對中、外優秀競走運動員關鍵動作技術特征的運動學分析

賈 誼，嚴波濤，李厚林

1 前言

競走是我國田徑運動的重點項目，在目前我們所獲得的5枚奧運會田徑金牌中，競走就占了2枚。20世紀90年代中期，我們奪得了世界杯、世界錦標賽和奧運會的所有金牌。但此后，中國競走水平一直低迷。近年來，我們通過聘請國外優秀教練員，引入先進訓練理念，同時，通過國際交流促進國內教練員訓練水平，這些舉措都使我國競走的整體水平有了較大提升。但與俄羅斯等傳統強隊相比，中國隊并無優勢可言。本研究選取2010年在北京舉行的國際田聯競走挑戰賽總決賽男、女10 km比賽中、外優秀運動員的動作技術參數進行對比研究，分析制約我國運動員成績提高的技術因素。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本研究對象為2010年國際田聯競走挑戰賽總決賽男、女10 km前4名運動員（表1)。

2.2 研究方法

2.2.1 比賽現場拍攝

于2010年 9月 18日上午，使用松下 AG-DVC-180AMC攝像機，對比賽現場進行平面定機定焦拍攝。攝像機位于距起點以東300 m處，攝像機主光軸垂直運動平面。設定拍攝頻率為50 Hz，拍攝距離為12 m，機高1.2 m，快門速度1/1 000。比賽前在拍攝范圍內設定比例尺，比例尺長度為2.5 m。采用地面黏貼標尺的方法[14]進行標定，解析時以膠布外沿做為標定點進行標定。

2.2.2 錄像解析

2.2.2.1 對現場標定點進行處理

由于平面拍攝會帶來透視誤差，在對處于畫面不同景深的運動員進行解析時，常常會因為標定點所在平面與運動員所在平面不一致而產生透視誤差，影響解析精度。為減小因透視效果帶來的解析誤差，先將標定視頻分解為連續圖片，并利用 Photoshop圖像處理軟件對圖片中的標定點（膠布)外沿做連線，并過運動員著地點做與標尺平行的直線，將此直線與標定點外沿連線的兩個焦點作為修正后的標定點進行標定（圖1)，然后將處理后的圖片合成為視頻圖像進行解析。

表1 本研究對象基本情況一覽表

圖1 經過處理后的標定圖

2.2.2.2 使用Ariel公司 APAS錄像解析系統對運動員動作錄像進行人工數字化處理

選取運動員一個復步（即左著-右著-左著或右著-左著-右著)的動作進行研究，并對動作過程前、后分別額外多取10幅畫面進行解析。解析時使用松井秀治人體慣性參數模型，并選取19個關節點。采用低通數字濾波法對原始數據進行平滑處理，截斷頻率選擇8Hz。由于開始階段運動員相互遮擋，而比賽后程階段運動員間距逐漸拉開，因此，選擇所有運動員第8圈的影像資料進行解析，并利用Excel軟件進行統計學分析。

