优秀竞走运动员后半程动作技术分析

张庆同

摘 要：采用运动生物力学技术分析手段，对山东省10 km优秀竞走运动员的前半程与后半程技术动作做了对比，得出了前后半程的动作差异。研究结果揭示，相对于前半程，运动员在后半程的步幅降低，踝关节最大角度降低，腾空时间增加，重心垂直位移和头顶垂直位移上升，踝关节角速度降低，速度损失率增大。针对后半程的动作技术分析，更能体现运动员真实的技术动作及犯规风险;后半程技术的变化，会增加运动员犯规的几率，并加速体能的消耗。

关键词：竞走;后半程;重心垂直位移;头顶垂直位移;速度损失率;生物力学;技术分析

中图分类号：G821  文献标识码：A  文章编号：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

競走项目是一项长距离的径赛项目，其最长单项，50 km竞走的径赛距离甚至超过了马拉松，是最长距离的径赛项目。竞走项目的比赛时间长，动作重复次数多，在后半程容易出现动作技术变形，使得运动员在前后程的技术会产生差异和变形。

竞走作为唯一的具有黄牌犯规制度的径赛项目，具有技术动作的特殊性。田径中的绝大多数比赛项目都不会对动作技术做出要求，即只会根据最终比赛成绩判定名次，而不会对所完成成绩的动作技术做出规定。而竞走不同，除了要根据成绩划分名次之外，竞走规则对运动员所使用的技术也进行了精确的规定。其规定动作技术的初衷，是要保证竞走是一种”走”，而不能是“跑”。1996年后，竞走规则进行修改，竞走被明确定义为：竞走是运动员与地面保持接触、连续向前迈进的过程，没有（人眼）可见的腾空。前腿从触地瞬间至垂直部位应该伸直（即膝关节不得弯曲）[1]。运动员竞走过程中支撑腿蹬离地面到摆动腿着地，全程需保证两腿交互迈步前进，身体与地面始终保持接触。其特点主要表现为步频快、步幅大、少腾空、走速高、髋旋转幅度大等。

如此详细的竞走动作要求，使得竞走运动员经常在比赛的过程中犯规。竞走过程中，裁判员可以依据自己对于竞走规则的理解，对竞走运动员出具黄牌，如果一名运动员在一场比赛中获得三张黄牌，其将会被判定为犯规，驱逐出场，失去比赛资格。

No.4 2019目前已有多篇文献对我国竞走运动员的动作技术进行了分析。董海军等人对2006年参加西安竞走比赛男子20 km项目中。排名前8的运动员进行了技术分析[2]，研究发现：与国外优秀运动员相比，我国选手的弱点主要表现在步长较短，身体前倾角度较大，身体重心起伏较大，且腾空时间普遍较长;此外，还存在左、右腿着地角偏大，髋关节的灵活性较差等不足之处。依此步长计算，我国运动员大概每一步少走了13 cm。而10 km竞走下来我国选手将会少走1 215 m。据此数据得出，后半程步幅较小是制约我国竞走运动员取得好成绩的重要因素之一。

赵庆彬等人在对我国20 km竞走项目优秀男运动员竞走技术的三维运动学研究中，发现我国的优秀运动员与国际优秀运动员之间的动作技術特点存在差别。相比于国外的优秀运动员，我国运动员的躯干后倾角更大，单步的身体重心起伏更大，导致了头顶的起伏亦较大，容易被裁判员判为腾空犯规[3]。

大量的针对竞走动作技术分析的文献所描述的都是运动员在前半程或者中程的动作技术。由于竞走运动长距离的特点，运动员在后半程体力下降的情况下，难免会出现技术动作变形的情况。另外，竞走的判罚规则，决定了技术动作的变形，不仅会引起其动作经济性的下降，还会引起犯规几率的增加。然而，从我们目前所了解的文献来看，只有数量不多的文献针对运动员的后半程动作技术进行了分析，且分析的对象多为女性运动员[4-5]。对比赛后半程的技术动作进行监控和改进，可能会起到提高动作经济性、降低犯规几率的双重作用。

1 研究方法

1.1 研究对象：本研究选取山东省竞走队10 km运动员15人作为研究对象，入选运动员皆为国家一级水平。研究对象详情见表1。

1.2 测试步骤：运动员到达训练场之后，首先进行30分钟的热身运动，热身运动具体为做操及拉伸运动。做操为常见的运动员团体操，拉伸为在垒木及其他常见器材上进行股后肌群的拉伸。之后运动员在教练员的监督下，进行10 km的强度训练课程。在强度课程的2 km及9 km地点，分别拍摄运动员的动作技术，并进行数据分析。科研人员共在4周内进行了4次强度训练课的技术拍摄，在后期将4次数据进行了平均处理。

1.3 拍摄步骤：在400 m标准训练场的直道中段，架设JVC摄像机一台，摄像机架设在三脚架上，离地高度约为1 m，距离所拍摄跑道的直线距离约为10 m，拍摄频率为60 Hz。拍摄范围约为4 m。在进行数据处理之前，需要对比例尺进行定标。比例尺为宽10 cm，长100 cm的矩形钢条。由实验工作人员手持比例尺，在跑道的不同位置进行拍摄。当进行数据处理时候，选取运动员竞走的相应跑道进行标定。

