我国男子20km优秀竞走运动员关键技术指标的相关性研究

2022-07-13陈土育孙宇斌刘尊思尹一博刘腾飞胡信堡

湖北体育科技 2022年6期

陈土育，孙宇斌，刘尊思，尹一博，刘腾飞，胡信堡

（1.首都体育学院，北京 100191；2.红岭中学（集团）红岭实验小学，广东深圳 518000；3.吉林体育学院，吉林长春 130000）

竞走是运动员专项技战术与专项能力密切相结合的体能主导类耐力性运动项目，并受到竞走竞赛规则的严格规定。因此，具备高效稳定的技术水平是竞走运动员创造优异成绩的重要前提。针对竞走技术的运动学，我国学者进行了大量的研究，但对竞走技术指标之间的相互关系阐述过少，缺乏研究的实效性［1-3］。事物的发展过程是相互联系和相互影响的，从而推动事物的不断发展。在竞走技术结构中，技术动作之间同样存在相互制约和相互促进的作用，寻找技术结构之间的相互关系以及找出其发展变化的规律具有重要的研究意义。当前我国男子20km优秀竞走运动员与世界优秀竞走运动员相比仍然有一定的差距，技术的实效性和稳定性较差，在2019年多哈田径世锦赛和2020年东京奥运会多次被判罚技术犯规，严重影响了竞技水平的发挥。随着世界竞走竞技水平的不断提高，只有不断提高技术的实效性和规范性，才能提高我国男子竞走运动员的竞技水平。

因此，本文以2019年国际田联竞走挑战赛暨多哈田径世锦赛选拔赛我国前五名竞走运动员为测试对象，对5名竞走运动员的关键技术动作指标之间的相互关系进行研究分析，积极探索运动员技术动作的优势和不足，寻找技术的突破点及提出相应的技术对策，为我国竞走运动员在训练中提供一定的合理性参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究以我国男子20km优秀竞走运动员关键技术指标的相关性为研究对象，以2019年国际田联竞走挑战赛（太仓）暨多哈田径世锦赛男子20km选拔赛我国前五名竞走运动员为测试对象（表1）。5名运动员的运动成绩均达到1:21:20的国际健将水平（表2）。

表1 测试对象基本情况

表2 竞走运动员等级标准

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

根据研究的主要内容，以“竞走”“竞走技术”“Race walking”为关键词在中国知网、谷歌学术和Web of Science等国内外学术论文数据库搜索与本研究相关的文献资料，学习有关竞走技术的研究成果。

1.2.2 测量法

1）拍摄区域选取及比例尺标定：在参考现场赛道布置情况后，选取了无干扰物遮挡的6个拍摄区域（图1）。在选取的拍摄区域中避开了赛道的供水站、饮料站、自备水站、喷雾站和弯道拐弯处，从而避免了不利因素对拍摄运动员的技术动作所产生影响，提高数据解析的客观性。

图1 男子20km竞走挑战赛赛道布局（拍摄区域用红色圆圈表示）

根据竞走的运动特征，在所选取的拍摄区域采用卷尺进行距离为2.5m的比例尺标定（图2）。为了减少图像解析所产生的误差，采用白色双面胶在比例尺两端每间隔0.5m进行定点标定，比例尺两端的长度可根据赛道实际情况延长至6m～9m，从而使所有运动员在比赛时出现在比例尺标定的范围。

图2 拍摄区间2.5m比例尺标定设定图

2）比赛现场拍摄：根据竞走项目特征和技术分析的要求，同时为了清晰捕捉运动员一个完整复步的技术（图3），在6个拍摄区域中使用6台高速摄像机进行侧面二维录像拍摄（图2）。摄像机主光轴与竞走运动员的跑进方向相垂直，并对准拍摄区域的中心，以便捕捉运动员矢状面的技术运动，为精确解析技术动作提供素材。当运动员即将到达拍摄区域的前5s，摄像机就要开始录像，以避免对运动员一个完整复步技术动作的捕捉缺失。6台高速摄像机距离地面的垂直高度均为1.10m，拍摄频率为120帧/s，快门速度为1/1 000s，焦距系数根据现场具体情况而进行调整。

图3 运动员一个完整复步示意图

3）影像解析与数据处理：比赛结束后，根据赛后官方公布运动员的总成绩排名对我国前五名竞走运动员前半程和后半程的影像资料进行分类处理。同时使用瑞士Dartfish（4.5版本）运动视频解析系统对5名竞走运动员的关键技术动作进行二维运动学解析，获取所需要的运动学数据。

