高水平女子撑竿跳高运动员核心技术与成绩协同特征研究

2023-10-16谢慧松

广州体育学院学报 2023年1期

刘威，李玲，孙楚，谢慧松

（北京体育大学中国田径运动学院，北京 100084）

竞技体育项目核心技术的掌握是取得优异成绩的关键，是指导训练和竞赛的重要依据。我国女子撑竿跳高项目在2022 年俄勒冈世界田径锦标赛取得历史性突破是重视核心技术动态监测科技服务的结果体现。作为难度较高的田径项目，体能、技术和心理等竞技能力的发挥均会对撑竿跳高运动表现产生影响，高水平运动员核心技术发挥则是决定成功过杆的关键。

伴随科技助力不断融入竞技体育发展，撑竿跳高技术的研究逐渐精细。研究者从运动学、动力学、能量等不同角度对女子撑竿跳高技术展开分析，通过拍摄比赛和设计实验等方法挖掘不同等级运动员技术表现的关键信息。运动学研究主要包括助跑和起跳阶段运动学指标分析［1-6］。结果表明，国外高水平撑竿跳高运动员握竿高度和腾越高度均高于我国运动员；助跑分段速度、最后两步速度、起跳水平速度等对撑竿跳高成绩有显著影响；起跳垂直速度、起跳点位置、最大弯竿量、步长对称性等指标与成绩之间相关不显著。动力学研究包括地面反作用力、角动量、关节力矩以及运动员对撑竿施加的力等［7-9］，发现水平方向地面反作用力与成绩有正相关关系。有学者以能量为视角进行技术阶段划分并认为能量获得越多，撑竿跳高成绩相对越好［10，11］。此外，为探索对成绩影响较大的技术指标，学者通过因子分析、多元回归分析等统计学方法建立了撑竿跳高成绩预测模型［12，13］。

由于撑竿跳高技术复杂性，既往研究在比赛及实验条件下通常采用二维拍摄方法进行技术分析，但撑竿跳高运动并非完全在二维平面内，用二维数据分析空中技术时会产生一定误差。此外，对伸展方向、伸展阶段重心偏离角度和位移等空中技术指标的研究相对匮乏，实验条件下进行运动学及动力学分析导致测试对象运动状态、环境条件与真实比赛存在较大差异，所得技术数据对高水平运动员参考价值有限。基于此，本研究遵从整体与局部的关系，首先确定高水平女子撑竿跳高运动员核心技术的构成，并通过比赛现场三维影像拍摄及解析，深度分析我国女子撑竿跳高国际健将级和健将级运动员核心技术与比赛成绩之间的协同特征，从而实现科技精准服务技术，助力女子撑竿跳高在2024 年巴黎奥运会再创辉煌。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以高水平女子撑竿跳高运动员核心技术与成绩协同特征为研究对象。测试对象为参加2021 年全国运动会、2021 年全国田径锦标赛、2021 年全国田径冠军赛女子撑竿跳高项目且成绩在4.00m 及以上的16名运动员，其中国际健将级运动员8 名，健将级运动员8 名。运动员基本情况见表1。

表1 运动员基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 专家访谈法

通过半结构式深度访谈确定高水平女子撑竿跳高运动员核心技术与成绩协同的相关访谈问题和框架，根据被访者的回答进行逐步探索。参与访谈的专家共计10 人，其中包括撑竿跳高国家级教练3 人、高级教练2 人、田径教学与训练方向教授3 人，运动训练学方向教授2 人。通过分析专家访谈结果确定撑竿跳高核心技术要素结构。

1.2.2 德尔菲法

采用德尔菲法确定高水平女子撑竿跳高运动员核心技术的具体指标。首先在查阅文献及专家访谈的基础上，构建核心技术指标池，共计25 项指标。其次对10位专家进行三轮问卷调查，第一轮请专家采用“二分法”排除和纳入指标池的指标；第二轮采用Likert五级量表请专家对各指标的重要程度做出判断，将专家意见集中程度≥3.5 和专家意见协调程度≤0.25 作为本研究指标筛选的重要依据；根据第二轮统计结果，进行第三轮筛选，经分析后发现专家意见趋于一致，最终获得专家的集体判断结果，共计12 项核心技术指标。

