優秀競走運動員后半程動作技術分析

張慶同

摘?要：采用運動生物力學技術分析手段，對山東省10 km優秀競走運動員的前半程與后半程技術動作做了對比，得出了前后半程的動作差異。研究結果揭示，相對于前半程，運動員在后半程的步幅降低，踝關節最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關節角速度降低，速度損失率增大。針對后半程的動作技術分析，更能體現運動員真實的技術動作及犯規風險;后半程技術的變化，會增加運動員犯規的幾率，并加速體能的消耗。

關鍵詞：競走;后半程;重心垂直位移;頭頂垂直位移;速度損失率;生物力學;技術分析

中圖分類號：G821??文獻標識碼：A??文章編號：1009-9840（2019）04-0055-04

Abstract：Race walking is a long-distance track race， and the long-term repetitive race walking gait tends to cause the athlete's technical movements to change during the second half of training or competition， thus causing deformation of the technical movements. Previous studies have focused on the first half of the movement， and changes in the second half of the technical movement will reveal the technical parameters of the athlete in the case of physical exhaustion. This paper uses the sports biomechanical technical analysis method to compare the first half and the second half of the technical movements of the 10km elite race walkers in Shandong Province， and obtains the difference of the movements between the two halves. The results reveal that compared with the first half， the athlete's stride in the second half is reduced， the maximum angle of the ankle joint is reduced， the vacant time is increased， the vertical displacement of the center of gravity and the vertical displacement of the head are increased， the angular velocity of the ankle joint is decreased， and the velocity loss rate is increased. We conclude that the second half of the motion technology analysis could better reflect the athlete's real technical movements and foul risk; the latter half of the technological changes will increase the probability of athlete fouls and accelerate the consumption of physical fitness.

Key words：race walking： vertical displacement of the center of gravity; vertical displacement of the head; velocity loss rate; biomechanics; motion analysis

競走項目是一項長距離的徑賽項目，其最長單項，50 km競走的徑賽距離甚至超過了馬拉松，是最長距離的徑賽項目。競走項目的比賽時間長，動作重復次數多，在后半程容易出現動作技術變形，使得運動員在前后程的技術會產生差異和變形。

競走作為唯一的具有黃牌犯規制度的徑賽項目，具有技術動作的特殊性。田徑中的絕大多數比賽項目都不會對動作技術做出要求，即只會根據最終比賽成績判定名次，而不會對所完成成績的動作技術做出規定。而競走不同，除了要根據成績劃分名次之外，競走規則對運動員所使用的技術也進行了精確的規定。其規定動作技術的初衷，是要保證競走是一種”走”，而不能是“跑”。1996年后，競走規則進行修改，競走被明確定義為：競走是運動員與地面保持接觸、連續向前邁進的過程，沒有（人眼）可見的騰空。前腿從觸地瞬間至垂直部位應該伸直（即膝關節不得彎曲）[1]。運動員競走過程中支撐腿蹬離地面到擺動腿著地，全程需保證兩腿交互邁步前進，身體與地面始終保持接觸。其特點主要表現為步頻快、步幅大、少騰空、走速高、髖旋轉幅度大等。

如此詳細的競走動作要求，使得競走運動員經常在比賽的過程中犯規。競走過程中，裁判員可以依據自己對于競走規則的理解，對競走運動員出具黃牌，如果一名運動員在一場比賽中獲得三張黃牌，其將會被判定為犯規，驅逐出場，失去比賽資格。

No.4 2019目前已有多篇文獻對我國競走運動員的動作技術進行了分析。董海軍等人對2006年參加西安競走比賽男子20 km項目中。排名前8的運動員進行了技術分析[2]，研究發現：與國外優秀運動員相比，我國選手的弱點主要表現在步長較短，身體前傾角度較大，身體重心起伏較大，且騰空時間普遍較長;此外，還存在左、右腿著地角偏大，髖關節的靈活性較差等不足之處。依此步長計算，我國運動員大概每一步少走了13 cm。而10 km競走下來我國選手將會少走1 215 m。據此數據得出，后半程步幅較小是制約我國競走運動員取得好成績的重要因素之一。

趙慶彬等人在對我國20 km競走項目優秀男運動員競走技術的三維運動學研究中，發現我國的優秀運動員與國際優秀運動員之間的動作技術特點存在差別。相比于國外的優秀運動員，我國運動員的軀干后傾角更大，單步的身體重心起伏更大，導致了頭頂的起伏亦較大，容易被裁判員判為騰空犯規[3]。