使用Dartfish 4.0動作技術分析軟件對運動員比賽錄像進行分析比對。使用 M icrosoft Excel 2003軟件對解析數據進行統計處理和計算。

3 結果與分析

3.1 步長、步頻與重心移動速度

選取運動員一個復步進行研究。“小步高頻”是我國競走運動員一貫的技術風格。但有學者指出[9]，由于“小步高頻”技術與國際“大步幅”技術相碰撞，無法適應國際裁判員公認的判罰尺度，造成我國運動員在國際大賽中屢戰屢敗。從本次比賽情況來看，中國男運動員王鎮和意大利運動員 Giorgio Rubino兩人步幅最大，平均步長均為1.33 m，楚亞飛步長最短，為1.23 m。從步頻參數來看，4人中 Giorgio Rubino最低，為200步/min，我國運動員平均為212步/min。有研究表明，歐洲優秀男子競走運動員的平均步頻為205步/min[16]，說明我國男子運動員技術風格基本屬于“小步高頻”技術。從女運動員情況來看，俄羅斯和德國運動員體現出典型的“大步幅，低步頻”的技術特征，Tatyana Sibileva和 MelanieSeeger的平均步長分別為1.15 m和1.13 m，劉虹和李燕飛的平均步長均為1.09 m，這意味著我國運動員每步要比國外運動員相差約5 cm，這一差距只能通過提高步頻來進行彌補。從步長與身高比值來看，雖然第1名西比勒娃身高在4名運動員中最低，但其平均步長卻最大，步長/身高為0.70，其良好的動作技術充分彌補了因其身高帶來的劣勢。而我國運動員李燕飛雖然身高優勢明顯，卻沒有體現出步幅上的優勢。從步頻情況看，我國女運動員平均為 215步/min，Tatyana Sibileva的步頻最低，為207步/min，而歐洲優秀競走運動員的平均步頻為202步/min[17]。另外，楚亞飛和劉虹兩名運動員的左腿蹬地步幅明顯小于右腿，分別相差5 cm和8 cm。有研究表明，我國優秀競走運動員髖膝關節屈伸肌力普遍存在著不平衡的現象，而且運動員之間的個體差異較明顯[13]，而上述2名運動員左、右腿力量分配不均衡的現象尤為突出。

圖2是根據國際田聯提供的分段計時成績所計算得到的運動員全程移動速度的統計情況。從單圈平均移動速度來看，男、女運動員差異較為明顯，男運動員普遍表現為前半程速度較慢，而后半程開始加速的特點。其中，我國運動員王鎮保持速度的能力較強，直到最后一圈才出現速度下降的趨勢；而女運動員則速度分配較為均勻。但從圖2可以看出，俄羅斯運動員 Sibileva在整個比賽過程中速度起伏很小，全程比賽中最高平均速度和最低平均速度相差僅為0.08 m/s，在4名運動員中最低，說明其體能分配均勻合理，而我國運動員劉虹則表現出速度起伏波動明顯，最高平均速度和最低平均速度相差為0.17 m/s，在4名運動員中最高，說明其在全程比賽工程中的體能分配不均勻。

另外，本研究對一個單個復步過程中的重心速度變化情況進行了研究，選擇單個復步重心速度的標準差[1]和單個復步重心速度的最大值與最小值之差[5]作為評價運動員重心速度波動的2個評價指標。這2個數值越大，說明運動員在完成一個復步時的身體重心速度波動幅度越大。從表3的數據來看，在男運動員中，我國運動員楚亞飛單個復步重心速度波動最大，標準差和最大值與最小值之差分別為0.17 m/s和0.68 m/s；而女運動員中，我國運動員李燕飛速度波動較大，分別達到0.18 m/s和0.57 m/s，說明他們在完成一個復步動作過程中，速度平穩性不高，意味著要消耗比其他運動員更多的體能，動作的經濟性不高。我國運動員劉虹與俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva相比，兩人單步重心速度起伏不大，說明這2名運動員在一個復步過程中沒有出現明顯的加速和減速現象，動作技術的經濟性較好。

表2 本研究運動員步長與步頻參數一覽表

圖2 本研究運動員全程速度變化情況示意圖

表3 本研究運動員單個復步重心速度與全程重心速度波動情況一覽表

3.2 騰空時間及身體重心、頭頂點垂直位移

根據《1992年奧運會我國競走項目科研攻關》的科研成果可知，42 ms以下為合理騰空時限；42～70 ms為模糊騰空時限，70 ms以上為騰空犯規時限[2]。從本次比賽情況來看（表4)，男運動員平均騰空時間為48.5 ms，楚亞飛騰空時間為34 ms，處于合理騰空時限，而其余3名運動員都處于模糊騰空時限。我國運動員王鎮和王浩的騰空時間都在50 ms以上。有研究表明[12]，當騰空時間達到55 ms時，更應保持技術動作的規范和壓低重心走，不易被判罰。雖然在本次比賽中兩人都沒有被判罰騰空犯規的記錄，但并不等于沒有技術犯規，如果在大賽中一旦技術動作發生變形或不規范，極易被裁判員判罰犯規。本次比賽中，女運動員平均騰空時間為41 ms。其中，Tatyana Sibileva和劉虹的騰空時間分別為35 ms和40 ms，處于合理騰空時限，李燕飛騰空時間偏大，說明我國女運動員對騰空時間的控制力較強，但與俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva還存在一定的差距。

