对中、外优秀竞走运动员关键动作技术特征的运动学分析

贾 谊，严波涛，李厚林

1 前言

竞走是我国田径运动的重点项目，在目前我们所获得的5枚奥运会田径金牌中，竞走就占了2枚。20世纪90年代中期，我们夺得了世界杯、世界锦标赛和奥运会的所有金牌。但此后，中国竞走水平一直低迷。近年来，我们通过聘请国外优秀教练员，引入先进训练理念，同时，通过国际交流促进国内教练员训练水平，这些举措都使我国竞走的整体水平有了较大提升。但与俄罗斯等传统强队相比，中国队并无优势可言。本研究选取2010年在北京举行的国际田联竞走挑战赛总决赛男、女10 km比赛中、外优秀运动员的动作技术参数进行对比研究，分析制约我国运动员成绩提高的技术因素。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

本研究对象为2010年国际田联竞走挑战赛总决赛男、女10 km前4名运动员（表1)。

2.2 研究方法

2.2.1 比赛现场拍摄

于2010年 9月 18日上午，使用松下 AG-DVC-180AMC摄像机，对比赛现场进行平面定机定焦拍摄。摄像机位于距起点以东300 m处，摄像机主光轴垂直运动平面。设定拍摄频率为50 Hz，拍摄距离为12 m，机高1.2 m，快门速度1/1 000。比赛前在拍摄范围内设定比例尺，比例尺长度为2.5 m。采用地面黏贴标尺的方法[14]进行标定，解析时以胶布外沿做为标定点进行标定。

2.2.2 录像解析

2.2.2.1 对现场标定点进行处理

由于平面拍摄会带来透视误差，在对处于画面不同景深的运动员进行解析时，常常会因为标定点所在平面与运动员所在平面不一致而产生透视误差，影响解析精度。为减小因透视效果带来的解析误差，先将标定视频分解为连续图片，并利用 Photoshop图像处理软件对图片中的标定点（胶布)外沿做连线，并过运动员着地点做与标尺平行的直线，将此直线与标定点外沿连线的两个焦点作为修正后的标定点进行标定（图1)，然后将处理后的图片合成为视频图像进行解析。

表1 本研究对象基本情况一览表

图1 经过处理后的标定图

2.2.2.2 使用Ariel公司 APAS录像解析系统对运动员动作录像进行人工数字化处理

选取运动员一个复步（即左着-右着-左着或右着-左着-右着)的动作进行研究，并对动作过程前、后分别额外多取10幅画面进行解析。解析时使用松井秀治人体惯性参数模型，并选取19个关节点。采用低通数字滤波法对原始数据进行平滑处理，截断频率选择8Hz。由于开始阶段运动员相互遮挡，而比赛后程阶段运动员间距逐渐拉开，因此，选择所有运动员第8圈的影像资料进行解析，并利用Excel软件进行统计学分析。

使用Dartfish 4.0动作技术分析软件对运动员比赛录像进行分析比对。使用 M icrosoft Excel 2003软件对解析数据进行统计处理和计算。

3 结果与分析

3.1 步长、步频与重心移动速度

选取运动员一个复步进行研究。“小步高频”是我国竞走运动员一贯的技术风格。但有学者指出[9]，由于“小步高频”技术与国际“大步幅”技术相碰撞，无法适应国际裁判员公认的判罚尺度，造成我国运动员在国际大赛中屡战屡败。从本次比赛情况来看，中国男运动员王镇和意大利运动员 Giorgio Rubino两人步幅最大，平均步长均为1.33 m，楚亚飞步长最短，为1.23 m。从步频参数来看，4人中 Giorgio Rubino最低，为200步/min，我国运动员平均为212步/min。有研究表明，欧洲优秀男子竞走运动员的平均步频为205步/min[16]，说明我国男子运动员技术风格基本属于“小步高频”技术。从女运动员情况来看，俄罗斯和德国运动员体现出典型的“大步幅，低步频”的技术特征，Tatyana Sibileva和 MelanieSeeger的平均步长分别为1.15 m和1.13 m，刘虹和李燕飞的平均步长均为1.09 m，这意味着我国运动员每步要比国外运动员相差约5 cm，这一差距只能通过提高步频来进行弥补。从步长与身高比值来看，虽然第1名西比勒娃身高在4名运动员中最低，但其平均步长却最大，步长/身高为0.70，其良好的动作技术充分弥补了因其身高带来的劣势。而我国运动员李燕飞虽然身高优势明显，却没有体现出步幅上的优势。从步频情况看，我国女运动员平均为 215步/min，Tatyana Sibileva的步频最低，为207步/min，而欧洲优秀竞走运动员的平均步频为202步/min[17]。另外，楚亚飞和刘虹两名运动员的左腿蹬地步幅明显小于右腿，分别相差5 cm和8 cm。有研究表明，我国优秀竞走运动员髋膝关节屈伸肌力普遍存在着不平衡的现象，而且运动员之间的个体差异较明显[13]，而上述2名运动员左、右腿力量分配不均衡的现象尤为突出。

