优秀女子跳高运动员助跑、起跳阶段运动学比较分析

1.成都工业学院，四川 成都 611730；2.中国民航飞行学院，四川 广汉 618301；3.四川省运动技术学院，四川 成都 610041



优秀女子跳高运动员助跑、起跳阶段运动学比较分析

Comparative Analysis of Elite Female High Jumpers’ Kinematics in the Run-up nd Take-off Phase

1.成都工业学院，四川 成都 611730；2.中国民航飞行学院，四川 广汉 618301；3.四川省运动技术学院，四川 成都 610041

张艳1，张建2，程亮3

ZHANG Yan1，ZHANG Jian2，CHENG Liang3

摘要：探讨优秀女子背越式跳高运动员动作的运动学特点，比较健将(n=6)与一级组(n=8)在助跑、起跳阶段运动学参数差异，为运动员科学训练提供定量依据。对身高、体重相配匹的健将和一级组成功完成的背越式跳高全过程进行三维录像拍摄，Simi Motion9.01采集的运动学数据进行组间独立样本t检验，并与成绩进行person相关分析。结果显示：(1)助跑阶段：健将组倒3步、2步、1步重心合速度显著大于一级组(P<0.05)，倒1步后倾角显著小于一级组(P<0.05)；(2)起跳阶段：健将组内倾角变化幅度、起跳腿髋关节蹬伸幅度、重心变化幅度非常显著大于一级组(P<0.01)，起跳腿着地时相重心垂直速度、离地时相重心高度显著大于一级组(P<0.05)；(3)倒1-3步重心合速度、起跳蹬伸过程髋、踝关节角度、内倾角和重心高度变化幅度与成绩显著正相关；倒1步后倾角、起跳时相摆动腿角速度、起跳腿着地时相内倾角与成绩显著负相关。

关键词：女子；背越式跳高；运动学分析；助跑；起跳

跳高是一项技术性强的田径项目[1]。在1989年我国运动员金玲保持了1.97m女子背越式跳高亚洲纪录(之后2009年被哈萨克斯坦名将玛丽娜·爱托娃打破，1.99m)，随后的20多年我国女子跳高水平停滞不前，随着福建名将郑幸娟跳出1.95m的好成绩(2014年)，我国女子跳高水平又进入亚洲前列，但是与世界纪录(2.09m)差距较大。同时，作者查阅文献发现，目前对于女子跳高的运动学研究，有学者总结了优秀运动员的技术模型[2-3]，或对两个运动员间参数进行对比[4-5]，或分析国内与国外优秀运动员的差异[6-8]。而对国内健将与一级运动员运动学参数的比较缺乏研究。为此，本研究现场拍摄了2013年全国田径大奖赛广东肇庆站女子背越式跳高决赛，通过比较健将与一级运动员技术动作在助跑和起跳阶段运动学参数差异，分析与成绩的相关性，找出运动员技术动作的不足，为科学训练提供定量依据。

1对象与方法

1.1对象

以2013年全国田径大奖赛广东肇庆站14名优秀女子背越式跳高运动员为研究对象，包括福建名将郑幸娟(1.88m)。根据测试成绩划分为健将组(n=6，年龄23.2±3.7岁，身高179.5±4.2cm，体重56.9±6.0kg，测试成绩1.84±3.10m)和一级组(n=8，年龄21.3±2.6岁，身高178.6±5.8cm，体重56.2±5.7kg，测试成绩1.76±2.52m)，组间身高、体重无显著差异。

1.2方法

1.2.1三维录像解析

使用两台德国产Basel高速摄像机从不同角度(主光轴夹角约120°，两台摄像机高为1.5m，机距约20m，图1)拍摄了14名受试者成功的背越式跳高动作。德国Simi Motion9.01三维录像系统解析了该动作的运动学数据。使用24点星状辐射框架、郑秀媛女子人体模型(16环节、21个标志点)和低通滤波平滑处理数据，截断频率为8Hz[9]，获得所需的运动学参数。本研究三维空间坐标系以沿着杆方向为X方向，水平垂直于杆子方向为Y方向，垂直方向为Z方向(图2)。

1.2.2数理统计

2结果与分析

结合动作特点及前人的研究[1，4]，本研究把完整的背越式跳高动作划分五个时相(a.倒3步着地时相，b.起跳腿着地时相，c.起跳腿离地时相，d.身体完全过杆时相，e.身体落地时相)，共四个阶段。助跑阶段(a-b)、起跳阶段(b-c)、腾空过杆阶段(c-d)和落地缓冲阶段(d-e)。另外，为了方便讨论，本研究把起跳阶段又分为起跳缓冲过程(起跳腿着地时相到起跳腿膝关节最大缓冲角度时相)和起跳蹬伸过程(起跳腿膝关节最大缓冲角度时相到起跳腿离地时相)。本研究只对助跑和起跳阶段进行了分析。

2.1助跑阶段

背越式跳高最后3步采用“弧形助跑”，目的是降低身体重心，加长起跳工作距离。在起跳时人体有一个由内倾转向垂直的运动，其产生的法向加速度可加大支撑点的压力，增加起跳效果，产生的切向加速度有利于向横杆方向运动，这是身体起跳后由垂直转为水平的主要动力[1]。

