植被環境對使用GPS監控定向運動員訓練效果的影響

謝 浩

(浙江財經學院 東方學院，浙江 嘉興 314408)

植被環境對使用GPS監控定向運動員訓練效果的影響

謝 浩

(浙江財經學院 東方學院，浙江 嘉興 314408)

GPS已被應用在定向運動的多個領域，研究通過分析不同植被環境對使用GPS監控定向運動員訓練時獲得航跡的精確度及所得航跡與運動員返回終點后手繪軌跡間差異的影響。結果顯示GPS監控運動員訓練所得航跡具有較高精確度，航跡測算所得運動員運動距離較運動員實際運動距離短，植被環境對GPS航跡測量誤差存在顯著影響。GPS可作為訓練監控的有效手段，但受植被環境的影響，在植被茂密區域使用仍存在一定限制性。

定向運動；GPS；訓練

定向運動是一項參賽者借助地圖和指北針，在盡可能短的時間內到達若干個被分別標注在地圖上和實地中檢查點的運動[1]。與其它在固定場地進行競賽的體育項目不同，定向運動比賽通常在校園、公園及森林中進行，為獲得理想成績，運動員常根據自身技能和身體狀況進行越野跑。項目的這種特性也使教練員和觀眾無法實時掌握運動員在競賽過程中的實際運動狀況，使訓練監督及項目推廣都存在不小難度。盡管利用電子計時設備、視頻追蹤[2]等方法能夠對運動員在訓練及競賽過程提供一些反饋，但均無法與地圖良好結合并完整體現運動員在實地的運動狀態。GPS技術的出現，特別是在美國軍方解除選擇可用性(SA，Selective Availability)之后，GPS的民用信號精度得到極大提高，使利用GPS對定向運動員在訓練及競賽現場進行監控具備一定可行性[3]。GPS精度除受設備自身精度限制、傳播延遲誤差之外，還受使用場地植被環境的影響。現有利用GPS監控定向運動員訓練的研究多集中于利用差分GPS(dGPS，differential GPS)技術就追蹤軌跡、運動速度和運動中的錯誤等情況與生理指標間的關聯進行分析[4]，且設備價格昂貴，而鮮有就該技術使用時植被環境對其監控訓練效果的影響進行探討。本研究旨在通過對比不同植被環境下使用普通GPS接收器監控定向運動員訓練，探索不同植被環境對利用GPS監控訓練效果的影響，為該技術在定向運動訓練中更好應用提供參考。

1 對象與方法

1.1實驗對象

10名優秀定向運動員，具有多年定向運動經驗，均在全國定向賽事中獲得前八名成績，年齡25～31歲，身體健康，實驗前24h未從事劇烈運動。

1.2實驗方法

受試運動員隨機分入2組，分別完成以延徑(指跑動路線完全延道路前進且道路上方無植被覆蓋)為主及連續樹冠下穿越為主的2種不同植被環境下進行短距離定向運動路線。其中，延徑為主環境場地平坦，路線共設10個檢查點，長度為1 478m，地圖比例尺為1:3 000，等高距2.5m；連續樹冠下穿越環境場地平坦，路線共設12個檢查點，長度為1 871m，地圖比例尺為1:4 000，等高距2.5m。

1.3 GPS軌跡記錄及信號分析

采用Garmin forerunner 405腕表式GPS接收器(無SA模式下誤差<10m， 采樣頻率1次/5s，重量60g)記錄運動員運動過程中的軌跡，并將所得航跡以GPX格式導入OCAD 9軟件進行航跡與地圖的整合；同時還將收集運動員返回終點后在地圖上手繪軌跡圖，掃描后，在OCAD 9中將軌跡矢量化。由于GPS航跡采用地理北極坐標系，定向地圖采用磁北極坐標系，兩者進行整合時，需根據當地實際情況，對地圖或者航跡進行磁偏角角度調整，手繪軌跡在矢量化過程中則無需進行此類調整。

進入檢查點狀況的認定：在整合后地圖上中，所得航跡拐點出現在具體檢查點圓圈內且停留時間超過3s，則認為運動員完成該檢查點的到訪。

1.4數據分析

不同植被環境下，GPS航跡成功到訪路線中檢查點率的情況采用2個獨立樣本的檢驗進行分析；GPS航跡與運動員手繪軌跡比較、GPS測量誤差(手繪軌跡與GPS航跡之差[5])，均采用獨立樣本t檢驗分析；統計工作采用SPSS for Mac 18 軟件進行。

2 實驗結果

2.1不同植被環境下，所得GPS航跡進出路線中檢查點情況的分析

在以延徑為主和連續樹冠覆蓋為主的植被環境下，受試者路線執行過程中進入路線中檢查點率分別為98%和78.3%，對兩種不同狀況下的進入率進行2個獨立樣本的檢驗后發現兩者存在顯著差異(Asymp. Sig.(2-tailed)<0.05， Extra Sig.[2*(1-tailed Sig.)]<0.05)。

2.2不同植被環境下運動員手繪軌跡與所得GPS航跡間的差異

對定向運動員路線選擇執行情況傳統的研究方法主要是對運動員返回終點后手繪軌跡進行分析，高水平運動員通常能夠完整回顧自己路線選擇的執行狀況。在本項研究中，路線簡單且受試者的競技水平均能保證其在返回后可準確無誤記錄下自己在實地運動的軌跡，該手繪軌跡能夠完全準確的反映受試者在實地的運動狀況。

