我国自由式滑雪空中技巧优秀运动员出台和落地技术诊断指标的研究

马 毅，李 男，王 新，郝庆威

1 前言

我国从20世纪80年代就开展了自由式滑雪空中技巧项目，由于该项目主要突出技巧性、灵活性和柔韧性，非常符合中国人的运动特点和身体特征，所以，自由式滑雪空中技巧一直是中国运动员在冬奥会雪上夺金的重要项目。自由式滑雪空中技巧的动作结构主要由4部分组成，分别为助滑阶段、起跳阶段、空中翻腾和落地阶段，4部分相互衔接，相互促进，相互作用。

佟永典等人通过对人体重心速度分量公式的推导研究指出：运动环节的倾角和角速度对人体重心垂直速度分量都有影响，所以，助滑起跳人体后倾不宜过大。落地的稳定性主要是由人体落地时剩余动量矩和人体落地时躯干倾角以及人体重心的高低来共同决定的［1－4］。闫红光等人认为：出台瞬时是空中动作创设适宜的时空条件的关键，是空中动作能够得以完成的重要保证，如果运动员伸膝不够充分，将会导致上体的后仰并且还会减小对台面的作用力，使台面产生的反作用力减小，将会使得台面的反作用力在身体重心上通过并远离身体，地面反作用力的减少，将导致抛射角度小，重心抛物线轨迹相对低缓，腾空时间相对缩短［5，6］。落地稳定性受出台和空中动作的制约。适宜的出台速度可以为运动员提供适宜的落地时的体位角，减小人体剩余动量矩，并使重力矩、反作用力力矩的总和最小，使下肢的关节角度易于控制，达到平稳［7－10］。

多年来，体育科研人员对自由式滑雪项目运动成绩的影响因素做了大量的研究，对运动员动作完成好坏的影响因素有一定的描述，但缺乏对各因素影响动作完成质量的统计学评价，还没有找出影响该项目动作成败的关键评定诊断指标和技术敏感诊断指标。本研究通过对我国自由式滑雪空中技巧男、女国家队运动员出台技术和落地技术两个重要方面的指标进行运动学和统计学分析，在研究影响该项目动作成败优劣的影响因素基础上，找出影响该项目成败关键的评定指标和技术敏感诊断指标，并将其归纳总结形成自由式滑雪空中技巧技术诊断指标体系。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

研究对象为我国自由式滑雪空中技巧中国国家队男子和女子运动员在2010年12月至2012年2月在训练和比赛期间所做的各种技术动作，其中包括男运动员6名和女运动员7名，视频拍摄地点在吉林市北大壶滑雪场。将男、女运动员不同动作按照3周和2周台进行整合。本研究中，男子动作为3周台动作，女子为2周台动作，2周台和3周台成功动作样本量分别为63和68，2周台和3周台失败动作样本量分别为和47和61，样本量是动作重复次数（表1）。

表1 本研究中国国家队运动员各动作样本数量一览表Table 1 Sample Size of Actions for Chinese National Team Athletes

2.2 研究方法

2.2.1 影像解析

本研究采用平面定点测量的方法，使用三台采样频率为50Hz的日本索尼高清摄像机，分别对起跳和落地的正侧面进行定点拍摄。摄像机1在距离比赛场地约10m，高3.9m，拍摄点基本与跳台右侧水平面平行的位置，对起跳正侧面进行定点拍摄；摄像机2距离比赛场地约10m，高1.5m，拍摄点基本在运动员落地瞬间右侧水平面平行的位置，对落地正侧面进行定点拍摄；摄像机3在距离比赛场地约10m、高7.5m的位置对运动员所完成的整套动作进行全程跟踪拍摄，由此判断运动员动作完成质量。对所拍摄的影像资料用美国艾里尔公司产APAS System运动分析系统解析，得到动作结构的运动学参数。

2.2.2 数理统计

采用Excel和SPSS 18.0统计学分析软件对解析结果进行数据整理和分析。数据用（S）表示，两组间比较用独立样本t检验，成功组与失败组的检验用＊表示，＊为P＜0.05，＊＊为P＜0.01。方差分析以及逐步回归等统计学检验找出影响其动作完成的技术诊断指标。