從重心垂直位移情況看（表4)，我國男運動員重心垂直總位移量的平均值為8.0 cm，而世界男子競走名將費爾南德斯和博爾欽分別為6.7 cm[7]和6.6 cm[3]；從女運動員表現情況看，我國運動員重心垂直總位移量的平均值為8.3 cm，俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva為7.8 cm，北京奧運會冠軍卡尼斯金娜的重心起伏距離為7.2 cm。說明在本次比賽中，我國男、女運動員整體表現出重心起伏明顯，身體速度向前性不夠的弱點。另外，王鎮和楚亞飛在支撐階段身體重心垂直位移較大可能是由于擺腿、擺臂的部位高低變化造成的，應盡快糾正。

另外，在競走裁判中，把頭部的垂直位移作為判罰騰空犯規的主要參考目標[16]。本次比賽中，我國運動員王鎮、楚亞飛頭頂點垂直位移總量為5.0 cm，與國外優秀運動員（4.95 cm)差異不大，說明這2名運動員對頭頂起伏的控制較好，有效減小了裁判員誤判的可能性，而王浩頭頂點垂直位移總量較大（7.1 cm)，身體重心及頭頂起伏距離大，給裁判員一種上、下跳動的外觀形象，容易被判罰騰空技術犯規[11]，建議王浩減小頭頂垂直位移距離。從女運動員的情況看，我國運動員頭頂點垂直位移總量為6.0 cm，雖然，較先前研究報告中得到的我國女運動員均值10.3 cm[4]有了明顯改善，但還是大于俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva（5.3 cm)和北京奧運會冠軍卡尼斯金娜（5.0 cm)的位移量。有學者通過研究后表明[4]，著地瞬間支撐點離身體重心投影點過近以及后支撐階段蹬伸中更多力作用到 Y軸上是致使重心起伏加大的原因。另有學者提出[15]，可以通過適當減少前支撐階段的高度差，以減小保證身體重心總的起伏距離。

表4 本研究運動員騰空時間以及重心、頭頂點垂直位移情況一覽表

3.3 支撐階段身體重心速度及支撐腿踝關節角度變化情況

競走運動的單腿支撐期可分為前支撐、后支撐和垂直支撐3個階段[4]。在本研究中，我們把身體重心水平坐標值與支撐腳踝點水平坐標值之差的最小值時刻作為垂直時相。從本次研究的結果來看，在單腿支撐階段，運動員身體水平速度都經歷了由快變慢再變快的過程。我們對運動員所有圈數的支撐階段身體重心水平速度變化情況進行了統計，圖3、圖4顯示，在前支撐階段（腳著地-垂直)，由于地面反作用力的水平分力與運動速度反向，身體水平速度減小，身體重心水平速度最小值出現在垂直支撐之后1～2幅畫面，之后由于支撐腿蹬伸作用，速度有所增加。圖3顯示，王鎮在后蹬加速階段，速度的提升率明顯大于楚亞飛。在競走運動中，速度的增量主要來自踝關節跖屈蹬地，從本次比賽數據也可以充分說明，踝關節蹬伸角度曲線與身體水平速度曲線走勢相吻合。從兩名運動員踝關節角度變化情況來看，王鎮踝角略大于楚亞飛，說明其踝關節肌群蹬伸力強，速度提升明顯，但同時還造成其重心起伏大于其他運動員。根據聶東峰等人的研究結果[6]，“支撐腳最后離地時重心速度的回升值并不是越大越好，而應與各時相重心水平速度相匹配以獲取穩定的競走技術”，也就是說，支撐腳離地瞬間踝關節跖屈過度可能引起身體重心起伏變大，影響動作的穩定性，建議王鎮在保證重心水平速度的同時，注意控制踝關節發力的方向向前。女運動員重心速度變化情況與男運動員相似，第1名 Tatyana Sibileva與第2名劉虹支撐階段身體重心水平速度差異不明顯，最小值同樣出現在垂直支撐之后1～2幅畫面。從踝關節角度變化趨勢看，俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva踝關節蹬伸時間較我國運動員早，但差異不大。而李燕飛則表現出重心速度波動較大，蹬伸時間較晚的特點，說明其支撐腿腿部力量較為薄弱。從視頻圖像來看，李燕飛著地后軀干有后仰現象，不利于速度向前性，導致速度回升時相較之其他運動員晚。

