女子撐竿跳高各階段指標對運動成績的影響

潘 旭,鄭 哲,劉功聚,潘慧炬

(1.浙江師范大學，浙江 金華 321004；2.浙江體育職業技術學院，浙江 杭州 311231)

0 前 言

撐竿跳高運動經歷木竿時代、竹竿時代、金屬竿時代、玻璃纖維竿時代，不同時代運動員使用的器材、采用的技術動作都有所不同。玻璃纖維撐竿的出現，使撐竿跳高的技術發生了巨大變化。如圖1所示，現代撐竿跳高是將助跑和起跳獲得的動能儲存為撐竿的彈性勢能，再通過釋放彈性勢能轉化為人體重力勢能，獲得高度的競技運動。通過中國知網查找關于撐竿跳高的文獻，發現目前國內撐竿跳高的研究，主要集中在助跑和起跳階段，對于起跳后騰空階段的研究較少。王鵬(2014)[3]、王國杰(2015)[4]、許占鳴(2017)[5]和梁美富(2018)[6]對騰空階段的運動學特征進行了研究。

以往的研究中，研究運動學的指標對運動成績影響時，是以運動員越過的橫桿高度作為因變量，本文以運動員質心高度(質心最高點)作為因變量，且以往研究中很少對失敗試跳進行研究，撐竿跳高比賽最終都是以運動員失敗試跳結束的，所以探討失敗原因對于運動員來說，是最為迫切及實際需要的。本研究將基于采集到的2019年全國室內田徑錦標賽總決賽(杭州站)女子撐竿跳高的數據，探討影響運動員質心最大高度及試跳成功/失敗的因素。

圖1 撐竿跳高能量轉化階段示意圖

1 研究對象與研究方法

1.1研究對象

以2019年全國室內田徑錦標賽總決賽(杭州站)女子撐竿跳高運動健將以上運動員(表1)的技術動作(助跑最后2步和起跳至推竿環節)為研究對象，共34次試跳，具體跳次見表2。

1.2 研究方法

1.2.1 三維錄像解析。為了獲取運動特征數據，本研究采用兩臺SONY(HDR-FX1000E)攝像機，同步定點、定焦拍攝運動員助跑最后2步和起跳至推竿過程。兩臺攝像機分別放置于比賽場地兩邊看臺上(圖2)，攝像機高約為5m，兩臺攝像機主光軸夾角約120°，拍攝頻率25幀/s，賽前采用輻射式PEAK框架對運動空間進行標定。后期運動技術的數字化采用德國SIMI Motion8.0運動分析系統對運動員的技術視頻進行解析，解析頻率為50場/s(每幀拆為2場)，為獲取人體指標數據，本研究在解析系統中確立15個人體環節標記點(頭、左肩、右肩、左肘、右肘、左手、右手、左髖、右髖、左膝、右膝、左踝、右踝、左腳尖、右腳尖)，原始位置數據采用8Hz低通濾波對關節點數據平滑，運用DLT法計算空間坐標。人體質心計算采用Hanavan人體數學模型。

表1 本研究對象基本信息一覽表

1.2.2 技術指標界定。

步速：前一步著地瞬間至下一步著地前身體質心平均速度，單位(m/s)。

質心最高點：質心同地面最大垂直距離，單位(m)。

起跳離地Vz：起跳離地瞬間垂直方向的速度，單位(m/s)。

起跳離地Vx：起跳離地瞬間水平方向的速度，單位(m/s)。

Vz增加量：起跳離地瞬間垂直方向的速度-著地瞬間垂直方向的速度，單位(m/s)。

Vx損失量：起跳著地瞬間水平方向的速度-起跳離地瞬間水平方向的速度，單位(m/s)。

下手推竿軀干角：下手推離撐竿瞬間身體軀干角(軀干角是兩肩中點與兩髖中點連線與水平面夾角)，單位(°)。

質心與橫桿距離：人體質心最高點距橫竿的水平距離，單位(m)。

起跳環節：起跳腳著地時刻至起跳腳離地時刻。

懸垂環節：起跳腳離地時刻至身體形成最大背弓時刻。

擺體環節：身體形成最大背弓時刻至撐竿最大彎曲時刻。

團身環節：撐竿最大彎曲時刻至起跳腿最小髖角時刻。

伸展環節：起跳腿最小髖角時刻至下手推竿時刻。

推竿環節：下手推竿時刻至上手推竿時刻。

表2 研究跳次一覽表

圖2 本研究現場布置示意圖

圖3 各動作環節特征時刻畫面

2 結果與分析

2.1 各階段指標與質心高度的關系

2.1.1 助跑階段。助跑是運動員動能的來源，有國外研究表明助跑速度與跳高成績有顯著的正相關，柿崎繁信(2005)[7](r=0.85，P<0.01)，田村熊志(2012)[8](r=0.80，P<0.05)，本研究提取“倒二步”和“倒一步”的步速。通過皮爾遜相關性檢驗“助跑步速”與質心高度的關系，結果見表3。

