无轨迹数字化技术在残奥单板滑雪出发动作专项训练的应用研究

岑炫震，李 匡，孙 冬，赵 亮，顾耀东

残奥单板滑雪分为坡面回转赛和障碍追逐赛两项，均以速度取胜（吕程，2020）。选手在出发阶段需要进行“拉门”动作，以获得更快的初始速度。而在障碍追逐赛中，优于竞争对手的出发表现可以优先选择最佳滑行路线，具有一定的战术意义（Haycraft et al.，2016）。单板滑雪运动员的出发动作需要上肢与核心协同发力，对于残疾人单板滑雪运动员则提出了更高的要求，因此，该项目运动员往往需要具备较强的上肢肌肉力量（Vernillo et al.，2016）。针对出发阶段的体能训练和专项训练是残奥单板滑雪队运动员训练的两个必要环节。目前，残奥单板滑雪体能训练仍以杠铃等传统器械为主，然而配重片由于在运动过程中的惯性参与，使得训练过程中的阻力极不均衡，速度越大导致惯量越不均衡，瞬间的冲力极易导致运动损伤风险的增加。对于残疾人运动员而言，其平衡能力较健全运动员更弱，运用传统器械训练造成运动损伤的概率更大。

目前，部分专业队伍引进Keiser 气阻训练器械用于运动员训练（陈文佳等，2020）。虽然其在一定程度上改变了传统配重偏惯量参与，降低运动损伤风险，但气阻训练器械单一的训练模式无法满足运动员尤其残疾人运动员个性化训练的需求，无轨迹训练系统正是在这种背景下应运而生。一方面，该系统采用先进电机控制技术，在使用过程中能精准采集运动信息，控制阻力输出，持续提供恒定阻力，在很大程度上降低了运动损伤的风险；另一方面，无轨迹训练系统以满足实际训练需求为目的，能够实时采集和反馈训练中的各种数据，使训练真正实现数字化，为定量化训练和个性化训练提供数据支持，从而使训练更加科学合理（闫琪等，2018）。

尽管无轨迹数字化训练系统已普遍应用于网球、拳击等竞技项目的专项力量训练中，但该系统能否适用于残疾人冬季项目运动员，尤其是对上肢核心协同发力提出更高要求的残奥单板滑雪项目运动员尚未明确。基于此，本研究通过对我国残奥单板滑雪国家队备战2022 年北京冬残奥会的8 名主力运动员基于无轨迹数字化训练系统进行专项训练前后力量素质指标测试和比较研究，探讨无轨迹数字化训练模式对残奥单板滑雪运动员专项力量素质的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

8 名备战2022 年北京冬残奥会国家残奥单板滑雪队主力男运动员，平均年龄21.5±3.9 岁，平均身高170.3±6.1 cm，平均体质量68.2±9.9 kg，包括UL、LL1、LL2 3 个分级（表1）。所有运动员健康状况良好，半年内无上肢运动损伤，优势手臂皆为右侧。8 名运动员其他训练安排（包括雪上滑行训练、灵敏训练、下肢力量训练等）均保持一致，教练员每周安排的活动以及休息时间也相同。

表1 国家残奥单板滑雪运动员基本情况Table 1 Basic Information of National Paralympic Snowboarders

1.2 研究方法

1.2.1 训练设备

基于冬残奥运动员训练个性化需求，就数字化控制、伺服电机、屏显反馈技术等研发新思路，与设备公司合作二次开发无轨迹数字化训练系统（图1）。二次开发主要针对以下内容进行了调整。

图1 无轨迹数字化训练系统Figure 1.The Trackless Digital Training System

1）数字化：系统配备感应式面板和互联网数据处理分析系统，实现实时监测和反馈运动员训练数据和运动状态，使残疾人运动员在训练过程中的单次运动及单组运动的数据形成可视化对比，从而反映运动员发力状态以及疲劳程度。运动员每次训练的数据都会保存于云端数据库，使教练员可以较大程度地把握运动员的运动状态和数据需求，为制定运动员的短期、长期训练目标提供参考。

2）科学化：系统配备七大训练模式（恒力等张、向心等张、离心等张、向心等速、无惯性、弹性力、流体力学），进行了实时力量/功率计算优化和向心等张力增速优化，与传统训练相比，能够全面满足肌肉在各种收缩形式下的训练需求。同时，依据残奥单板滑雪项目的专项特点，进一步结合残疾人运动员自身的实际情况，系统可通过后台“机器学习”程序模块，自主完成对专项训练综合模块的升级优化，进而有效协助残疾人运动员完成各项专项动作的日常训练。

3）个性化：系统通过采集运动员的身体基本参数，从而完成系统训练附件的个性化设计，实现器件与每一名运动员的完美契合。此外，基于运动队的训练诉求，二次开发的无轨迹数字化训练系统丰富了训练附件，如增加躯干固定装置用于帮助躯干核心控制能力较弱的运动员在日常训练过程中稳定躯干，提升训练效果；根据各运动队日常实际使用情况，进行显示屏等易碎位置的局部调整。