圖3 運動員支撐階段重心水平速度變化示意圖

圖4 運動員支撐階段踝關節角度變化情況示意圖

3.4 支撐階段膝關節角度參數分析

在競走比賽中，膝關節的伸直程度是裁判員判罰運動員犯規的主要參考依據。國際田聯手冊1996-1997年對競走定義修改為“前腿從著地瞬間至垂直階段應該伸直，即膝關節不得彎屈”[8]。從著地情況看，本次比賽的運動員都基本達到了支撐腿著地的規則要求，左右膝關節著地時刻夾角均值分別為185.2°和182.8°，沒有出現明顯的屈膝現象，與我國前優秀男子運動員的參數相當（181.2°和183.5°)[10]。男運動員中，我國運動員王鎮和楚亞飛著地瞬間膝角表現較為出色，2名運動員在腿著地前的膝角已經超過了180°，給人以腿部充分舒展的直觀印象，說明在平常訓練中，對直腿著地技術較為重視，在大賽高速行進中才能夠有扎實、突出的表現。在女運動員，中，我國運動員劉虹左右腿著地膝角表現出色，但雙腿膝角相差近10°，表現出左右腿擺動不均衡，牽扯身體重心左右移動不均衡，雖然這與運動員自身動作習慣有關，但在一定程度上影響了重心左右的移動幅度和動作結構的穩定性，而且腿的動作幅度不同，左腿幅度大，右腿稍小一些，直觀感覺上會出現動作不協調。俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva左右腿動作均衡，值得我們學習借鑒。另外，我國運動員李燕飛著地瞬間還存在屈膝現象，說明小腿沒有積極下壓后擺，應當引起重視。從垂直瞬間膝角情況來看，所有運動員都在180°以上，我國運動員腿部“反弓”動作較國外運動員更為明顯。在支撐腿后蹬離地技術方面，我國運動員表現較為出色，基本能夠保持在160°左右，加之在前擺放腳之前膝關節的充分伸展，為雙腿出現雙支撐技術結構創造了條件。從著地至垂直階段膝關節伸直情況來看，男運動員中，我國運動員王浩表現較為出色，左右腿著地至垂直階段膝角大于180°的時間均達到120 ms，說明其較強的腿部力量，且左右腿力量分配均勻。我國運動員李燕飛左右腿膝角大于180°的時間均為60 ms，有資料顯示[3]，膝關節在支撐腿著地瞬間直至垂直階段保持180°的時間必須超過70 ms，這樣才能在裁判員眼中留下垂直的表象，因此，李燕飛的著地技術很容易給裁判員留下屈腿犯規的影響，必須引起注意。