3 研究结果

3.1 各项诊断指标的显著性差异情况

3.1.1 出台瞬间的显著性差异情况

表2显示，在风速无显著性差异的情况下，男子3周台动作出台瞬间各项线性诊断指标均对结果有显著性差异。髋关节角诊断指标显著性差异十分明显：髋、踝的关节角度在成果和失败时存在显著性差异，说明出台瞬间运动员的身体姿态对动作结果有一定影响。出台瞬间肩关节角成功范围为（165.3±9.3）°，失败范围为（149.9±8.9）°。成功和失败动作重心出台垂直速度分别为（8.9±1.3）m／s和（7.3±1.6）m／s，失败时重心出台垂直速度过小是由于助滑速度过慢造成的。失败时的助滑速度为（71.5±0.8）km／h，明显小于成功时的助滑速度（73.5±1.2）km／h。助滑速度是运动员滑行到坡底部进入过渡区之前的速度，是通过场地上安放的测速计直接读取的。在风速无显著性差异的情况下，导致助滑速度存在差异，是由于助滑距离或身体姿态造成的。因为失败动作的助滑距离为（78.8±1.4）m，明显小于成功动作的助滑距离（79.6±1.4）m。

表3显示，当风速没有显著性差异时，各项线性诊断指标的显著性检验均为P＜0.05，依此可以说明这些线性指标会影响女子2周台动作的成败。此外，表3也显示，出台时成功和失败动作中的重心垂直速度分别为（9.5±0.4）m／s和（8.8±0.8）m／s，失败时重心出台垂直速度过小是由于助滑速度过慢所造成的。失败时的助滑速度为（57.4±5.3）km／h，明显小于成功时的助滑速度（62.8±5.0）km／h。在风速无显著性差异的情况下，导致助滑速度存在差异，是由于助滑距离或身体姿态造成的。因为失败动作的助滑距离为（52.0±2.0）m，明显小于成功动作的助滑距离（54.1±2.7）m。另外，出台时成功动作的重心水平速度是（7.9±0.2）m／s，失败动作的重心水平速度是（8.1±0.5）m／s。运动员在空中身体飞行的远度取决于运动员在运动过程中的重心水平速度。

表2 本研究男子运动员3周动作出台瞬间各项指标差异一览表Table 2 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Triple Take－off Somersaults （S）

表2 本研究男子运动员3周动作出台瞬间各项指标差异一览表Table 2 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Triple Take－off Somersaults （S）

注：＊表示P＜0.05；＊＊表示P＜0.01，下同。

成功 失败P髋关节角（°）169.3±10.9 173.1±5.1＊＊1.7±0.4 1.6±0.5 0.752 0.003助滑距离（m）79.6±1.4 78.8±1.4＊＊ 0.003助滑速度（km／h）73.5±1.2 71.5±0.8＊＊ 0.003重心出台垂直速度（m／s）8.9±1.3 7.3±1.6＊＊ 0.005重心出台水平速度（m／s）8.1±0.4 8.9±1.1＊＊ 0.009重心出台合速度（m／s）9.2±2.3 7.7±2.1＊ 0.020踝关节角（°）75.8±6.5 85.6±9.3＊ 0.029躯干倾角（°）22.1±5.5 24.8±22.7 0.285肩关节角（°）165.3±9.3 149.9±8.9＊＊ 0.002膝关节角（°）148.9±15.2 149.8±8.7 0.567风速（m／s）

表3 本研究女子运动员2周动作出台瞬间各项指标差异一览表Table 3 Differences of Diagnostic Indexes of Women’s Double Take－off Somersaults （S）

表3 本研究女子运动员2周动作出台瞬间各项指标差异一览表Table 3 Differences of Diagnostic Indexes of Women’s Double Take－off Somersaults （S）