图2是根据国际田联提供的分段计时成绩所计算得到的运动员全程移动速度的统计情况。从单圈平均移动速度来看，男、女运动员差异较为明显，男运动员普遍表现为前半程速度较慢，而后半程开始加速的特点。其中，我国运动员王镇保持速度的能力较强，直到最后一圈才出现速度下降的趋势；而女运动员则速度分配较为均匀。但从图2可以看出，俄罗斯运动员 Sibileva在整个比赛过程中速度起伏很小，全程比赛中最高平均速度和最低平均速度相差仅为0.08 m/s，在4名运动员中最低，说明其体能分配均匀合理，而我国运动员刘虹则表现出速度起伏波动明显，最高平均速度和最低平均速度相差为0.17 m/s，在4名运动员中最高，说明其在全程比赛工程中的体能分配不均匀。

另外，本研究对一个单个复步过程中的重心速度变化情况进行了研究，选择单个复步重心速度的标准差[1]和单个复步重心速度的最大值与最小值之差[5]作为评价运动员重心速度波动的2个评价指标。这2个数值越大，说明运动员在完成一个复步时的身体重心速度波动幅度越大。从表3的数据来看，在男运动员中，我国运动员楚亚飞单个复步重心速度波动最大，标准差和最大值与最小值之差分别为0.17 m/s和0.68 m/s；而女运动员中，我国运动员李燕飞速度波动较大，分别达到0.18 m/s和0.57 m/s，说明他们在完成一个复步动作过程中，速度平稳性不高，意味着要消耗比其他运动员更多的体能，动作的经济性不高。我国运动员刘虹与俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva相比，两人单步重心速度起伏不大，说明这2名运动员在一个复步过程中没有出现明显的加速和减速现象，动作技术的经济性较好。

表2 本研究运动员步长与步频参数一览表

图2 本研究运动员全程速度变化情况示意图

表3 本研究运动员单个复步重心速度与全程重心速度波动情况一览表

3.2 腾空时间及身体重心、头顶点垂直位移

根据《1992年奥运会我国竞走项目科研攻关》的科研成果可知，42 ms以下为合理腾空时限；42～70 ms为模糊腾空时限，70 ms以上为腾空犯规时限[2]。从本次比赛情况来看（表4)，男运动员平均腾空时间为48.5 ms，楚亚飞腾空时间为34 ms，处于合理腾空时限，而其余3名运动员都处于模糊腾空时限。我国运动员王镇和王浩的腾空时间都在50 ms以上。有研究表明[12]，当腾空时间达到55 ms时，更应保持技术动作的规范和压低重心走，不易被判罚。虽然在本次比赛中两人都没有被判罚腾空犯规的记录，但并不等于没有技术犯规，如果在大赛中一旦技术动作发生变形或不规范，极易被裁判员判罚犯规。本次比赛中，女运动员平均腾空时间为41 ms。其中，Tatyana Sibileva和刘虹的腾空时间分别为35 ms和40 ms，处于合理腾空时限，李燕飞腾空时间偏大，说明我国女运动员对腾空时间的控制力较强，但与俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva还存在一定的差距。