1.4 测试指标：本次测试共选取9个运动生物力学指标进行数据分析，分别为复步步幅、最大髋关节角度、腾空时间、重心垂直位移、头顶垂直位移、着地踝角、离地踝角、踝关节角速度及速度损失率。其中，复步步幅为左右两步走出的距离之和;最大髋关节角度为在一个复步的过程中，两大腿在矢状面上的最大分离角度;腾空时间为在一个复步的过程中，两次两脚同时离开地面的持续时间当中，较大的那一次持续时间;重心垂直位移为一个单步过程中，重心在垂直方向的最大值与最小值的差值，两个单步中选取数值较大的单步;头顶垂直位移为一个单步过程中，头顶在垂直方向的最大值与最小值的差值，两个单步中选取数值较大的单步;着地踝角为复步过程中，两次脚着地瞬间，较大的那一个踝关节角度;离地踝角为复步过程中，两次脚离地瞬间，较大的那一个踝关节角度;踝关节角速度为在支撑腿支撑地面期间，踝关节的角度变化值与所持续的时间的比值，左右两个数值，同样选取较大的那一个数值;速度损失率即为速度最高值与最低值的差值与平均速度的比值;速度最大值为一个单步的过程中，水平速度最大时刻的值;速度最低值为在一个单步的过程中，水平速度最小的时刻的值;平均速度指的是整个单步的过程中，水平方向的位移除以整个单步所消耗的时间。

1.5 数据处理：使用APAS运动生物力学分析软件（美国）对数据进行分析。在进行分析时，使用人工打点的方式，对运动员的身体关节点进行打点，打点的位置分别为：头顶、左侧肩关节、左侧肘关节、左侧腕关节、左侧手、左侧髋关节、左侧膝关节、左侧踝关节、左侧脚、右侧肩关节、右侧肘关节、右侧腕关节、右侧手、右侧髋关节、右侧膝关节、右侧踝关节、右侧脚。在视频处理的过程中，将AVI视频的分辨率转换为1920*1080，逐帧进行分析。为了消除人工打点的误差，数据的整个分析处理过程都由同一名科研工作人员完成，避免了不同人员打点的关节识别误差。在进行数据处理时，所选择的显示器的频率与AVI视频的分辨率一直，均为1920*1080，避免了由于屏幕分辨率与视频分辨率不一致而造成的数据打点的差异。

1.6 统计分析： 在进行测试之前，已经进行了样本量的测试，通过G*Power软件，对测试所需的样本量进行了估算，估算结果为：在二类误差率<0.20，统计效能（Statistical Power）>0.80的条件下，所需样本量为12，因此，测试选取了15名受试者进行数据分析。对所有的数据进行描述分析和组间比较。采用平均值、标准差的方式分别对15名运动员的前半程和后半程进行统计。之后，采用配对样本t检验的方式，对前半程和后半程的数据进行对比分析。将一类误差率确定为0.05，P<0.05时，认为所观察到的数据的差异具有显著性。使用社会学统计软件SPSS进行具体的数据分析。

2 研究结果

本研究对竞走运动员在前半程（2 km处）及后半程（9 km处）的技术动作，分别进行了4次数据采集，所采集指标的统计参数如表2所示。

如表2所示，在运动员前半程与后半程技术的比较中，除了在不同时刻的踝关节角度没有差别之外，其他指标均具有统计学差异。具体表现为，步幅降低，踝关节最大角度降低，腾空时间增加，重心垂直位移和头顶垂直位移上升，踝关节角速度降低，速度损失率增大。

3 讨论

研究的结果显示，相对于前半程技术，运动员后半程的技术出现了显著变化。前人的研究多是针对运动员体力充沛时所作的，我们的研究发现前半程的技术难以真正体现运动员疲劳状态的技术特征。我们将从如下几个部分对运动员的后半程技术特征进行讨论。

3.1 步幅及髋关节最大角度

步幅是竞走技术的基本指标，能说明运动员的重要技术特征。与欧美高大运动员相比，我国运动员的步幅偏小，步频偏大，导致了我国运动员普遍采用小步伐的技术特征[6]。与大步幅的技术特征相比，小步幅的动作方式是一种不得已而为之的方式，只能通过增加步频来弥补步长不足的劣势。前人的研究结果说明，小步幅的后果是增加步数，而相对于增加步长，步数的增加会导致运动员后程能量的加速消耗。从这一点上来看，运动员在后程步幅的增加，会使得其原本就已经下降的体能进一步消耗，形成劣性循环，加速体能的枯竭[7]。此外，小步幅的技术特征决定了运动员要在更短的时间内完成左右步态的转变，在裁判员看来，运动员在更短的时间内进行了重心的上下起伏，因此腾空时间在步态周期中所占的比例增加，更容易被认定为腾空犯规[6]。