成功 失败P踝关节角度（°）91.0±8.0 110.4±10.0＊＊0.002肩关节角（°）156.1±13.6 162.1±14.0＊＊ 0.002重心出台垂直速度（m／s）9.5±0.4 8.8±0.8＊＊ 0.004助滑距离（m）54.1±2.7 52.0±2.0＊＊ 0.007膝关节角（°）145.0±16.2 154.7±12.6＊ 0.017助滑速度（m／s）62.8±5.0 57.4±5.3＊ 0.021重心出台水平速度（m／s）7.9±0.2 8.1±0.5＊ 0.034重心出台合速度（m／s）10.4±0.2 9.9±1.0＊ 0.049躯干倾角（°）26.2±10.8 28.4±9.4 0.111髋关节角（°）159.9±15.6 162.5±12.6 0.151风速（m／s）1.8±0.4 1.6±0.5 0.116

3.1.2 落地瞬间各项诊断指标的显著性差异情况

表4显示，男子运动员3周动作落地瞬间动作成功时躯干倾角在（30.4±23.7）°之间，而动作失败时躯干倾角在（38.4±16.8）°之间，说明运动员落地时躯干倾角过大造成上体后仰是导致动作失败的原因之一。运动员躯干倾角过大容易使臀部和背部首先接触雪面，导致动作失败。成功和失败动作中髋关节角度分别为（138.5±24.5）°和（153.8±18.0）°，失败时髋关节的角度大于成功时髋关节的角度，说明在落地瞬间运动员上体并没有充分地进行缓冲。

3.1.3 落地瞬间各项诊断指标的显著性差异情况

表5显示，除躯干倾角以外，各关节角诊断指标和除重心水平速度以外的线性诊断指标的显著性差异值均大于0.05，说明除了躯干倾角和重心水平速度以外，女子两周落地瞬间的其他各项指标均无显著性差异；其中，重心水平速度显著性差异较为明显。重心垂直速度虽然无统计学差异，但在其控制范围内可发现：成功动作的重心垂直速度范围在（39.5±23.9）m／s，明显小于失败动作的重心垂直速度范围（49.3±14.7）m／s。本研究中，女子动作是2周动作，男子是3周动作。落地时，2周的速度大于3周速度的主要原因是由于2周台和3周台跳台出台角度不同。2周台小于3周台，而且由于2周台高度低于3周台，运动员出台速度损失小，导致运动员以同样助滑距离滑下时从2周腾空后出台速度大。但受台面角度的影响，腾起高度低于3周台。由于腾起角度的差别，导致2周动作在空中飞行的远度大于3周。这样就导致运动员落地位置有差异。而着陆坡的坡度导致运动员飞得越远，落地时的高度落差越大。所以，会有2周台垂直的速度大于3周台的现象。成功动作躯干倾角小于失败时的躯干倾角。

表4 本研究男子运动员3周动作落地瞬间技术指标差异一览表Table 4 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Triple Landing Somersaults （S）

表4 本研究男子运动员3周动作落地瞬间技术指标差异一览表Table 4 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Triple Landing Somersaults （S）

成功 失败P重心水平速度（m／s）22.4±2.1 19.8±3.1＊＊0.002躯干倾角（°）30.4±23.7 38.4±16.8＊＊ 0.004重心垂直速度（m／s）25.0±2.8 30.6±10.9＊＊ 0.008髋关节角（°）138.5±24.5 153.8±18.0＊ 0.088重心合速度（m／s）33.6±3.1 36.7±10.4 0.102肩关节角（°）72.0±22.0 85.0±38.6 0.123膝关节角（°）165.8±12.0 165.7±10.8 0.920踝关节角（°）130.0±19.6 135.7±14.9 0.578

表5 本研究女子运动员2周动作落地瞬间各项指标差异一览表Table 5 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Double Landing Somersaults （S）

表5 本研究女子运动员2周动作落地瞬间各项指标差异一览表Table 5 Differences of Diagnostic Indexes of Men’s Double Landing Somersaults （S）

成功 失败P躯干倾角（°）25.9±6.1 36.2±11.9＊＊0.001重心水平速度（m／s）31.2±4.1 26.3±7.0＊＊ 0.002踝关节角度（°）123.5±27.7 117.0±21.0 0.140重心合速度（m／s）53.3±14.3 56.7±13.3 0.224重心垂直速度（m／s）39.5±23.9 49.3±14.7 0.270髋关节角度（°）132.4±25.7 126.5±15.8 0.302膝关节角度（°）157.9±18.3 156.4±9.7 0.743肩关节角（°）83.5±39.1 100.7±47.8 0.857

