过大，会造成前摆动作不舒展，技术外观不规范；而毛艳秋在左垂时刻，右膝关节角度就低于90°，最小角度达到80°，她在右腿离地后摆阶段右膝关节就没控制好，“后撩小腿”动作现象容易出现。这3名运动员在冲刺高速移动时候，要注意适度控制膝关节上抬，要充分利用髋关节的摆动保持大半径向前摆动，建议蹬离地开始摆动后，踝关节要领先于膝关节开始积极摆动[9]，做到低平直腿摆动。

2) 右膝关节摆动角度与摆动速度

在右腿摆动阶段中，摆动角度越大，摆动速度就会小；相反摆动角度越小，摆动速度就会大。虽然膝关节摆动角度小有利于提高摆动速度，但还是要把膝关节最小角度控制在竞走规则允许的范围内，竞走的摆动技术动作是区别于跑步技术的。

2.4 摆动距离特征

2.4.1 前、后摆动距离 如表7所示，8位运动员右腿离地的后摆距离、前摆距离均值分别是0.425±0.014m、0.284±0.023m，左腿离地的后摆距离、前摆距离均值分别是0.443±0.017m、0.282±0.025m，两腿的前摆距离均值相差较小。但是从个体来看，杨家玉、王应柳、马怡鸣3人的两腿前摆距离值相差较大，杨家玉的差值最大，为4.6cm.杨家玉、肖香华、毛艳秋和马怡鸣4人右腿前摆距离大于左腿的，另外4人相反。这说明了8名运动员左、右髋关节向前“送髋”的技术有差异。应该注意两髋放松摆动练习，保持一致性，均衡发展，避免左右单步的步长相差过大。

表7 研究对象摆动距离指标

8人两腿的后摆距离有差距，左腿离地的后摆距离均值稍大于右腿的。从个体来看，后摆距离都是左腿的大于右腿的，其中，王应柳的相差最多为4.1cm.表明8人整体上左腿蹬摆力量大于右腿的，应该加强右腿的蹬摆力量，两腿要协调发展。

后摆距离大于前摆距离，后摆时间又小于前摆时间，看似矛盾。但是从前面分析的膝关节摆动速度来看，后摆速度比前摆速度快，约是前摆速度的1.1倍，所以后摆距离才会大于前摆距离。

2.4.2 腾空距离 8位运动员右腿、左腿离地的腾空距离均值分别是0.163±0.050m、0.156±0.060m，相差较小。个体来看，杨家玉、切阳什姐、毛艳雪、王应柳和马怡鸣5人两腿的摆动腾空距离有差别，其中杨家玉两腿的摆动腾空距离差值过大，为7.4cm.再次说明8人左右两腿蹬摆和左右送髋的差异。

从腾空距离大小看，杨家玉、切阳什姐、毛艳秋3人的腾空距离明显大于其他运动员的，这与前面分析的腾空时间所占的百分比值大有关系。腾空距离大小能决定步长的长短，重视腾空距离，两腿蹬地力量和左右“送髋”技术要均衡发展。

2.4.3 后摆/前摆距离百分比 外教达米拉诺认为：优秀竞走运动员后摆/前摆距离比例在1/2～2/3的相对比较合理[10]，也就是50%～66.7%.8名运动员右、左腿前摆距离/后摆距离的百分比均值分别为：66.8±2.2 %、63.7±6.4%，百分比的均值处于比较合理的范围内。王应柳左右腿的前后摆动距离不均衡，但是百分比处在合理范围50%的上限；李蕾蕾、毛艳秋2人两腿前后摆距离的百分比在70%以上，超出了合理范围，应注意改进前后摆动距离比例，适当降低前摆距离增大后摆距离。前摆距离过大，会引起着地时制动，降低摆动速度利用率，重心速度下降。

3 结论与建议

3.1 结论

1)一个竞走单步时间阶段所占的百分比例，由大到小依次是前摆动阶段、后摆动阶段和腾空阶段。8名运动员的腾空时间在合理范围内，两腿的摆动时间、前后摆动阶段百分比有差异，致使前后摆动距离和腾空距离有差异。

2)8名运动员上下肢摆动速度偏慢，左右关节的摆动速度有差异；右膝关节和左肘关节摆动速度的变化曲线走势大体一致。肘关节速度大于肩关节速度，肘关节摆动速度与前后摆动角度成负相关关系；膝关节后摆速度快于前摆速度。

3)8名运动员右肘关节角度前、后摆最小角度值偏小，膝关节摆动的最小角小于俄罗斯运动员的。后垂摆角度大于前垂摆角度，后垂摆角均大于90°，具有较大后垂摆角度的技术特征。

4)8名运动员后摆距离大于前摆距离，左、右腿前摆距离/后摆距离的百分比均值处于较合理的范围内。

3.2 建议

1)在训练中，要注意上肢左右臂协调摆动，做好下肢蹬摆力量均衡发展，减少下肢两腿摆动时间、摆动速度和摆动距离的差异。优化动作结构，提高技术规范性。

2)高速冲刺竞走训练时，加大肘关节摆动角度，提高下肢摆动幅度；加强上肢肩带关节的自然放松摆动练习。

3)训练中，要增强髋关节的灵活性、柔韧性专项练习，以及两髋放松摆动练习；应注意向前“送髋”的技术，提高髋关节前后摆动幅度。

4)注意增大膝关节摆动最小角度，下肢向“低平快”摆动技术发展。