表3 助跑階段各指標與質心高度相關性

注：**表示在0.01水平(雙側)顯著相關；表4同

圖4 V倒二步與質心高度相關關系

圖5 V倒一步與質心高度相關關系

由圖4,5、表3可知，“助跑步速”與質心高度呈現出高度的正相關，皮爾遜相關系數分別為0.731、0.749，該階段指標結果與前人研究一致。進一步證明助跑階段步速是決定成績的重要因素之一。

2.1.2 起跳階段。根據王國杰(2015)[4]、梁美富(2018)[6]等前人研究，提取以下指標：起跳離地Vz、起跳離地Vx、Vz增加量(離地Vz-著地Vz)、Vx損失量(著地Vx-離地Vx)、起跳瞬間質心騰起角度、起跳時間(指起跳著地瞬間到離地瞬間所用的時間)。通過皮爾遜相關性檢驗上述各指標與質心高度的關系。

表4 起跳階段各指標與質心高度相關性

圖6 起跳離地時水平速度與質心高度相關關系

圖7 起跳離地時垂直速度增加量與質心高度相關關系

由圖6，7、表4可知，起跳離地時Vx與質心高度呈現出顯著的正相關關系，即水平速度越快，質心就越高。離地時Vz增加量、騰起角度與質心高度呈現出顯著負相關，即起跳時質心騰起角度不宜過大。起跳角度由起跳離地時質心垂直分速度(Vy)與水平分速度(Vx)的比值大小決定。由于在起跳的同時，需要插穴豎竿制動，如果垂直分速度的值過大，就會導致起跳角度較大，不利于充分利用水平速度[9，10]。

圖8 離地瞬間質心騰起角度與質心高度相關關系

2.1.3 起跳后騰空階段。騰空階段可細分為：懸垂、擺體、團身、伸展、推竿環節。這階段目前國內研究較少，王鵬(2014)[3]探討了撐竿的弦長變化，得出“彎竿量”與下手推竿時垂直速度呈現出正相關關系。王國杰(2015)[4]分別提取了懸垂、擺體、伸展各環節的垂直速度和水平速度及所占的時間比例。梁美富(2018)[5]也提取了“彎竿量”這一指標，分別計算了起跳、懸垂和擺體環節“彎竿量”的百分比，及擺體速度、幅度與“彎竿量”的關系。在實踐研究中發現不同運動員使用的撐竿的竿長、彈性系數(倔強值)不同，所以不同運動員之間比較“彎竿量”可比性稍差。通過查閱文獻發現起跳后的懸垂、擺體、伸展環節最終是為了創造最佳的身體過竿姿勢[5]。因此提取指標：下手推竿軀干角(下手推離撐竿瞬間身體軀干角)

將下手推竿軀干角度與質心高度進行曲線擬合，結果是二次曲線。模型R2=0.19，顯著性水平P=0.004<0.01，結果如圖9。

圖9 下手推竿軀干角度與質心高度關系

由圖9可知，下手推竿時軀干角在40°～50°范圍內質心高度較高，可以為運動員和教練提供參考。

2.2 影響成功失敗的因素

將“質心高度未達到橫竿高度的6次試跳”剔除，剩余28次試跳，接下來探討質心高度達到橫竿高度而失敗的原因。

2.2.1 助跑階段。將成功組、失敗組的“助跑步速”指標進行獨立樣本T檢驗結果如表5。

表5 助跑階段指標獨立樣本T檢驗

由表5可知，當質心高度達到橫竿高度時，助跑速度對成功失敗沒有顯著影響。

表6 起跳階段指標獨立樣本t檢驗

2.2.2 起跳階段。將成功組、失敗組起跳階段指標：起跳離地Vz、起跳離地Vx、Vz增加量(離地Vz-著地Vz)、Vx損失量(著地Vx-離地Vx)、質心騰起角度、起跳時間，進行獨立樣本T檢驗。