大量的針對競走動作技術分析的文獻所描述的都是運動員在前半程或者中程的動作技術。由于競走運動長距離的特點，運動員在后半程體力下降的情況下，難免會出現技術動作變形的情況。另外，競走的判罰規則，決定了技術動作的變形，不僅會引起其動作經濟性的下降，還會引起犯規幾率的增加。然而，從我們目前所了解的文獻來看，只有數量不多的文獻針對運動員的后半程動作技術進行了分析，且分析的對象多為女性運動員[4-5]。對比賽后半程的技術動作進行監控和改進，可能會起到提高動作經濟性、降低犯規幾率的雙重作用。

1?研究方法

1.1?研究對象：本研究選取山東省競走隊10 km運動員15人作為研究對象，入選運動員皆為國家一級水平。研究對象詳情見表1。

1.2?測試步驟：運動員到達訓練場之后，首先進行30分鐘的熱身運動，熱身運動具體為做操及拉伸運動。做操為常見的運動員團體操，拉伸為在壘木及其他常見器材上進行股后肌群的拉伸。之后運動員在教練員的監督下，進行10 km的強度訓練課程。在強度課程的2 km及9 km地點，分別拍攝運動員的動作技術，并進行數據分析。科研人員共在4周內進行了4次強度訓練課的技術拍攝，在后期將4次數據進行了平均處理。

1.3?拍攝步驟：在400 m標準訓練場的直道中段，架設JVC攝像機一臺，攝像機架設在三腳架上，離地高度約為1 m，距離所拍攝跑道的直線距離約為10 m，拍攝頻率為60 Hz。拍攝范圍約為4 m。在進行數據處理之前，需要對比例尺進行定標。比例尺為寬10 cm，長100 cm的矩形鋼條。由實驗工作人員手持比例尺，在跑道的不同位置進行拍攝。當進行數據處理時候，選取運動員競走的相應跑道進行標定。

1.4?測試指標：本次測試共選取9個運動生物力學指標進行數據分析，分別為復步步幅、最大髖關節角度、騰空時間、重心垂直位移、頭頂垂直位移、著地踝角、離地踝角、踝關節角速度及速度損失率。其中，復步步幅為左右兩步走出的距離之和;最大髖關節角度為在一個復步的過程中，兩大腿在矢狀面上的最大分離角度;騰空時間為在一個復步的過程中，兩次兩腳同時離開地面的持續時間當中，較大的那一次持續時間;重心垂直位移為一個單步過程中，重心在垂直方向的最大值與最小值的差值，兩個單步中選取數值較大的單步;頭頂垂直位移為一個單步過程中，頭頂在垂直方向的最大值與最小值的差值，兩個單步中選取數值較大的單步;著地踝角為復步過程中，兩次腳著地瞬間，較大的那一個踝關節角度;離地踝角為復步過程中，兩次腳離地瞬間，較大的那一個踝關節角度;踝關節角速度為在支撐腿支撐地面期間，踝關節的角度變化值與所持續的時間的比值，左右兩個數值，同樣選取較大的那一個數值;速度損失率即為速度最高值與最低值的差值與平均速度的比值;速度最大值為一個單步的過程中，水平速度最大時刻的值;速度最低值為在一個單步的過程中，水平速度最小的時刻的值;平均速度指的是整個單步的過程中，水平方向的位移除以整個單步所消耗的時間。

1.5?數據處理：使用APAS運動生物力學分析軟件（美國）對數據進行分析。在進行分析時，使用人工打點的方式，對運動員的身體關節點進行打點，打點的位置分別為：頭頂、左側肩關節、左側肘關節、左側腕關節、左側手、左側髖關節、左側膝關節、左側踝關節、左側腳、右側肩關節、右側肘關節、右側腕關節、右側手、右側髖關節、右側膝關節、右側踝關節、右側腳。在視頻處理的過程中，將AVI視頻的分辨率轉換為1920*1080，逐幀進行分析。為了消除人工打點的誤差，數據的整個分析處理過程都由同一名科研工作人員完成，避免了不同人員打點的關節識別誤差。在進行數據處理時，所選擇的顯示器的頻率與AVI視頻的分辨率一直，均為1920*1080，避免了由于屏幕分辨率與視頻分辨率不一致而造成的數據打點的差異。