从重心垂直位移情况看（表4)，我国男运动员重心垂直总位移量的平均值为8.0 cm，而世界男子竞走名将费尔南德斯和博尔钦分别为6.7 cm[7]和6.6 cm[3]；从女运动员表现情况看，我国运动员重心垂直总位移量的平均值为8.3 cm，俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva为7.8 cm，北京奥运会冠军卡尼斯金娜的重心起伏距离为7.2 cm。说明在本次比赛中，我国男、女运动员整体表现出重心起伏明显，身体速度向前性不够的弱点。另外，王镇和楚亚飞在支撑阶段身体重心垂直位移较大可能是由于摆腿、摆臂的部位高低变化造成的，应尽快纠正。

另外，在竞走裁判中，把头部的垂直位移作为判罚腾空犯规的主要参考目标[16]。本次比赛中，我国运动员王镇、楚亚飞头顶点垂直位移总量为5.0 cm，与国外优秀运动员（4.95 cm)差异不大，说明这2名运动员对头顶起伏的控制较好，有效减小了裁判员误判的可能性，而王浩头顶点垂直位移总量较大（7.1 cm)，身体重心及头顶起伏距离大，给裁判员一种上、下跳动的外观形象，容易被判罚腾空技术犯规[11]，建议王浩减小头顶垂直位移距离。从女运动员的情况看，我国运动员头顶点垂直位移总量为6.0 cm，虽然，较先前研究报告中得到的我国女运动员均值10.3 cm[4]有了明显改善，但还是大于俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva（5.3 cm)和北京奥运会冠军卡尼斯金娜（5.0 cm)的位移量。有学者通过研究后表明[4]，着地瞬间支撑点离身体重心投影点过近以及后支撑阶段蹬伸中更多力作用到 Y轴上是致使重心起伏加大的原因。另有学者提出[15]，可以通过适当减少前支撑阶段的高度差，以减小保证身体重心总的起伏距离。

表4 本研究运动员腾空时间以及重心、头顶点垂直位移情况一览表

3.3 支撑阶段身体重心速度及支撑腿踝关节角度变化情况

竞走运动的单腿支撑期可分为前支撑、后支撑和垂直支撑3个阶段[4]。在本研究中，我们把身体重心水平坐标值与支撑脚踝点水平坐标值之差的最小值时刻作为垂直时相。从本次研究的结果来看，在单腿支撑阶段，运动员身体水平速度都经历了由快变慢再变快的过程。我们对运动员所有圈数的支撑阶段身体重心水平速度变化情况进行了统计，图3、图4显示，在前支撑阶段（脚着地-垂直)，由于地面反作用力的水平分力与运动速度反向，身体水平速度减小，身体重心水平速度最小值出现在垂直支撑之后1～2幅画面，之后由于支撑腿蹬伸作用，速度有所增加。图3显示，王镇在后蹬加速阶段，速度的提升率明显大于楚亚飞。在竞走运动中，速度的增量主要来自踝关节跖屈蹬地，从本次比赛数据也可以充分说明，踝关节蹬伸角度曲线与身体水平速度曲线走势相吻合。从两名运动员踝关节角度变化情况来看，王镇踝角略大于楚亚飞，说明其踝关节肌群蹬伸力强，速度提升明显，但同时还造成其重心起伏大于其他运动员。根据聂东峰等人的研究结果[6]，“支撑脚最后离地时重心速度的回升值并不是越大越好，而应与各时相重心水平速度相匹配以获取稳定的竞走技术”，也就是说，支撑脚离地瞬间踝关节跖屈过度可能引起身体重心起伏变大，影响动作的稳定性，建议王镇在保证重心水平速度的同时，注意控制踝关节发力的方向向前。女运动员重心速度变化情况与男运动员相似，第1名 Tatyana Sibileva与第2名刘虹支撑阶段身体重心水平速度差异不明显，最小值同样出现在垂直支撑之后1～2幅画面。从踝关节角度变化趋势看，俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva踝关节蹬伸时间较我国运动员早，但差异不大。而李燕飞则表现出重心速度波动较大，蹬伸时间较晚的特点，说明其支撑腿腿部力量较为薄弱。从视频图像来看，李燕飞着地后躯干有后仰现象，不利于速度向前性，导致速度回升时相较之其他运动员晚。