由表6可知，“起跳離地Vz”、“Vz增加量”和“質心騰起角度”對試跳的成功/失敗是有顯著影響。

“起跳離地Vz”成功組(2.17±0.23)小于失敗組(2.43±0.23)，說明起跳離地時垂直速度速度不宜過大，引入ROC曲線(圖10)確定“起跳離地Vz”臨界值[11]，曲線顯著性P=0.007<0.05。通過計算約登指數=敏感度+特異性-1，約登指數最大值對應的“起跳離地Vz”即為臨界值[12]，通過計算得出“起跳離地Vz”臨界值為2.21m/s，即“起跳離地Vz”不宜超過2.21m/s，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

“Vz增加量”成功組(2.11±0.3)小于失敗組(2.37±0.32)，說明起跳離地時垂直速度增加量不宜過大，過大會導致“起跳離地Vz”速度超過臨界值。

“質心騰起角度”成功組(18.95±2.1)小于失敗組(20.73±2.25)，說明起跳騰起角度過大會導致人體過于向上，向前的水平分速度就會減少，進而會影響弓竿效果影響動能轉化為撐竿的彈性勢能。通過ROC曲線(圖10)確定“質心騰起角度”臨界值，曲線顯著性P=0.032<0.05。通過計算得出“質心騰起角度”臨界值為19.03°，即質心騰起角度不宜超過19.03°，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

圖10 “起跳離地_V垂直”ROC曲線

2.2.3 騰空階段。將成功組、失敗組騰空階段指標：“下手推竿軀干角”和“質心與橫桿距離(人體質心最高點距橫竿的水平距離)”進行獨立樣本T檢驗。結果見表7。“質心與橫竿距離”這一指標的提取參考閆慧(2015)，運動員在騰空過竿中身體的質心軌跡最高點往往不能完全出現在橫桿正上方，這在一定程度上降低了人體質心高度的利用率，因此為了更有效地利用質心高度，就應該盡可能地使運動員質心軌跡的最高點處于橫桿正上方[13]。

圖11 “起跳瞬間質心騰起角度”ROC曲線

變 量M±SD成功(n=15)失敗(n=13)tP下手推竿時軀干角度(°)46.21±10.2040.07±9.791.6180.118質心最高點與橫桿距離(m)0.14±0.110.38±0.28-2.9580.010

由表7可知“質心與橫桿距離”對試跳的成功/失敗是有顯著影響的，成功組(0.14±0.11)小于失敗組(0.38±0.28)，進一步說明質心最高點與橫桿越近試跳成功的概率越高。通過ROC曲線(圖12)確定“質心與橫桿距離”臨界值，曲線顯著性P=0.005<0.05。通過計算得出“質心與橫桿距離”臨界值為0.24m，即“質心與橫桿距離”不宜超過0.24m，超過該臨界值試跳失敗幾率會大大增加。

圖12 “質心與橫桿距離”ROC曲線

結合上述結果，對徐惠琴、任夢茜、陳巧玲的指標進行評價，具體指標如下表。

表8 失敗試跳各指標

徐惠琴二跳中“起跳離地Vz”“質心騰起角度”稍偏大，最主要失敗原因是過桿時身體距離橫桿較遠徐惠琴4.55一跳中“質心與橫桿距離”偏大。如果徐惠琴控制好過桿的身體姿勢，試跳成功率將有明顯提升，按照目前質心能達到的4.68m高度，成績能達到4.6m，甚至更好。

任夢茜4.5二跳“起跳離地Vz”“質心騰起角度”均偏大，任夢茜4.15一跳“起跳離地Vz”“質心騰起角度”偏大，最主要失敗原因是過桿時身體距離橫桿較遠，如果任夢茜起跳質心騰起角度降低，控制好垂直分速度，試跳成功率應該能明顯提升。

陳巧玲以分站賽最好成績4.40m進入決賽，但在決賽中表現欠佳，由表8可知，主要原因“質心騰起角度”偏大，且過桿時身體距離橫桿較遠。騰起角度過大，過分追求向上起跳，急于上桿。應減小騰起角度充分利用水平速度，增加離地瞬間身體向前的動量[9,10]。

3 結 論

3.1 “助跑步速”、“起跳離地水平速度”與質心高度呈現出高度的正相關；“離地時垂直速度增加量”、“起跳瞬間質心騰起角度”與質心高度呈現出顯著負相關；下手推桿時軀干角在40°～50°范圍內質心高度較高。

3.2 當運動員質心高度高于橫桿時，試跳失敗原因主要是“起跳離地垂直速度”、“起跳瞬間質心騰起角度”和“質心與橫桿距離”，提高試跳成功幾率“起跳離地垂直速度”不宜超過2.21m/s，“起跳瞬間質心騰起角度”不宜超過19.03°，“質心與橫桿距離”不宜超過0.24m。