1.2.3 三维影像拍摄法

1.2.3.1 摄像机位置及拍摄要求

使用两台摄像机对运动员助跑倒一步至过杆进行三维拍摄。1 号摄像机位于横杆正前方，2 号摄像机位于跑道左侧，两台摄像机主光轴夹角在60°-120°之间，拍摄距离35m 左右。为避免场内其他项目运动员以及部分裁判员的干扰，将1 号、2 号摄像机架设于看台上。比赛前后将三维标定框架放置于以下四个位置进行标定，距离及高度以标定框架中心计算：（1）距穴斗前沿5.5m/高1.2m，标定范围为倒一步；（2）距穴斗前沿3.5m/高1.5m，标定范围为起跳着地至身体最大背弓；（3）距穴斗前沿1.5m/高2.5m，标定范围为身体最大背弓至双脚向上伸展；（4）距穴斗前沿0.5m/高4m，标定范围为双脚向上伸展至完成过杆。助跑启动至倒一步进行二维拍摄。3-5 号摄像机均位于运动员跑进方向的左侧，主光轴垂直于撑竿跳高助跑道中轴线，拍摄距离25-30m，拍摄范围15m，相邻两台相机叠加部分长度为5m，机身高度均为1.2m。5 台相机曝光时间均为1/1000 s，拍摄频率均为100Hz。比赛开始前2h 完成摄像机架设及标定工作，比赛结束后再次标定（图1）。

图1 视频采集过程示意图

1.2.3.2 解析方法及过程

1）三维解析法

通过Adobe Premiere Pro 2020 视频编辑软件，采用关键时相法，同步1 号、2 号摄像机拍摄的三维视频材料，截取倒一步着地前7 帧至右手推离撑竿后7帧的视频资料，并按姓名-成绩-跳次-比赛的形式进行编号，方便解析使用。

采用Fastmove1.2.4 软件对视频资料进行数字化处理，选取21 个人体关节点，以及竿头、竿尾和横杆中心3 个标记点，解析后采用数字滤波法对原始数据进行平滑，平滑频率为10Hz，获取研究所需数据。

2）二维解析法

二维解析所用的视频截取方法与三维解析相同，当运动员单步技术位于2 台相机的重叠区域时，相关数据取2 台相机解析数据的均值。

1.2.4 灰色关联法

通过灰色关联法对核心技术指标和比赛成绩进行关联分析。将比赛成绩作为母序列，将核心技术指标作为子序列，采用均值法，按照灰色关联分析的要求，对指标进行无量纲化处理，求出序列差与关联系数，计算指标与比赛成绩的关联度，从而判断技术指标重要程度的序列结构。

1.2.5 数理统计法

对数据进行正态性检验分析，数据服从正态分布则采用独立样本T 检验对国际健将级和健将级运动员进行差异性分析；采用Pearson 相关系数表示技术指标与成绩之间的相关性。若不符合正态分布，则采用Mann-whitney U 非参数检验及Spearman 相关系数进行差异性及相关性分析。数据结果表示为均值±标准差（M±SD）。“*”表示P<0.05，数据具有显著性差异或相关；“**”表示P<0.01，具有非常显著性差异或相关。

2 研究结果

2.1 高水平女子撑竿跳高运动员核心技术的构成

在文献梳理总结、跟队调研，以及对撑竿跳高国家队及省队教练员访谈的基础上，按照德尔菲法的流程，筛选高水平女子撑竿跳高运动员核心技术指标共计12 项，归纳为“高度性指标”“速度性指标”“准确性指标”和“稳定性指标”四个维度。“高度性指标”包括握竿高度、腾越高度和最高重心高度；“速度性指标”包括倒一步速度、起跳离地水平速度、摆体平均速度、摆体最大速度和伸展最大速度；“准确性指标”包括起跳位置和空间位置；“稳定性指标”包括技术参数、试跳成功率。

2.2 不同等级运动员核心技术对比及与成绩相关性

如表2 所示，在高度性指标中，国际健将级运动员的握竿高度、腾越高度、最高重心高度显著高于健将级（P<0.05），且握竿高度和最高重心高度差异非常显著（P<0.01）。在速度性指标中，国际健将级运动员倒一步速度、起跳离地水平速度、伸展最大速度显著快于健将级（P<0.05），且倒一步速度、起跳离地水平速度差异非常显著（P<0.01），说明国际健将级运动员助跑起跳阶段较快的水平速度能够更加有效地转化为伸展阶段所需的垂直速度。摆体最大速度、摆体平均速度不存在统计学差异。两个等级运动员起跳位置和空间位置不存在统计学差异（P>0.05），且通过标准差发现运动员的准确性指标存在较大的个体差异。在稳定性指标中，国际健将级运动员技术参数非常显著高于健将级（P<0.01），试跳成功率无统计学差异（P>0.05）。