1.2.3 数理统计法

根据所采集的运动学数据，使用Microsoft Excel 2019对视频解析所获取的不同运动学指标进行平均值、差值和标准差的统计处理，同时使用IBM SPSS Statistics（23.0版本）数据统计分析软件对5名运动员的关键技术指标指标进行相关性分析。

1.3 相关指标的定义

前半程：运动员完成0km～10km的距离及所用时间。

后半程：运动员完成10km～20km的距离及所用时间。

平均速度：每名运动员完成每2km的平均速度，基于分段时间。

步长：运动员单脚垂直支撑时脚后跟到另一只脚垂直支撑时脚后跟之间的水平距离。

相对步长：步长与运动员身高的比例。

步频：每分钟所移动的步数。

腾空时间：从一侧脚脚趾末节离地瞬间到另一侧脚脚跟触地瞬间所用的时间。

头顶起伏距离：运动员着地阶段和腾空阶段头顶上下起伏的距离（本研究以运动员的耳垂为主要标定点）。

着地角度：脚跟触地瞬间脚底平面与水平面所成的夹角。

前支撑距离：脚跟触地瞬间脚跟与身体重心投影点之间的水平距离。

两大腿重叠摆动腿膝关节角度：摆动腿大腿与支撑腿大腿重叠时摆动腿膝关节-踝关节-髋关节所成的夹角。

两大腿夹角：离地时刻髋关节大转子-支撑腿脚趾末节-摆动腿脚跟所成的夹角。

大臂后摆角度：离地时刻上肢后摆肩关节-身体垂直面-肘关节所成的夹角。

大小臂前摆夹角：离地时刻上肢前摆肘关节-腕关节-肩关节所成的夹角。

后蹬距离：离地时刻支撑腿脚趾末节与身体重心投影点之间的水平距离。

踝关节角度：离地瞬间支撑腿踝关节-脚趾末节-膝关节所成的夹角。

躯干前倾角度：离地时刻躯干与身体垂直面所成的角度，躯干直立时为0°。

2 结果与分析

2.1 速度指标与关键技术指标的相关分析

竞走属于周期性耐力性项目，竞走运动员要在竞走竞赛规则的条件下，以最短的时间去完成规定距离的比赛。这一特征强调了运动员要想取得比赛的胜利，必须要表现出正确的技术动作和最快的水平移动速度。

步长和步频是构成水平移动速度的重要指标，但在比赛实践中，过大的步长会导致步频变慢，而过快的步频也会导致步长变小。因此，最大的水平移动速度应是适宜的步长和步频所进行的最佳组合。因为运动员所表现出的步长受到运动员个体身高和腿长等因素影响，为了提高本研究的客观性，在进行相关分析时选取了相对步长代替绝对步长。

从5名竞走运动员速度指标与关键技术指标的相关性来看（表3），步频与腾空时间存在高度显著的负相关关系（R=-0.298**，p=0.000），说明了运动员要降低腾空时间，从而加快步频指数。步频与相对步长存在高度显著的负相关关系（R=0.-810**，p=0.000），过快的步频会导致步长缩短，较大的步长也会导致步频减慢。这一特征说明了运动员要根据自身特点来保持合理的步长和步频才能取得优异的竞技成绩。相对步长与水平移动速度存在高度显著的正相关关系（R=0.228**，p=0.000），这一特征说明了运动员步长的增大是水平移动速度加快的重要因素。国外学者研究发现较大的步长指数是青年男子运动员获得较快速度的运动学原因［4］，与我国学者对男子、女子青少年竞走运动员速度与相对步长相关关系的研究相一致［5］。其次，5名竞走运动员的相对步长与离地时刻两大腿夹角存在显著的正相关关系（R=0.179*，p=0.023），相对步长与离地时刻大臂后摆角度存在高度显著的正相关关系（R=0.274**，p=0.000），相对步长与离地时刻后蹬距离存在高度显著的正相关关系（R=0.354**，p=0.000），相对步长与离地瞬间踝关节蹬伸角度存在高度显著的正相关关系（R=0.216**，p=0.006）。这一现象说明了上下肢协调配合的摆动技术对运动员的步长具有积极的促进作用，运动员若要取得科学合理的步长，就必须要提高上下肢摆动技术，尤其是下肢后蹬离地的摆动技术动作。