1.2.2 训练方案

专项力量素质训练是基于项目专项技术特征以及运动员身体特征展开的专项动作训练（徐囡囡，2008）。本训练方案目的在于发展残奥单板滑雪运动员核心力量素质的同时，依据项目专项技术和残疾人运动员的个体化特征设计出个性化的项目技术动作。训练方案主要针对运动员的上肢专项力量素质，采用恒定阻力法模拟运动员出发阶段“拉门”动作，同时在训练期间教练员对运动员出发动作进行指导。值得注意的是，不同残疾级别的运动员出发动作存在差异，尤其对于上肢残疾运动员（UL）与下肢残疾运动员（LL）而言。即使同处于UL 级别的运动员其出发动作也存在个性化差异（部分运动员利用辅助工具实现双臂发力，而部分运动员由于截肢位较高或残疾手臂缺乏运动能力只能进行单臂发力），因此，本研究只进行纵向对比。

训练前，每名运动员需要基于无轨迹数字化训练系统的向心等张模式进行上肢最大肌力（1 RM）测量，测试参照美国国家体能协会（National Strength and Condition‐ing Association，NSCA）制定的测定方法（Baechle et al.，2008）。训练过程一共为期4 周，每周安排2 次，共进行8 次训练。单次训练包括热身、试拉、练习以及放松4 个阶段：热身阶段为15 min，运动员需在专业热身教练的带领下完成身体拉伸；试拉阶段要求运动员以50% 1 RM 阻力进行3 次试拉以熟悉设备；练习阶段持续15 min，运动员采用恒阻训练模式，以85% 1 RM 阻力（离心力为1～2 kg）连续完成6 次×4 组专项动作训练，组间休息90 s；最后进行15 min 的拉伸放松。每人次训练总时长不超过50 min。

1.2.3 专项训练动作

专项训练动作根据残奥单板滑雪出发阶段“拉门”技术动作的结构特点和发力特征进行设计。

准备阶段：运动员双腿保持侧立，脚尖与膝关节保持同一方向，双脚距离比肩略宽。躯干正对前方，手臂保持水平且笔直，双臂之间距离在100～130 cm 之间（单臂出发动作训练者除外），头与手臂处于同一高度。

发力阶段：运动员下肢保持稳定，手臂与核心共同发力，要求以最快速度向其后下方拉动把手，肘关节可微曲，躯干与头部轻度向下压，拉动拉手端达到其极限距离，同时保证距离达到与其腰部水平位置相等（运动员可根据发力习惯进行调整）。

复原阶段：在回绳阶段（离心阶段）运动员仍握住拉手端但不进行发力，待把手完全回到最初位置再进行下一次发力，且发力前动作仍与准备阶段动作保持一致。

1.2.4 数据获取与统计

通过无轨迹数字化训练系统云端数据库记录并下载8 名运动员优势侧手臂训练数据，选取向心阶段速度（峰值速度和平均速度）、功率（峰值功率和平均功率）作为主要观察指标评估运动员专项力量素质。采用SPSS 23.0 统计软件进行统计学处理，数据以平均值±标准差（M±SD）表示，采用配对样本t检验，对训练前后指标进行统计学分析，P＜0.05 定义为具有显著性差异。

2 研究结果

2.1 速度等相关指标的测试结果

8 名国家残奥单板滑雪男性主力运动员训练前后1 RM 均呈现增长趋势，增长范围为1.1～3.5 kg（表2）。通过为期4 周的出发动作训练，8 名运动员拉出发门向心阶段的峰值速度均显著增加（P＜0.05），增长范围为0.40～2.23 m/s。6 名运动员的平均速度显著增加（P＜0.05），包括4 名UL 级别运动员，1 名LL1 级别运动员，1 名LL2 级别运动员，增长范围为0.01～1.55 m/s。

2.2 功率等相关指标的测试结果

通过为期4 周的出发动作训练，5 名运动员拉出发门向心阶段的峰值功率显著增加（P＜0.05），包括4 名UL 级别运动员，1 名LL1 级别运动员，增长范围为95.90～539.50 W。8 名运动员的平均功率显著增加（P＜0.05），增长范围为65.4～306.1 W（表3）。

3 讨论与分析

依据项目特点分类，残奥单板滑雪属于典型的速度和技巧主导的非周期性个人项目，从能量供应特征来看其主要以磷酸和糖酵解供能系统为主（蔡旭旦等，2020；李海鹏等，2018）。对于一名优秀的残奥单板滑雪运动员而言，出发阶段的关键与其上肢最大力量、速度力量等力量素质密切相关，出发阶段的运动表现直接影响比赛成绩。因此，模拟残奥单板滑雪运动员在出发阶段的“拉门”动作进行专项力量素质训练发展爆发功率是有必要的，即通过阻力训练提高人体的功率输出（陈小平，2007）。本研究表明，无轨迹数字化训练系统可能有助于提高残奥单板滑雪运动员在拉出发门动作过程中的专项力量素质指标，从而显著提高其出发阶段运动表现。