与步幅指标相关联的，除了运动员的身高、腿长等形态学因素之外，还有髋关节最大角度及髋关节旋转角度等动作技术指标。由于本研究进行的是二维拍摄，无法针对髋关节旋转角度进行计算，所以主要列出了髋关节最大角度指标。运动员摆动腿的髋关节屈角及支撑腿的髋关节伸角共同构成了髋关节最大角度，它是影响步幅的基础指标。从其结果来看，髋关节最大角度地减小是运动员降低步幅的重要原因之一。在后半程体力下降的情况下，竞走运动员降低了髋关节的屈伸活动范围，从而造成了步幅的下降。

3.2 腾空时间

腾空时间是裁判员判断竞走运动员是否犯规的重要依据。竞走规则规定，运动员在竞走过程中不能存在“人眼可见的”腾空。也就是说，竞走并没有直接规定运动员不能腾空，而是加上了一个“人眼可见”的限制。人眼的成像是有频率的，也就是说，人眼观察到的场景，并不是完全连续的，一般认为，人眼的成像频率大约是24 Hz，也就是说人眼最多只能在一秒钟之内观察到24幅图像。只有持续时间超过1/24 s，即40 ms的动画，才能被人眼捕捉到[6]。

運动员的腾空时间，由上半程的44.33 ms，上升为后半程的49.22 ms，后半程运动员被判为腾空犯规的几率显著增加。一般来说，竞走运动员腾空时间的长度，与支撑腿离地时刻的运动方向有关，也就是与登地力的方向有关。腾空时间较短的运动员，其登地力前后方向的分力较大;而腾空时间较长的运动员，其登地力垂直方向的分力较大。运动员在经历了长时间的运动之后，难以保持前后方向的持续用力，从而下意识增加了垂直方向的分力。

3.3 重心及头顶垂直位移

由于人眼生物结构的限制，裁判员很难判定运动员是否真实存在腾空犯规。因此，裁判员往往会采用观察头顶上下起伏的方式，判断运动员是否存在腾空犯规。一般来说，我们认为低于5 cm的头顶波动，是一个较为安全的范围[8]。头顶垂直位移主要是由重心垂直位移决定的，并受到躯干及头部晃动的影响[9]。

从结果来看，头顶垂直位移与重心垂直位移的变化方向是一致的，即后半程的位移大小显著大于前半程的位移大小，这也导致了运动员被判定为腾空犯规的几率增加。

3.4 踝关节角速度

竞走规则规定了运动员在支撑腿落地的时刻，膝关节需要伸直，不能呈现弯曲状态，否则将会被判定为屈膝犯规。这一规定导致了运动员在竞走的过程中不能像其他径赛项目一样，依靠伸展膝关节获取前进的动力。从这个角度来说，运动员的踝关节用力就显得更为重要，膝关节所不能起到的作用，一部分需要通过踝关节的作用来进行代偿[8]。

从结果来看，踝关节的着地和离地角度均没有差别，而在踝关节角速度指标出现了差异，说明前后半程换关节的变化，不在于踝关节运动范围，或者柔韧性的变化，而在于爆发力的变化[9]。踝关节角速度的降低，显示了运动员踝关节爆发力的下降和支撑时间的增加。

3.5 速度损失率

速度损失率是一项并不常见的动作技术指标，其表征的是运动员在一个步态周期中，水平速度的下降程度[6]。由于需要耗费体能才能将速度损失补回，所以这个指标也说明了体能的消耗速度[8]。从前人对这一指标的理解来看，这是由在支撑腿着地时刻至支撑腿垂直地面时刻所受到的反向的地面作用力引起的，并受到运动员在支撑腿着地时的扒地动作的影响[10]。在垂直支撑之前，运动员的支撑腿受到向后的地面反作用力，引起水平速度的下降，在垂直支撑之后，运动员受到向前的地面反作用力，引起水平速度的回升。在支撑腿刚刚接触地面的时刻，如果能产生较大的支撑腿向后扒地的动作，会在很短的一个时间内受到一个小的、向前的地面作用力，这会在一定程度上抵消速度的下降[11]。从结果来看，运动员后半程的速度损失率显著大于前半程，这也预示着运动员的体能在后半程进一步下降。

通过对以上不同指标在前后半程的对比，我们发现，竞走运动员前后半程具有显著的动作技术差异。我们认为，针对后半程的动作技术分析，更能体现运动员真实的技术动作及犯规风险。如果运动员能够在后半程保持步幅、速度损失率等指标，将对其体能的保持具有重要的作用。此外，如果教练员能够针对前后半程的技术变化，设计体能下降时刻的训练方案及动作要点，将对运动员后半程动作的保持和成绩的提高具有重要意义。

4 结论

4.1 与前半程动作技术相比，竞走运动员的后半程技术呈现步幅降低，踝关节最大角度降低，腾空时间增加，重心垂直位移和头顶垂直位移上升，踝关节角速度降低，速度损失率增大的特点。

4.2 后半程技术的变化，会增加运动员犯规的几率，并加速其体能的消耗。

参考文献：

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