表3 速度指标与关键技术指标相关性统计表

2.2 腾空技术与关键技术指标的相关分析

腾空阶段是竞走运动员是否存在技术动作不规范的重要阶段，腾空时间和头顶上下起伏距离是裁判员判罚运动员是否腾空犯规的重要指标。根据竞走竞赛的规则要求，运动员在比赛中腾空阶段如果技术不规范，裁判员会出示黄牌以警告该名运动员；运动员的技术动作如果出现明显肉眼可见的腾空现象，裁判员会出示红牌以严重警告该名运动员。因此，对运动员腾空阶段的相应指标进行相关性分析具有重要的研究意义。

从腾空技术与关键技术指标的相关性统计结果来看（表4），5名竞走运动员的头顶起伏距离与水平移动速度存在高度显著的负相关关系（R=-0.263**，p=0.001），头顶起伏距离与腾空时间存在显著的正相关关系（R=0.066*，p=0.036）。从数据结果可见，运动员的头顶上下起伏距离越大，腾空时间就越长，从而导致运动员的水平移动速度缓慢。从运动生物力学的角度来看，竞走运动员前进的动力主要来源于支撑腿的后蹬力量，地面的反作用力使人体整体往前运动，此阶段竞走运动员应充分利用最大反作用力向水平方向运动，而不是向上运动。这一技术特征说明了竞走运动员要降低头顶上下起伏的距离，减少离地瞬间的垂直分速度和腾空时间，从而加快水平移动速度。国外学者在研究中认为较长的地面接触时间和较短的腾空时间与运动员竞走技术具备较高的经济性有关［6］。我国学者研究认为运动员的单步腾空时间与头顶起伏距离密切相关，头顶起伏距离越大，运动员在模糊的腾空时相里也会受到腾空犯规的技术判罚［7-8］。因此，竞走运动员应避免延长腾空时间来改变自身的竞走技术和竞走方式，否则会影响竞走技术的经济性和实效性。

表4 腾空技术与关键技术指标相关性统计表

其次，腾空时间与离地时刻两大腿夹角存在高度显著的负相关关系（R=-0.403**，p=0.000），腾空时间与离地时刻后蹬距离存在高度显著的负相关关系（R=-0.302**，p=0.000），从数据统计结果可见，运动员要提高下肢离地时刻的两大腿夹角和后蹬距离，以减少腾空时间，从而提高整体技术动作的实效性。

2.3 着地技术与关键技术指标的相关分析

竞走运动员的着地技术是竞走技术动作的核心要素。合理的着地技术，不但有助于减少运动员的制动阻力，还有利于水平移动速度的增加，而有效的着地技术与离地技术息息相关。从物理学角度来看，竞走运动员水平移动速度的损失率与着地的制动冲量有关，运动员要减少着地时的制动冲量，增加蹬地动力冲量的产生。

从5名竞走运动员的着地技术与关键技术指标的相关性分析来看（表5），运动员的着地角与水平移动速度存在高度显著的正相关关系（R=0.232**，p=0.003），运动员的着地角度增大，运动员的水平移动速度就越快。这一特征在一定程度上说明了较小的着地角度会增大着地阻力，增加速度损失率，而适宜的着地角度有助于运动员的圆心动作，增加转动惯量，从而提高水平移动速度。研究认为，世界优秀竞走运动员的着地角度在25°是最佳竞技水平［9］。如果运动员的着地角度过小或过大，着地的阻力就会相应增大［10］，长距离的跑动会使运动员下肢关节负荷增大，不但使水平速度下降过多，还会造成小腿胫骨前肌和趾长伸肌发生肌肉痉挛，从而影响运动员的跑速。

表5 着地技术与关键技术指标相关性统计表

其次，着地角与离地时刻两大腿夹角存在高度显著的正相关关系（R=0.421**，p=0.000），着地角与离地时刻后蹬距离存在高度显著的正相关关系（R=0.284**，p=0.000），运动员的着地角随着离地时刻两大腿夹角和后蹬距离的增大而增大，说明了竞走技术的离地摆动技术和着地支撑技术具有一定的关联性。

着地前支撑距离与离地时刻躯干前倾角存在高度显著的负相关关系（R=-0.337**，p=0.000），运动员的前支撑距离随着躯干前倾角增加而减少，其原因是因为较大的躯干前倾角会限制髋关节的灵活性和动作幅度，不利于两髋的相互协调运动，导致髋关节前旋角较小，从而使运动员的摆动腿前摆不充分而导致前支撑距离较小［11］。我国竞走运动员要改善躯干前倾现象，提高躯干直立姿势，以提高髋关节的灵活性。两大腿重叠摆动腿膝关角度与水平移动速度存在高度显著的正相关关系（R=0.317**，p=0.000），运动员摆动腿前摆越放松，两大腿重叠摆动腿膝关节的角度就越大，就越有利于运动员身体重心的跟进，从而提高了运动员的水平移动速度。研究发现，世界优秀竞走运动员的大腿重叠摆动腿膝关节角度应保持在100°～110°的合理范围［2］。在竞走比赛中，膝关节是唯一一个有特殊技术规则的关节。过小的膝关节角度，运动员整体技术动作的外观就会形成一种“跑步”的姿势，不仅影响技术的经济性和规范性，还可能被裁判判罚技术犯规。在竞走比赛中，运动员摆动腿的放松低平摆动决定了竞走竞技水平。