表5 本次比賽運動員支撐腿膝關節角度統計情況一覽表

3.5 擺動腿膝角、擺臂角及軀干前傾角

合理的最小擺動腿膝角應控制在100°～110°之間[16]，從本次比賽情況來看，我國運動員楚亞飛的擺動腿膝角偏小，僅為93°左右，這樣會使擺動腿出現較大幅度向前上方高抬高擺動作，不利于對身體重心垂直位移起伏的控制。而我國運動員劉虹的擺動腿膝角處于合理范圍之內（105.3°和102.7°)，說明其擺動動作較為合理，較大的擺動腿膝角有利于膝關節盡快伸直，自然地完成支腿著地技術，也有利于加大擺動半徑，增加擺動效果。我國運動員王鎮與俄羅斯運動員Tatyana Sibileva在垂直瞬間軀干前傾角度較大，分別為2.9°和3.2°，軀干前傾角度的加大，首先影響了髖關節積極向前送出的動作完成，影響了身體重心位移速度的提高，也不利于直觀觀察垂直支撐時相的技術形態。盡管在技術指標參數中，他們的支撐腿膝關節角度都達到了180°的技術標準要求，但軀干前傾度加大會使人感覺到垂直支撐動作不完整或者未達到規定的完成時相。因為，在支撐腿膝關節伸展時軀干已經向前傾出了，而軀干到垂直部位時支撐腿膝關節還未運動到垂直支撐位置，容易形成一種直觀上的錯覺。我國運動員劉虹對軀干前傾角度的控制比較適宜，從技術錄像中可以看出，其上身在整個復步當中基本保持垂直于地面，沒有過多前、后搖晃，有利于擺動腿向前擺出。

從擺臂角度參數來看，我國運動員楚亞飛和李燕飛肘關節角度保持較好，均值達到100°以上，說明能夠有效保證肩帶關節肌肉群的放松和上肢動作的自然、協調，在8名運動員中，擺臂角度均值能夠達到100°以上的運動員僅有2人，而俄羅斯運動員Tatyana Sibileva肘關節角度偏小，其肩帶動作不放松，外觀感覺聳肩動作明顯。從兩大腿夾角參數看，我國運動員楚亞飛最大，左支撐為73.9°，右支撐為66.0°；王鎮較小，左支撐為64.9°，右支撐為63.0°。兩腿夾角的大小是衡量運動員步幅是否開闊和獲得有效步長的重要依據，在一定程度上也反映了運動員的步長、髖的靈活程度[2]。從女運動員情況看，我國運動員李燕飛在4名女運動員中大腿夾角最大，而劉虹的大腿夾角在4名運動員中偏小，反映出其步幅不夠開闊，這與其前腿放腳過早有關。

表6 運動員擺動腿膝角、擺臂角、大腿夾角及軀干前傾角統計情況一覽表

從整體技術情況來看，我國運動員劉虹與俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva的技術風格非常相似，將兩人技術錄像進行重疊對比時，從直觀印象上幾乎看不出明顯的差異，惟一的區別在于俄羅斯運動員 Tatyana Sibileva動作幅度較劉虹稍大，從肘關節擺動速度來看（圖5)，Tatyana Sibileva肘關節擺動速度最大值達到8.1 m/s，在4名運動員中最高，肩部起伏明顯，說明其擺臂積極有力，繼而影響到下肢的擺動動作，表現出步幅開闊，大腿夾角最大值在左支撐時為62.9°，右支撐為64.2°，均大于劉虹。相比之下，我國運動員劉虹與李燕飛擺臂速度偏小，最高擺速分別為7.6 m/s和7.0 m/s，而劉虹的大腿夾角最大值在左支撐時為57.3°，右支撐為60.3°，這樣的小擺臂技術風格顯然影響到了劉虹的步幅，建議劉虹加大擺臂的幅度。

圖5 本研究女運動員肘關節及擺動腿膝關節擺動速度示意圖

4 結論

1.我國優秀競走運動員仍然表現出“小步幅，高步頻”的技術風格。全程速度統計情況來看，男運動員表現出前慢后快的速度趨勢，在女運動員中，俄羅斯運動員的全程速度分配較為均勻，我國運動員劉虹的全程速度波動較大，但在單個復步過程中的重心速度變化小于其他運動員。