图3 运动员支撑阶段重心水平速度变化示意图

图4 运动员支撑阶段踝关节角度变化情况示意图

3.4 支撑阶段膝关节角度参数分析

在竞走比赛中，膝关节的伸直程度是裁判员判罚运动员犯规的主要参考依据。国际田联手册1996-1997年对竞走定义修改为“前腿从着地瞬间至垂直阶段应该伸直，即膝关节不得弯屈”[8]。从着地情况看，本次比赛的运动员都基本达到了支撑腿着地的规则要求，左右膝关节着地时刻夹角均值分别为185.2°和182.8°，没有出现明显的屈膝现象，与我国前优秀男子运动员的参数相当（181.2°和183.5°)[10]。男运动员中，我国运动员王镇和楚亚飞着地瞬间膝角表现较为出色，2名运动员在腿着地前的膝角已经超过了180°，给人以腿部充分舒展的直观印象，说明在平常训练中，对直腿着地技术较为重视，在大赛高速行进中才能够有扎实、突出的表现。在女运动员，中，我国运动员刘虹左右腿着地膝角表现出色，但双腿膝角相差近10°，表现出左右腿摆动不均衡，牵扯身体重心左右移动不均衡，虽然这与运动员自身动作习惯有关，但在一定程度上影响了重心左右的移动幅度和动作结构的稳定性，而且腿的动作幅度不同，左腿幅度大，右腿稍小一些，直观感觉上会出现动作不协调。俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva左右腿动作均衡，值得我们学习借鉴。另外，我国运动员李燕飞着地瞬间还存在屈膝现象，说明小腿没有积极下压后摆，应当引起重视。从垂直瞬间膝角情况来看，所有运动员都在180°以上，我国运动员腿部“反弓”动作较国外运动员更为明显。在支撑腿后蹬离地技术方面，我国运动员表现较为出色，基本能够保持在160°左右，加之在前摆放脚之前膝关节的充分伸展，为双腿出现双支撑技术结构创造了条件。从着地至垂直阶段膝关节伸直情况来看，男运动员中，我国运动员王浩表现较为出色，左右腿着地至垂直阶段膝角大于180°的时间均达到120 ms，说明其较强的腿部力量，且左右腿力量分配均匀。我国运动员李燕飞左右腿膝角大于180°的时间均为60 ms，有资料显示[3]，膝关节在支撑腿着地瞬间直至垂直阶段保持180°的时间必须超过70 ms，这样才能在裁判员眼中留下垂直的表象，因此，李燕飞的着地技术很容易给裁判员留下屈腿犯规的影响，必须引起注意。

表5 本次比赛运动员支撑腿膝关节角度统计情况一览表

3.5 摆动腿膝角、摆臂角及躯干前倾角

合理的最小摆动腿膝角应控制在100°～110°之间[16]，从本次比赛情况来看，我国运动员楚亚飞的摆动腿膝角偏小，仅为93°左右，这样会使摆动腿出现较大幅度向前上方高抬高摆动作，不利于对身体重心垂直位移起伏的控制。而我国运动员刘虹的摆动腿膝角处于合理范围之内（105.3°和102.7°)，说明其摆动动作较为合理，较大的摆动腿膝角有利于膝关节尽快伸直，自然地完成支腿着地技术，也有利于加大摆动半径，增加摆动效果。我国运动员王镇与俄罗斯运动员Tatyana Sibileva在垂直瞬间躯干前倾角度较大，分别为2.9°和3.2°，躯干前倾角度的加大，首先影响了髋关节积极向前送出的动作完成，影响了身体重心位移速度的提高，也不利于直观观察垂直支撑时相的技术形态。尽管在技术指标参数中，他们的支撑腿膝关节角度都达到了180°的技术标准要求，但躯干前倾度加大会使人感觉到垂直支撑动作不完整或者未达到规定的完成时相。因为，在支撑腿膝关节伸展时躯干已经向前倾出了，而躯干到垂直部位时支撑腿膝关节还未运动到垂直支撑位置，容易形成一种直观上的错觉。我国运动员刘虹对躯干前倾角度的控制比较适宜，从技术录像中可以看出，其上身在整个复步当中基本保持垂直于地面，没有过多前、后摇晃，有利于摆动腿向前摆出。