1.6?統計分析： 在進行測試之前，已經進行了樣本量的測試，通過G*Power軟件，對測試所需的樣本量進行了估算，估算結果為：在二類誤差率<0.20，統計效能（Statistical Power）>0.80的條件下，所需樣本量為12，因此，測試選取了15名受試者進行數據分析。對所有的數據進行描述分析和組間比較。采用平均值、標準差的方式分別對15名運動員的前半程和后半程進行統計。之后，采用配對樣本t檢驗的方式，對前半程和后半程的數據進行對比分析。將一類誤差率確定為0.05，P<0.05時，認為所觀察到的數據的差異具有顯著性。使用社會學統計軟件SPSS進行具體的數據分析。

2?研究結果

本研究對競走運動員在前半程（2 km處）及后半程（9 km處）的技術動作，分別進行了4次數據采集，所采集指標的統計參數如表2所示。

如表2所示，在運動員前半程與后半程技術的比較中，除了在不同時刻的踝關節角度沒有差別之外，其他指標均具有統計學差異。具體表現為，步幅降低，踝關節最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關節角速度降低，速度損失率增大。

3?討論

研究的結果顯示，相對于前半程技術，運動員后半程的技術出現了顯著變化。前人的研究多是針對運動員體力充沛時所作的，我們的研究發現前半程的技術難以真正體現運動員疲勞狀態的技術特征。我們將從如下幾個部分對運動員的后半程技術特征進行討論。

3.1?步幅及髖關節最大角度

步幅是競走技術的基本指標，能說明運動員的重要技術特征。與歐美高大運動員相比，我國運動員的步幅偏小，步頻偏大，導致了我國運動員普遍采用小步伐的技術特征[6]。與大步幅的技術特征相比，小步幅的動作方式是一種不得已而為之的方式，只能通過增加步頻來彌補步長不足的劣勢。前人的研究結果說明，小步幅的后果是增加步數，而相對于增加步長，步數的增加會導致運動員后程能量的加速消耗。從這一點上來看，運動員在后程步幅的增加，會使得其原本就已經下降的體能進一步消耗，形成劣性循環，加速體能的枯竭[7]。此外，小步幅的技術特征決定了運動員要在更短的時間內完成左右步態的轉變，在裁判員看來，運動員在更短的時間內進行了重心的上下起伏，因此騰空時間在步態周期中所占的比例增加，更容易被認定為騰空犯規[6]。

與步幅指標相關聯的，除了運動員的身高、腿長等形態學因素之外，還有髖關節最大角度及髖關節旋轉角度等動作技術指標。由于本研究進行的是二維拍攝，無法針對髖關節旋轉角度進行計算，所以主要列出了髖關節最大角度指標。運動員擺動腿的髖關節屈角及支撐腿的髖關節伸角共同構成了髖關節最大角度，它是影響步幅的基礎指標。從其結果來看，髖關節最大角度地減小是運動員降低步幅的重要原因之一。在后半程體力下降的情況下，競走運動員降低了髖關節的屈伸活動范圍，從而造成了步幅的下降。

3.2?騰空時間

騰空時間是裁判員判斷競走運動員是否犯規的重要依據。競走規則規定，運動員在競走過程中不能存在“人眼可見的”騰空。也就是說，競走并沒有直接規定運動員不能騰空，而是加上了一個“人眼可見”的限制。人眼的成像是有頻率的，也就是說，人眼觀察到的場景，并不是完全連續的，一般認為，人眼的成像頻率大約是24 Hz，也就是說人眼最多只能在一秒鐘之內觀察到24幅圖像。只有持續時間超過1/24 s，即40 ms的動畫，才能被人眼捕捉到[6]。

運動員的騰空時間，由上半程的44.33 ms，上升為后半程的49.22 ms，后半程運動員被判為騰空犯規的幾率顯著增加。一般來說，競走運動員騰空時間的長度，與支撐腿離地時刻的運動方向有關，也就是與登地力的方向有關。騰空時間較短的運動員，其登地力前后方向的分力較大;而騰空時間較長的運動員，其登地力垂直方向的分力較大。運動員在經歷了長時間的運動之后，難以保持前后方向的持續用力，從而下意識增加了垂直方向的分力。

3.3?重心及頭頂垂直位移

由于人眼生物結構的限制，裁判員很難判定運動員是否真實存在騰空犯規。因此，裁判員往往會采用觀察頭頂上下起伏的方式，判斷運動員是否存在騰空犯規。一般來說，我們認為低于5 cm的頭頂波動，是一個較為安全的范圍[8]。頭頂垂直位移主要是由重心垂直位移決定的，并受到軀干及頭部晃動的影響[9]。