3.2 技术诊断指标与空中最高点重心垂直高度回归分析

将优秀自由式滑雪运动员成功动作的腾起高度和他们出台时各项敏感指标带入回归方程，重心垂直高度作为因变量，空中最高点重心垂直高度相对点为跳台的台沿，即相对起跳点，该数据是通过影像解析直接获得的。台的线性和角度指标分别作为自变量，选择回归的方式进行统计。

本研究中，技术敏感诊断指标是在技术评定指标的基础上，因变量分别采用各技术环节显著性差异较大的诊断指标，即空中重心垂直最高点选取重心垂直高度作为因变量；落地瞬间技术环节选取重心合速度和躯干倾角作为因变量。而后根据运动效果量对样本分成3组，即出台瞬间各诊断指标与落地瞬间合速度和躯干倾角、空中最高点各线性诊断指标与落地瞬间合速度、出台瞬间各诊断指标与空中重心垂直最高点的重心垂直高度。采用统计学方法运用SPSS 16统计软件将上述3组进行回归分析，通过获得的标准系数来筛选出敏感诊断指标，利用回归分析中的相关系数进行建模。通过每组回归分析中的标准系数绝对值大小进行排序。按照标准系数绝对值的大小进行二级排序，最终确定影响动作成败因素的技术敏感诊断指标。

表6 本研究运动员出台线性指标与空中最高点重心垂直高度回归分析一览表Table 6 Regression Analysis on Linear Indexes and Air Vertical Height in the Highest Point during Take－off Moment

表6是男子3周台空中最高点的重心垂直高度与出台瞬间各相关线性指标相关系数。由该表相关系数可以建立出台瞬间线性诊断指标与空中最高点重心垂直高度的控制模型：

公式中H为重心垂直高度，HV为重心水平速度，VS为重心垂直速度，RV为重心合速度，HS为助滑速度，WS为风速，SD为助滑距离。

由公式（1）中的标准系数显示，重心出台垂直速度对空中最高点重心垂直高度的标准系数绝对值为0.234，说明重心出台垂直速度是影响空中最高点重心垂直高度最大的诊断指标，重心出台水平速度和助滑距离其次。通过标准系数可以看出，重心出台瞬间的线性指标对所能腾起高度的诊断指标为：重心出台垂直速度、重心出台水平速度和助滑距离。

出台瞬间各关节角诊断指标与空中最高点重心高度诊断指标的模型：

公式中H为重心垂直高度，T为躯干倾角，K为膝关节角，h为髋关节角，S为肩关节角，A为踝关节角。

公式（2）显示，出台瞬间运动员踝关节角是对空中最高点重心垂直高度影响最大，其标准系数绝对值为0.373；肩关节角对空中最高点躯干倾角的标准系数绝对值为0.117；髋关节角对空中最高点躯干倾角的标准系数绝对值为0.090。所以，我国男子3周动作出台瞬间各关节角指标对空中最高点重心垂直高度影响最大的诊断指标分别为踝关节角、肩关节角和髋关节角。

表7 本研究运动员出台瞬间各关节角与空中最高点重心垂直高度回归分析一览表Table 7 Regression Analysis on Joint Angles and Air Vertical Height in the Highest Point during Take－off Moment

3.3 出台瞬间各线性指标与落地瞬间重心水平速度的回归分析

通过对成功和失败动作的统计学分析发现，落地时重心的水平速度对运动效果的影响具有显著性差异，为了找出出台的诊断指标对落地效果的影响，将重心水平速度作为因变量，分析出台的线性指标对其影响情况。

表8 本研究运动员出台瞬间各线性指标与落地瞬间重心水平速度回归分析一览表Table 8 Regression Analysis on Linear Indexes during Take－off Moment and Level Speed of center of gravity during Landing Moment