表2 训练前后向心阶段速度对比Table 2 The Speed Comparison of Centripetal Phase before and after Training

表3 训练前后向心阶段功率对比Table 3 The Power Comparison of Centripetal Phase before and after Training W

有研究表明，单板滑雪出发阶段的初始速度与运动员拉出发门的速度以及自身上肢和核心协同力量等相关（Platzer et al.，2009）。就速度指标而言，通过无轨迹数字化训练系统进行为期4 周的训练，8 名运动员向心阶段的峰值速度均显著提高（P＜0.05），6 名运动员的平均速度显著提高（P＜0.05）。功率作为速度和力量的产物，经过4 周训练后，8 名国家残奥单板滑雪队运动员的平均功率均显著提升（P＜0.05），其中5 名运动员的峰值功率显著提升。运动员向心阶段的峰值功率表现与运动员的残疾级别存在一定相关性，UL 级别全部队员的峰值功率均得到显著提升，而LL2 级别全部队员均未得到显著提升。由于本研究只选取了1 名LL1 级别运动员，故不参与级别之间的对比。尽管现阶段峰值功率与运动员级别之间的联系机制尚不清楚，但LL2 级别运动员的平均功率均得到显著提升，这也反映出运动员的肌肉耐力水平在训练过程中得到改善。Jeon 等（2020）发现，运动员在滑行过程中，其核心与上肢往往起到控制平衡的作用。对于LL1和LL2 级别的运动员，由于其均属于下肢残疾，对核心耐力和上肢耐力有更高的要求。通过训练，LL1 和LL2 级别队员的平均功率均得到显著提升，故对其平衡能力改善可能存在一定积极效应。这些结果均体现无轨迹数字化训练系统在国家残奥单板滑雪队的应用效果是正向的。

在备战2022 年北京冬残奥会的时代背景下，我国残疾人竞技体育得到了急速发展。在“科技助力残奥”的理念下，如何将常规的科技服务转化为科学训练助力，并发挥其能动效能为残疾人运动员科学化训提供方法借鉴和理论支持，成为现阶段的重要议题（陈小平，2018；孙冬等，2020）。而专项训练装备个性化适配水平低无疑是制约残疾人运动员专项素质需求以及训练成效的重要因素。对于残奥单板滑雪运动员而言，由于身体不同程度的缺陷导致其在专项力量训练过程中许多传统训练手段的不适用（吕程，2020）。相较于健全运动员，残疾人运动员在专项训练过程中需要消耗更多的体能。因此，专项力量训练需要结合残疾人运动员自身的特殊性来进行训练手段和负荷模式的设定。本研究训练追踪发现，二次开发的无轨迹数字化训练系统可能是一种符合残疾人运动员专项力量训练要求的有效手段，可以最大程度模拟残奥单板滑雪运动员出发阶段的专项动作，满足运动员不同残疾级别的个性化训练需求和数字化负荷监控。

Aschauer 等（2007）指出，单板运动员上肢受伤率明显高于下肢，其中手腕受伤约占25%，其次是上肢近端和头颈部。此外，在训练和比赛的过程中，单板滑雪运动员骨折的风险是高山滑雪运动员的4 倍，其中骨折损伤约占总体损伤的1/3。而残疾人运动员由于个体的残疾情况和身体形态特殊性，基于项目特征的训练损伤风险可能会进一步升高。如对于两种LL 级别的残奥单板滑雪运动员而言，由于下肢不同程度的残疾，必须佩戴专业运动假肢配合完成专项动作，但这在一定程度上加大了专项力量训练过程中稳定性控制难度。然而，在本研究为期4 周的专项力量训练过程中均未报道运动员产生训练导致的运动损伤，这可能与无轨迹数字化训练系统恒阻输出与弱离心力模式有关。训练过程中避免了传统器械惯性造成的力量损失，同时系统配备紧急制动按钮，在较大程度上保护残疾人运动员的训练安全。

4 小结

基于无轨迹数字化训练系统进行为期4 周的专项力量训练，对提高国家残奥单板滑雪队男子运动员出发动作过程中的专项力量素质指标具有促进作用。尤其对于UL 级的运动员，针对“拉门”动作向心阶段的峰值/平均功率、峰值/平均速度等指标均显著提高，运动员完成动作的负荷明显高于专项力量训练前，提示这些训练有利于提高运动员上肢最大力量、速度力量等力量素质，这恰恰是残奥单板滑雪运动员所需要的。二次开发的无轨迹数字化训练系统可以较大程度上满足残疾人运动员不同残疾级别的个性化训练需求和数字化负荷监控，有效降低训练导致的损伤风险。然而，本研究由于受试者样本量性别单一、训练周期较短等限制，对于无轨迹数字化训练系统是否能够取代传统配重器械而应用于冬季残疾人运动项目运动员专项训练，还需进一步深入研究。