從結果來看，頭頂垂直位移與重心垂直位移的變化方向是一致的，即后半程的位移大小顯著大于前半程的位移大小，這也導致了運動員被判定為騰空犯規的幾率增加。

3.4?踝關節角速度

競走規則規定了運動員在支撐腿落地的時刻，膝關節需要伸直，不能呈現彎曲狀態，否則將會被判定為屈膝犯規。這一規定導致了運動員在競走的過程中不能像其他徑賽項目一樣，依靠伸展膝關節獲取前進的動力。從這個角度來說，運動員的踝關節用力就顯得更為重要，膝關節所不能起到的作用，一部分需要通過踝關節的作用來進行代償[8]。

從結果來看，踝關節的著地和離地角度均沒有差別，而在踝關節角速度指標出現了差異，說明前后半程換關節的變化，不在于踝關節運動范圍，或者柔韌性的變化，而在于爆發力的變化[9]。踝關節角速度的降低，顯示了運動員踝關節爆發力的下降和支撐時間的增加。

3.5?速度損失率

速度損失率是一項并不常見的動作技術指標，其表征的是運動員在一個步態周期中，水平速度的下降程度[6]。由于需要耗費體能才能將速度損失補回，所以這個指標也說明了體能的消耗速度[8]。從前人對這一指標的理解來看，這是由在支撐腿著地時刻至支撐腿垂直地面時刻所受到的反向的地面作用力引起的，并受到運動員在支撐腿著地時的扒地動作的影響[10]。在垂直支撐之前，運動員的支撐腿受到向后的地面反作用力，引起水平速度的下降，在垂直支撐之后，運動員受到向前的地面反作用力，引起水平速度的回升。在支撐腿剛剛接觸地面的時刻，如果能產生較大的支撐腿向后扒地的動作，會在很短的一個時間內受到一個小的、向前的地面作用力，這會在一定程度上抵消速度的下降[11]。從結果來看，運動員后半程的速度損失率顯著大于前半程，這也預示著運動員的體能在后半程進一步下降。

通過對以上不同指標在前后半程的對比，我們發現，競走運動員前后半程具有顯著的動作技術差異。我們認為，針對后半程的動作技術分析，更能體現運動員真實的技術動作及犯規風險。如果運動員能夠在后半程保持步幅、速度損失率等指標，將對其體能的保持具有重要的作用。此外，如果教練員能夠針對前后半程的技術變化，設計體能下降時刻的訓練方案及動作要點，將對運動員后半程動作的保持和成績的提高具有重要意義。

4?結論

4.1?與前半程動作技術相比，競走運動員的后半程技術呈現步幅降低，踝關節最大角度降低，騰空時間增加，重心垂直位移和頭頂垂直位移上升，踝關節角速度降低，速度損失率增大的特點。

4.2?后半程技術的變化，會增加運動員犯規的幾率，并加速其體能的消耗。

參考文獻：

[1]康喜來，樊彩霞. 競走規則變化對競走技術的影響[J]. 四川體育科學，2008（1）：67-70.

[2]董海軍，蘇明理，張勇，王琨. 國內外優秀男子20km競走運動員技術的對比研究[J].山東體育學院學報，2009，25（6）：41-43.

[3]趙慶彬，張紅云. 對我國優秀男子20公里競走運動員技術的三維運動學研究[J]. 北京工業職業技術學院學報，2007（1）：87-89.

[4]吳玲敏. 我國優秀女子20公里競走運動員后半程競走技術的運動學研究[D].石家莊：河北師范大學，2006.

[5]吳玲敏，李建臣. 我國優秀女子20km競走運動員后半程競走技術的三維運動學研究[J]. 四川體育科學，2008（4）：57-59.

[6]譚田田.山東省優秀競走運動員訓練與比賽運動學技術特征的對比研究[D].濟南：山東體育學院，2012.

[7]宋祺鵬，毛德偉，張翠.競走運動的足底壓力及身體姿態特征分析[J].山東體育科技，2011，33（6）：12-17.

[8]宋祺鵬. 山東省優秀競走運動員動作技術診斷[C].第十四屆全國運動生物力學學術交流大會論文集，2010：4.

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

[10]王康康，王一樂，郭翔，宋祺鵬，張翠.足弓支撐功能鞋墊對競走運動員足底壓力分布的影響[J].山東體育科技，2015，37（2）：80-83.

[11]孫穎慧，毛德偉，宋祺鵬，張翠，王立斌.山東省優秀男子競走運動員動作技術診斷[J].山東體育科技，2011，33（2）：36-39.