通过表8的相关系数可以建立男子3周动作出台瞬间各线性指标与落地瞬间重心水平速度的控制模型：

公式中LV为落地瞬间重心水平速度，RV为重心出台合速度，HV为重心出台水平速度，VS为重心出台垂直速度，HS为助滑速度，WS为风速，SD为助滑距离。

公式3显示，助滑速度对落地瞬间重心水平速度的标准系数绝对值为0.204，重心出台合速度对落地瞬间重心水平速度的标准系数绝对值为0.188，重心出台垂直速度对落地瞬间重心水平速度的标准系数绝对值为0.173。由标准系数绝对值大小可以得出：我国男子3周动作出台瞬间线性指标对落地瞬间重心水平速度影响最大的诊断指标分别为助滑速度、重心出台合速度和重心出台垂直速度。

4 讨论

通过以上分析发现，影响运动员腾起高度技术敏感指标为重心出台垂直速度。

运动员动作失败的关键因素是出台时的重心垂直速度和助滑速度过慢。由于助滑速度与助滑距离成正比，而助滑速度的快慢影响运动员重心出台合速度。重心垂直速度成功时平均值大于失败时，根据抛体运动特点，运动员出台时重心垂直速度影响运动员腾空高度，出台时重心垂直速度越大，运动员的腾空高度越高，腾空时间也相对延长；反之，运动员的腾空高度越低，腾空时间短。

除了助滑距离影响出台速度之外，研究发现，部分关节角度也是重要的诊断指标。成功时的出台瞬间膝关节屈曲幅度更大，腿部的蹬伸动作更积极；而出台时重力使人产生向后的翻转力矩，充分伸膝一定程度上克服了上体后仰，使台面对人体的反作用力线通过重心上方，同时反作用力的加大有利于抛射角度加大，腾空时间相对充分。成功时肩关节角度与失败时的差别主要与起跳阶段上臂积极的引导动作有关。躯干倾角成功时平均值为29.29°，大于失败时的24.80°，成功时的躯干前倾更明显，躯干前倾有助于增加起跳完成时人体重心垂直方向的速度。充分、有力的起跳可以使运动员获得足够的高度和距离，是完成复杂的空中翻转动作的保证，并有相对充分的时间准备着陆。

落地技术敏感诊断指标中，线性诊断指标包括重心水平速度、重心垂直速度和躯干倾角。由运动生物力学原理可知，着陆成功需要人体剩余动量矩与重力矩冲量二者平衡［9］。落地速度大，剩余的动量就大，就需要运动员用更大力量来维持身体平衡来稳定着落。躯干倾角大时重力矩大。落地调整时躯干角速度是最重要控制量，躯干角速度向前转能克服剩余动量矩，角速度越大，克服剩余动量矩能力越大。小腿角速度、臂角速度是调节人体动量矩的重要影响量，这些环节向前转是消除剩余动量矩的方式［8］。所以，落地后采用快速下蹲技术以帮助克服剩余动量矩。通过视频可看出，失败的动作主要为后仰躯干触地和侧倾使上肢触地。

5 结论与建议

5.1 结论

1.出台技术的技术敏感诊断指标包括重心速度，髋、膝关节角和踝关节角度。

2.落地技术技术敏感诊断指标中线性诊断指标包括重心水平速度、重心垂直速度和躯干倾角。

3.影响运动员腾起高度最大线性指标为重心出台垂直速度。

4.影响运动员腾起高度最大角度诊断指标为出台瞬间髋关节角。

5.空中最高点重心合速度是影响我国男子和女子运动员落地瞬间重心水平速度的最大诊断指标。

6.影响落地瞬间躯干倾角的最大角度诊断指标为出台瞬间髋关节角和肩关节角。

5.2 建议

1.日常训练方面：应在运动员日常训练时更加注重敏感诊断指标的训练，各关节角度和线性诊断指标控制在合理的范围之内。

2.加强我国女子自由式滑雪空中技巧运动员的力量训练，加强小肌肉群的核心力量训练。

3.女子运动员在平时的训练中，应多注意规范各技术环节中的身体姿态；保证各技术环节中线性诊断指标处于合理的控制范围。

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