从摆臂角度参数来看，我国运动员楚亚飞和李燕飞肘关节角度保持较好，均值达到100°以上，说明能够有效保证肩带关节肌肉群的放松和上肢动作的自然、协调，在8名运动员中，摆臂角度均值能够达到100°以上的运动员仅有2人，而俄罗斯运动员Tatyana Sibileva肘关节角度偏小，其肩带动作不放松，外观感觉耸肩动作明显。从两大腿夹角参数看，我国运动员楚亚飞最大，左支撑为73.9°，右支撑为66.0°；王镇较小，左支撑为64.9°，右支撑为63.0°。两腿夹角的大小是衡量运动员步幅是否开阔和获得有效步长的重要依据，在一定程度上也反映了运动员的步长、髋的灵活程度[2]。从女运动员情况看，我国运动员李燕飞在4名女运动员中大腿夹角最大，而刘虹的大腿夹角在4名运动员中偏小，反映出其步幅不够开阔，这与其前腿放脚过早有关。

表6 运动员摆动腿膝角、摆臂角、大腿夹角及躯干前倾角统计情况一览表

从整体技术情况来看，我国运动员刘虹与俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva的技术风格非常相似，将两人技术录像进行重叠对比时，从直观印象上几乎看不出明显的差异，惟一的区别在于俄罗斯运动员 Tatyana Sibileva动作幅度较刘虹稍大，从肘关节摆动速度来看（图5)，Tatyana Sibileva肘关节摆动速度最大值达到8.1 m/s，在4名运动员中最高，肩部起伏明显，说明其摆臂积极有力，继而影响到下肢的摆动动作，表现出步幅开阔，大腿夹角最大值在左支撑时为62.9°，右支撑为64.2°，均大于刘虹。相比之下，我国运动员刘虹与李燕飞摆臂速度偏小，最高摆速分别为7.6 m/s和7.0 m/s，而刘虹的大腿夹角最大值在左支撑时为57.3°，右支撑为60.3°，这样的小摆臂技术风格显然影响到了刘虹的步幅，建议刘虹加大摆臂的幅度。

图5 本研究女运动员肘关节及摆动腿膝关节摆动速度示意图

4 结论

1.我国优秀竞走运动员仍然表现出“小步幅，高步频”的技术风格。全程速度统计情况来看，男运动员表现出前慢后快的速度趋势，在女运动员中，俄罗斯运动员的全程速度分配较为均匀，我国运动员刘虹的全程速度波动较大，但在单个复步过程中的重心速度变化小于其他运动员。

2.本次比赛中，8名运动员的腾空时间均处在合理腾空时限之内，其中，我国运动员王镇的腾空时间接近60 ms，需要引起注意。我国男运动员的重心起伏距离偏大，我国女运动员的重心起伏距离与头顶点起伏距离均大于国外运动员。

3.竞走支撑阶段身体重心水平速度与踝关节蹬伸角度相关，我国运动员王镇表现出较强的踝关节蹬伸能力，但需要控制蹬伸的垂直分量，以增加重心速度的向前性；我国运动员李燕飞支撑阶段重心速度起伏明显，表现出支撑腿蹬伸力量薄弱，蹬伸时间较晚。

4.从着地时膝关节角度分析，本次参赛运动员除李燕飞之外，其他运动员着地腿膝关节角度基本都达到了180°，负荷直腿着地的规则要求，并且我国运动员垂直瞬间的“反弓”动作较为明显，给裁判员留下了较好的印象。我国运动员刘虹在支撑阶段表现出左、右腿伸展幅度不对称，左腿大于右腿的情况。

5.我国运动员刘虹上身直立性较好，躯干倾角保持在3°以内，技术风格与俄罗斯运动员相似，但摆臂幅度偏小，不利于下肢摆动幅度的增加。楚亚飞动作自然协调，上肢肌群放松，下肢大腿夹角较大，步幅开阔；而王镇与王浩动作稍显紧张，大腿夹角偏小，应适当增加身体柔韧性，增加摆臂幅度。

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