2.本次比賽中，8名運動員的騰空時間均處在合理騰空時限之內，其中，我國運動員王鎮的騰空時間接近60 ms，需要引起注意。我國男運動員的重心起伏距離偏大，我國女運動員的重心起伏距離與頭頂點起伏距離均大于國外運動員。

3.競走支撐階段身體重心水平速度與踝關節蹬伸角度相關，我國運動員王鎮表現出較強的踝關節蹬伸能力，但需要控制蹬伸的垂直分量，以增加重心速度的向前性；我國運動員李燕飛支撐階段重心速度起伏明顯，表現出支撐腿蹬伸力量薄弱，蹬伸時間較晚。

4.從著地時膝關節角度分析，本次參賽運動員除李燕飛之外，其他運動員著地腿膝關節角度基本都達到了180°，負荷直腿著地的規則要求，并且我國運動員垂直瞬間的“反弓”動作較為明顯，給裁判員留下了較好的印象。我國運動員劉虹在支撐階段表現出左、右腿伸展幅度不對稱，左腿大于右腿的情況。

5.我國運動員劉虹上身直立性較好，軀干傾角保持在3°以內，技術風格與俄羅斯運動員相似，但擺臂幅度偏小，不利于下肢擺動幅度的增加。楚亞飛動作自然協調，上肢肌群放松，下肢大腿夾角較大，步幅開闊；而王鎮與王浩動作稍顯緊張，大腿夾角偏小，應適當增加身體柔韌性，增加擺臂幅度。

[1]常生.50 km優秀競走運動員比賽的速度特征[J].體育科研， 1996，17（2)：51-54.

[2]董海軍，郝勇霞.劉虹競走技術分析[J].體育學刊，2008，15（9)： 89-92.

[3]敬龍軍，王鵬，苑廷剛，等.中、外優秀20 km競走運動員運動技術分析[J].中國體育科技，2011，47（1)：21-28.

[4]李建臣，吳玲敏.我國優秀女子20 km競走運動員后半程競走技術的運動學研究[J].中國體育科技，2007，43（4)：53-67.

[5]李文學，和振東，史博強，等.北京奧運會女子20 km競走中外優秀運動員比賽特征對比分析[J].山東體育學院學報，2009，25 （12)：73-75.

[6]聶東風，高中玲.對我國優秀競走運動員高速走技術速度特征的分析[J].中國體育科技，2001，37（6)：42-44.

[7]全勝.中外優秀男子20km競走運動員競走技術運動學特征的對比分析[D].北京：北京體育大學，2006.

[8]孫興岱.競走裁判員判罰依據探討[J].吉林體育學院學報， 1997，13（1)：25-27.

[9]王林.競走-現代競走技術與訓練[M].北京：北京體育大學出版社，2003：39-40.

[10]王林.我國高水平20 km競走運動員技術的研究[J].北京體育大學學報，2007，30（7)：979-981.

[11]許世巖，焦芳錢.競走裁判員觀察狀態與閃光融合頻率[J].中國體育科技，1999，35（11)：39-42.

[12]楊金田，張殿亮，楊銀田.對競走技術中騰空犯規臨界值的生物力學研究[J].中國體育科技，1999，35（10)：25-26.

[13]于紅妍，王衛星，蔡皿.我國優秀競走運動員核心肌群功能性特征及其對技術的影響[J].天津體育學院學報，2010，25（5)： 378-380.

[14]苑廷剛，李汀.十運會男、女20km競走前5名運動員運動技術分析[J].體育科學，2006，26（8)：41-47.

[15]張德榮，魏統朋，陳亮.我國優秀女子競走運動員身體重心運動軌跡的生物力學研究[J].天津體育學院學報，2003，18（4)：78-80.

[16]宗華敬.對世界冠、亞軍劉宏宇、王妍競走技術的研究[J].體育科學，2000，20（6)：38-40.

[17]宗華敬，李建臣，楊善德，等.1995年國際田聯/銳步世界杯競走賽技術調研報告[C].北京：中國田徑協會，1995：5-32.