表2 不同等级运动员核心技术对比表

表3 显示了高水平女子撑竿跳高运动员核心技术与成绩之间的相关性。从整体上分析，握竿高度、腾越高度、最高重心高度、倒一步速度、起跳离地水平速度、伸展最大速度和技术参数7 项指标与成绩呈正相关关系（P<0.01）。分组分析发现，国际健将级运动员握竿高度、最高重心高度、倒一步速度、伸展最大速度、技术参数5 项指标与成绩呈正相关关系（P<0.05 或P<0.01）；健将级运动员倒一步速度与成绩呈正相关关系（P<0.05），试跳成功率与成绩呈负相关关系（P<0.05）。

表3 不同等级运动员核心技术与成绩相关性

2.3 不同等级运动员核心技术与成绩灰色关联分析

对国际健将级和健将级16 位运动员12 项核心技术与成绩进行灰色关联整体分析及分组分析发现，两个等级运动员与比赛成绩关联度最高的指标均为最高重心高度（见表4），最低均为空间位置。国际健将级运动员11 项核心技术指标与成绩的关联度高于健将级；国际健将级运动员9 项核心技术指标与成绩关联度在0.975 以上，健将级为3 项；两个等级运动员与比赛成绩关联度在0.9 以下的核心技术指标分别为1 项和4 项。

表4 不同等级运动员核心技术与成绩关联度次序分析

3 分析与讨论

3.1 高水平女子撑竿跳高运动员核心技术特征

撑竿跳高核心技术具有协同性和整体性特征。“高度”是目标、“速度”是主导、“准确性”是关键、“稳定性”是基础。4 个维度形成了一个相互作用、相互影响但不可分割的整体。竞赛过程中不存在绝对的“高度”和“速度”，也不存在绝对的“准确性”和“稳定性”，4 个维度是相对的并处于动态变化之中。运动员克服外部环境的不断变化，使核心技术产生协同效应是决定竞赛成绩的根本。训练和竞赛的目标是使运动员在比赛中越过更高高度，其他核心技术是获得“高度”的保障。速度是高度的主导因素，但在实践中发现，过快的助跑速度会导致运动员动作技术不稳定，增加失败的几率。只有在助跑“准确”的前提下，具备更强的起跳能力及竿上控制能力，运动员更快的助跑速度才能带动起跳离地水平速度、摆体速度以及伸展速度的最佳表现。“准确性”是决定运动员能否高效起跳以及提高技术经济性的关键，起跳点过近会导致运动员悬垂阶段躯干后仰，损失水平速度且在竖直方向过多运动，无法进行大幅度摆体；起跳点过远则躯干前倾，上握手高度降低造成撑竿与地面夹角减小，撑竿阻力加大从而无法起跳。试跳成功率高是运动员技术“稳定性”的表现，比赛名次的判定除了依据最高高度，还会依据运动员在最高高度的试跳次数及总失败次数进行判定，更高的高度以及更少的失败次数是决定运动员成绩和名次的重要因素。

3.2 不同等级运动员核心技术差异及对成绩的影响

撑竿跳高成绩由握竿高度和腾越高度构成。握竿高度高能够增加弯竿量，且有利于运动员在推竿时形成较高的身体位置，使运动员以较低的腾越高度即可越过横杆，降低过杆难度。研究发现，撑竿跳高运动员成绩的提高主要依靠握竿高度的提高［14］。本研究发现，不同等级运动员成绩的提升由不同因素决定。我国女子撑竿跳高运动员握竿高度与成绩之间的相关性较腾越高度更高，且国际健将级与健将级运动员相比，握竿高度的差值大于腾越高度，说明握竿高度是影响我国运动员成绩提高的主要因素，与前人研究结果一致。但运动员握竿高度受身高臂展、助跑速度及撑竿材质等因素影响而不会无限增加［15］，在其达到一定水平时，腾越高度将会成为决定成绩的核心技术。研究表明国外4.70m 及以上成绩的女子运动员握竿高度和腾越高度分别为4.34±0.17m、0.60±0.16m［16］，握竿高度与我国国际健将级运动员相差不大，腾越高度较高。由此说明，我国健将级运动员成绩提升首先依靠握竿高度的增加，国际健将级运动员成绩继续提升则应注重提高腾越高度。