我們對不同環境下兩種軌跡的長度進行獨立樣本t檢驗，檢測顯示延徑植被環境t=4.824，P<0.05；連續樹冠覆蓋植被環境t=3.081，P<0.05，所得GPS航跡與手繪軌跡均存在差異，且兩種植被環境下，所得GPS航跡長度均小于手繪軌跡長度，其程度：延徑環境下為5%，連續樹冠環境下7.8%。

2.3不同植被環境對所得GPS航跡測量誤差的影響

我們將GPS航跡測量誤差定義為：運動員返回終點后手繪軌跡長度與所得GPS航跡長度間的差值[5]。經過獨立樣本t檢驗后發現F=0.622，P<0.05，顯示連續樹冠環境對GPS追蹤軌跡的測量誤差影響大于延徑環境。

表2 不同植被環境對GPS追蹤軌跡測量誤差的影響

3 討 論

3.1植被環境對所得GPS航跡進入檢查點狀況的影響

GPS作為一種可以實時追蹤并記錄定向運動員在實地運動狀況的新工具在定向運動訓練當中具有很好的應用前景，但受其自身工作原理的限制。本研究發現所得GPS航跡在延徑為主與連續樹冠覆蓋的植被環境下進出檢查點情況存在顯著性，顯示茂密的植被環境會降低GPS追蹤過程的水平精確度。此外，運動員進出檢查點是一個在較短時間內發生運動方向改變的過程，Witte等人的研究指出這也是降低GPS追蹤精確度的一個原因[6]。但從GPS軌跡與地圖整理狀況來看，兩種植被環境條件下，GPS軌跡均能良好反應定向運動員完成路線過程的趨勢，在實際操作過程中具有一定的應用價值。

隨著技術的升級，GPS接收器在信號強度、精度等方面均得到提高，因此，本實驗結果與PIOTR CYCH[5]先前的研究結果相差較大。

3.2植被環境對所得GPS航跡長度及誤差的影響

定向運動員在實地運動的速度與完成路線的實際距離是教練員在運動監控時十分關心的問題。為達到訓練效果，提高定向運動員的技術，教練員需要了解和掌握運動員在運動過程中定向技術的使用與跑動速度之間的平衡關系：即在何種跑速下運動員仍能進行良好的檢查點到訪而不致出錯。先前的分析僅能夠通過分段成績的解讀來實現，結合GPS技術后，教練員不僅能夠良好地掌握運動員定向過程中的實際運動距離，亦能了解其運動速度的變化及其原因。

本研究通過對GPS航跡與運動員返回終點后手繪軌跡的比較，發現在不同兩種植被狀態下，所得GPS航跡長度均受一定影響，均小于運動員手繪軌跡，且連續樹冠覆蓋情況下對與GPS測量誤差影響程度明顯大于延徑狀態(F=0.622，P<0.05)。

所得GPS航跡長度小于運動員手繪長度主要是由于運動員在實地運動過程中并非總是沿著直線運動，且GPS接收器接收數據頻率較低(1次/5s)，兩者都會對追蹤所得GPS航跡精度產生影響。

以上研究顯示，利用GPS技術對定向運動員進行訓練監控具有較高的可行性，利用GPS航跡測算所得運動員運動距離較運動員實際運動距離短，植被環境不論對所得GPS航跡水平精確度，還是所得GPS航跡測量誤差均存在影響，隨著植被茂密程度的增加，影響程度也隨之加大，使GPS技術在該類區域內使用時存在一定限制性。

此外，本研究所采用的實驗場地均為地勢起伏不大并以大比例尺成圖的區域，精確度的探討也僅限于平面精確度，未就小比例地圖和高程精度等情況進行實驗研究，由于地圖數學基礎和確定高程對GPS接收器對衛星信號數量需求存在差異，不同植被環境中對上述問題的影響程度仍有待我們進一步探索。

[1] 王翔，彭光輝，等.定向運動[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] Omodei,M.M,McLennan,J,& Whitford, P. Improving Decision Making in Complex Natural Settings: Using a Head-mounted Video Camera to Improve Performance of Competitive Orienteers[J].International Journal of Sport Psychology,1998, 29:115-131.

[3] 謝浩,王健.GPS技術在定向運動中運用的研究[J].浙江體育科學,2009,31(1):61-64.

[4] Larsson P., Henriksson-Larsen K., The Use of the GPS and Simultaneous Metabolic Measurement in Orienteering[J].Medicine and Science in Sport and Exercise, 2001, 33: 1919-1924.

[5] Piotr cych. Possibilities of Constraints on the Application of GPS Devices in Control Orienteering Training[J].Studies in Physical Culture and Tourism,2006,13(2):109-115.

[6] T.H.Wittea, A.M.Wilsona. Accuracy of Non-differential GPS for the Determination of Speed Over Ground[J].Journal of Biomechanics, 2004,37:1891-1898.

TheEffectofDifferentVegetationEnvironmenttotheAccuracybyUsingGPSTracksOrienteeringTraining

XIE Hao

(Dongfang College,Zhejiang University of Finances and Economics,Jiaxing 314408,China)

GPS has been used in many aspects in orienteerin. This study compares the accuracy of the GPS tracking trail, the difference between the trails got by GPS and drew by the orienteers after they back to the finish in different vegetation environment. The result shows the accuracy of GPS tracking trail is good enough for it to be a useful tool in orienteering training. The GPS tracking trail is normally shorter than the trail drew by the orienteer. Meanwhile, errors increases in canopy acreages could be an operative tool in orienteering training. But the accuracy will descend in dense vegetation area.

orienteering；GPS；training

2011-02-21

謝 浩(1979-)，男，浙江杭州人，助教，碩士，主要研究體育教學、定向運動.

1004-3624(2011)03-0063-03

G826

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