根据牵张反射的生理学机制，支撑腿在后蹬阶段大腿后肌群的股二头肌和小腿前肌群的肌肉会受到反作用力得到预先拉长进行离心收缩，此时肌节被活化的横桥数目增加，运动神经元的兴奋性增加，同时被拉长的肌肉产生一定的弹力势能，支撑腿在后蹬离地后肌肉进行向心收缩，从而使肌肉产生更大的收缩力量和收缩速度［12］。因此，竞走运动员应充分利用在后蹬阶段所获取的弹力势能和转动惯性放松低平积极前摆，尽可能避免主动发力而导致摆动腿小腿高抬。

2.4 离地技术与关键技术指标的相关分析

在竞走技术动作结构中，离地技术是竞走运动员最大水平移动速度的重要来源。离地（后蹬）阶段是指支撑腿垂直开始至脚趾末端蹬离地面为止，其主要任务是通过蹬离地面获取最大反作用力，从而推动运动员向前移动，是竞走运动员的关键技术阶段。离地（后蹬）阶段的经济性取决于支撑腿蹬离地面的速度、力量和角度。因此，对竞走运动员的离地技术进行运动学分析具有重要的研究意义。

从5名运动员离地技术与相关技术动作的相关性分析来看（表6），离地时刻两大腿夹角与离地时刻后蹬距离存在高度显著的正相关关系（R=0.735**，p=0.000），离地时刻两大腿夹角与离地瞬间踝关节蹬伸角度存在显著的正相关关系（R=0.202*，p=0.010）。从数据统计结果可见，增大后蹬距离和踝关节蹬伸角度，可增大运动员离地时刻的两大腿夹角，从而有利于运动员步长的增大。离地时刻两大腿夹角与两大腿重叠摆动腿膝关节角度存在高度显著的正相关关系（R=1.000**，p=0.000），离地时刻两大腿夹角越大，摆动腿膝关节角度就越大，运动员的技术动作就越放松。

表6 离地技术与关键技术指标相关性统计表

离地时刻大臂后摆角度与水平移动速度存在高度显著的正相关关系（R=0.321**，p=0.000），离地时刻大臂后摆角度与离地瞬间踝关节蹬伸角度存在显著的正相关关系（R=0.200*，p=0.011），运动员上肢合理的后摆技术，不仅对下肢后蹬技术有积极的作用，还对运动员的水平移动速度具有重要的促进作用［13］。有研究发现，运动员前进的速度与上肢前后摆动有密切的关系，手臂的摆动对获得快速步行速度和缩短支撑脚接触时间有重要的作用［14］。上肢摆动速度越快，右肩和左肩的关节力矩就越大，以平衡躯干扭矩。

离地时刻大臂后摆角度与着地瞬间的着地角度存在高度显著的正相关关系（R=0.320**，p=0.000），上肢后摆的实效性对运动员合理的着地技术具有积极的促进作用，运动员着地角度随着上肢后摆角度的增大而增大，从而有利于运动员减少水平速度的损失率。

离地时刻上肢大小臂前摆夹角与离地时刻躯干前倾角存在高度显著的负相关关系（R=-0.449**，p=0.000），大小臂前摆夹角越大，躯干前倾角越小。运动员的上肢应充分利用转动惯量放松前摆，加大前摆大小臂夹角，避免出现“转肩”现象，从而提高躯干的直立姿势。离地时刻上肢大小臂前摆夹角与离地时刻后蹬距离存在显著的正相关关系（R=0.190*，p=0.016），可见上肢前摆和后摆的协调配合大幅度的摆动，可提高运动员下肢的技术动作实效性。

离地时刻后蹬距离与水平移动速度存在高度显著的正相关关系（R=0.336**，p=0.000），离地时刻后蹬距离与两大腿重叠摆动腿膝关节角度存在高度显著的正相关关系（R=0.735**，p=0.000），后蹬距离的加大，对运动员的水平移动速度具有积极的促进作用，并且可使两大腿重叠摆动腿膝关节角度增大，从而提高摆动腿放松低平前摆技术。