撑竿跳高运动员能够达到的最高重心高度与比赛成绩具有高度正相关关系。本研究发现，国际健将级运动员最高重心高度与成绩之间呈正相关关系，但健将级运动员未表现出这一特征。说明健将级运动员技术水平存在较大个体性差异，未能将最高重心高度转化为运动成绩。研究证实最高重心高度随助跑速度增加而增加［17］，本研究同样发现，国际健将级运动员助跑速度快于健将级且最高重心高度高于健将级。在追求最高重心高度的基础上减小重心与横杆之间的高度差，有利于运动员获得更好的成绩［18］。越过相同高度时，最高重心与横杆高度差越小表明运动员技术经济性越高，消耗的能量越少；技术水平相近的运动员，最高重心与横杆高度差越大，运动员取得更好成绩的潜力越大。从动作结构分析，撑竿跳高运动员采用“倒V 型”过杆姿势，因此能够出现重心位于横杆下方而成功过杆的现象。但对运动员进行个案分析发现，仅国际健将级运动员陈巧铃在最高重心高度只有4.53m 的情况下越过了4.55m 的横杆，其他运动员最高重心高度均高于横杆高度，提示我国运动员应进一步加强对重心高度的利用效率。

撑竿跳高成绩与持竿助跑最后阶段的速度高度相关（r=0.69-0.86）［19，20］，本研究进一步证实国际健将级和健将级运动员倒一步速度与成绩之间均具有高度正相关关系。动能定理（Ek=1/2mv2）表明，若体重相同，助跑速度越快所获动能越多，增加撑竿弹性势能的储存及释放，促进成绩提升。国际健将级倒一步速度显著快于健将级，这与运动员助跑距离、专项力量、速度节奏等因素有关。国际健将级运动员助跑距离更远，加速更充分，且爆发性力量、肌肉控制能力以及速度节奏感优于健将级［21］。在快速助跑的基础上，减少起跳阶段水平速度的损失，是获得优异成绩的关键［22］。起跳阶段由于撑竿弯曲、与穴斗的碰撞以及地面对运动员向后的反作用力等原因［23］，造成能量消耗和速度降低。研究发现，国际健将级运动员起跳阶段水平速度损失少于健将级［19］。但本研究发现两个等级运动员起跳阶段水平速度损失不存在统计学差异，说明两个等级运动员起跳阶段水平速度节奏一致，起跳离地水平速度的快慢取决于倒一步速度。

为了保证撑竿产生大幅度弯曲，运动员在形成最大背弓后进行快速摆体，摆体技术要求运动员尽量伸展下肢，提高摆动半径，进行“鞭打式”动作，因此摆体速度尤为重要。本研究证明，国际健将级运动员摆体最大速度和摆体平均速度快于健将级，为加大撑竿弯曲提供了更多动力。除使撑竿储备更多的弹性势能之外，摆体的任务还在于使运动员形成臀部略高于肩部的身体姿势，形成时机越接近撑竿的最大弯曲越好，取决于人体摆动的速度［24］。这一身体姿势有助于运动员重心伸展轨迹与撑竿反弹轨迹重合，充分利用撑竿弹性势能提高伸展速度。我国运动员在形成臀部高于肩部的身体姿势时，撑竿已经明显反弹，说明运动员应在合理范围内进一步提升摆动速度，加快形成臀部高于肩部的姿势，从而最大程度利用撑竿弹性势能。运动员利用撑竿弹性势能主要为伸展阶段，其效果直接影响运动员的腾越高度。伸展阶段的技术重点为人体伸展与撑竿反弹相互协同，避免剧烈发力蹬腿伸展带来向下惯性力而阻碍撑竿反弹速度［10］。研究表明，伸展最大速度决定了最大团身后重心在垂直方向上升的高度，与运动成绩呈正相关［25］。本研究证实了这一相关关系，并发现国际健将级运动员伸展最大速度显著快于健将级，说明国际健将级运动员较快的助跑速度和摆体速度使撑竿储备了更多的弹性势能，因此在伸展阶段获得了比健将级运动员更大的垂直速度。

准确的起跳位置是运动员成功起跳及形成良好身体姿态的前提。现代撑竿跳高技术指出：起跳离地时刻起跳点应位于上握手的垂线下方。但研究发现，大多数国内外优秀女子撑竿跳高运动员起跳点位置位于上握手投影点之前［23，26］，成功与失败试跳相比起跳位置更加靠前［27］。本研究同样发现起跳位置靠前这一现象，与技术要求出现了差异。究其原因为，现代撑竿跳高技术更多针对男子运动员，男子运动员助跑速度快、起跳力量强，可将起跳点后移10-20cm［28］。女子运动员速度和力量弱于男子，相对靠前的起跳位置可以使运动员在起跳过程中更好地将能量传递给撑竿并使之弯曲。运动员起跳离地后，应控制身体重心水平方向的移动轨迹与横杆垂直，形成准确的空间位置。空间位置由重心达到最高点时偏离横杆中点的水平距离表示。过杆时应保持身体重心在横杆中点上方，一是由于横杆中点的高度最低，运动员过杆概率更大；二是为了减少人体无效的横向移动，降低能量消耗；三是避免因横向移动太多而落在海绵垫边缘发生意外。因此，空间位置的准确控制应成为撑竿跳高运动员关注的重点。我国两个等级女子运动员的空间位置不存在统计学差异，说明在成功试跳时，水平较低的运动员同样可以表现出合理的空间位置。由于未进行失败试跳的分析，空间位置对运动员试跳效果的影响还需进一步论证。

撑竿跳高技术参数的评定公式为T=H/I+h［29］。技术参数主要由H（握竿高度）、I（运动员单臂举高），h（握竿点与横杆之间的垂直距离，即腾越高度）三者决定。T 值不仅与专项成绩高度相关，同时与运动员身体素质密切相关，是良好素质与专项技术能否结合的集中表现。T 值越大，表明技术越合理以及身体素质在比赛中的发挥程度越高。研究表明，T ≥3 是高水平男子撑竿跳高运动员技术的表现［30］，但未有研究涉及高水平女子撑竿跳高运动员的T 值。本研究表明，我国女子撑竿跳高运动员T 值与比赛成绩显著相关，且两个等级运动员之间存在非常显著性差异。由此说明，成绩越好的运动员技术参数越高，能够保证比赛时技术稳定发挥。

根据田径竞赛规则，撑竿跳高比赛成绩为运动员跳过的最高高度，名次判定还需考虑最高高度的失败次数以及总失败次数［31］。因此，减少试跳失败次数、保持较高试跳成功率不仅可以保证越过相同高度时取得更好的名次，而且能够节省体能冲击更高高度。本研究发现，虽然整体上两个等级运动员试跳成功率与比赛成绩无相关关系，但健将级运动员试跳成功率与比赛成绩呈负相关，原因为成绩越高的健将级运动员试跳次数越多，增加了失败的风险。高水平运动员在比赛中利用“起跳高、免跳多”的战术减少试跳次数，保持高成功率，取得了较好成绩［32］，提示我国运动员应根据自身竞技状态及比赛形势控制总试跳次数，增加试跳成功率。

3.3 不同等级运动员核心技术与成绩协同特征分析

现有研究以能量角度将撑竿跳高技术划分为不同阶段，探讨各技术阶段运动员表现与撑竿变化之间的协同特征，以及与运动成绩之间的相关性［16］。本研究运用灰色关联法，通过序列曲线几何形状的相似程度进一步分析高水平女子撑竿跳高运动员核心技术与成绩之间的协同特征。发现国际健将级运动员核心技术与成绩之间关联度更高，说明具有更为显著的共同波动趋势，两者的协同性高于健将级。健将级运动员应在训练和比赛中注重更多的技术细节，提高核心技术与比赛成绩之间的关联度。两个等级运动员与比赛成绩关联度最高的5 项指标均为最高重心高度、倒一步速度、握竿高度、起跳离地水平速度、技术参数，但关联度的排序不同，说明不同等级运动员应关注的核心技术重点不同。由于空间位置准确性能够对运动员技术表现产生较大影响，从而影响运动成绩，因此应作为训练和比赛中重点关注的技术指标，加强空间位置与成绩之间的关联度，使核心技术与成绩之间达成更高的协同性。除空间位置外，健将级运动员应该加强对腾越高度和起跳位置的关注。

通过核心技术对比以及与成绩关联度分析，两个等级运动员高度性指标和速度性指标存在明显差异。在助跑起跳阶段，国际健将级运动员倒一步速度及起跳离地水平速度显著快于健将级，使得国际健将级运动员可以拥有更高的握竿高度。造成健将级运动员助跑速度慢的原因主要为自身绝对速度较慢以及对速度利用效率较低，绝对速度慢的运动员应加强下肢爆发性力量的练习［33］；速度利用率低的运动员应在训练中加强持竿跑练习，注重助跑阶段步长、步频节奏以及身体对撑竿的控制，形成“追竿式”助跑，达到降竿与加速的协同。国际健将级运动员伸展阶段达到的最大速度快于健将级是造成两个等级运动员腾越高度存在差异的主要原因。运动员在伸展阶段通过上肢与撑竿的协同运动，获得理想的伸展方向与伸展速度。由于伸展阶段为不稳定支撑状态，运动员对身体的控制以及对空间位置的本体感觉尤为重要。训练中使用吊环、吊绳进行摆体及伸展等专项技术练习，是提高运动员空中技术水平的有效手段。速度的提升协同完善的技术，运动员则会在握竿高度、腾越高度及最高重心高度中具有更加优异的表现。