本研究结果发现(表1)健将组最后3步重心合速度显著大于一级组，相关性结果显示倒1-3步重心合速度与成绩呈显著中度正相关(r=0.743、r=0.601、r=0.703)，说明健将组的优势是“弧形助跑”的速度大，而较大的速度有利于成绩的发挥。成万祥[8]研究我国男子运动员发现，助跑速度过小从而过早降低了人体重心，阻碍了人体腾起初速度，限制了人体腾空后的旋转，对女子运动员的研究也发现了相同的结论[6]；另外，从倒1-3步离地时相重心合速度得出两组的节奏均成“小—大—小”趋势，陈楠[11]比较了国内和国外优秀女子跳高运动员倒2步的步速，发现国内运动员助跑倒1步出现减速现象(相比国外选手)，作者解释这可能是倒2步的技术欠佳所致。本研究也发现了类似的结论，说明国内优秀女子运动员需要加强助跑技术，在合理的范围内需保持较高的倒1步助跑速度。

表2显示，两组受试者前倾角依次增大，而后倾角依次减小。根据力学原理分析前倾角增大，后倾角减小，有利于人体获得更多的摆动幅度，在降低身体重心高度的同时增加弹性势能，为起跳阶段做准备。本研究发现，只有倒1步后倾角健将与一级组间有显著差异(P=0.019)，倒1步后倾角与成绩呈中度显著负相关(r=-0.626)，说明健将组身体摆动幅度大，储备的弹性势能多，有利于成绩的发挥。但也有学者认为倒1步若人体重心高度下降过大，虽增加了垂直工作距离，但会使人体重心水平速度损失加大，破坏助跑的节奏，不利于快速起跳[12]。显然，倒1步需要降低人体重心高度是有必要的。

2.2起跳阶段

起跳阶段是把人体动能和存储的肌肉弹性势能，通过起跳腿的缓冲与蹬伸，使人体重心获得向上腾起速度的过程[1]。由动能定理得知在力大小一定的前提下，沿着力方向的做功距离越长，产生的动能越大。该阶段人体垂直速度的产生除了来自起跳的蹬伸对地面的反作用力、身体各环节的摆动、肌肉弹性力外，起跳时力作用的距离也起到重要的作用。

表1　倒1-3步离地时相重心合速度

注：V表示离地时相重心合速度。

表2　倒1-3步前、后倾角数据

注：前倾角：蹬伸离地时相身体重心到足趾的连线与地面在矢状面形成的倾斜角；后倾角：着地时相身体重心到足趾的连线与地面在矢状面形成的倾斜角。

表3　起跳阶段重心高度和内倾角

内倾角：着地瞬间人体重心到足趾的连线与地面的夹角。

表4　起跳阶段摆动腿和手臂摆动角速度

注：负值表示向下摆动，正值表示向上摆动。

表5　起跳阶段起跳腿髋、膝、踝关节角度变化范围

表6　起跳阶段重心速度和时间

V1表示重心水平速度，Vz表示重心垂直速度，负值表示方向垂直向下。

本研究发现(表3)健将组在起跳腿着地时相人体重心与一级组无显著差异，但是在起跳腿离地时相重心高度和变化幅度均显著大于一级组(P=0.045、P=0.005)，说明健将组在起跳阶段有更长的向上做功距离，因此会产生更多的动能；另外，该阶段内倾角变化幅度越大，说明人体重心变化幅度越大，着地时相内倾角小，说明重心高度相对低。健将组在起跳腿着地时相非常显著小于一级组(P<0.001)，而变化幅度非常显著大于(P=0.002)一级组。相关性结果显示起跳腿离地时相重心高度、重心高度变化幅度和内倾角变化幅度与成绩呈中度显著正相关(r=0.675、r=0.772、r=0.725)，起跳腿着地时相内倾角与成绩呈中度显著负相关(r=-0.778)，进一步说明了此观点。

背越式跳高运动员起跳腿踏上起跳点时，摆动腿顺势上摆，同时积极摆臂，起跳腿髋、膝和踝关节迅速蹬伸，起跳腿的异侧上伸，躯干充分伸展、整体身体几乎与地面垂直[1]。研究表明，摆腿和摆臂对起跳起到积极的作用，从生物力学原理角度分析主要起到提高起跳离地时相人体重心的高度，向上摆动增加起跳腿的制动效果增加支撑的反作用力，使人体获得更大的垂直速度[1]。汪丽华[13]的研究认为，我国优秀女子背越式跳高运动员摆动腿摆动角速度与腾起垂直初速度存在高度的相关性，同时也能影响人体起跳瞬间的重心高度。

本研究发现(表4)，在起跳缓冲和蹬伸过程健将组摆动腿摆动角速度虽大于一级组但不显著(P>0.05)。结合表8相关性显示起跳时相摆动腿摆动角速度与成绩中度显著负相关(r=-0.646)，起跳时相向下的摆动增加人体向下的动量矩，进而减少地面对支撑腿的反作用力，有利于起跳缓冲。有研究发现在起跳蹬伸过程较大的摆动速度既可减轻支撑腿的负荷，又限制了后继摆动腿突停制动的效果，减小了摆动惯性力，不利于顺利起跳[8]。本研究发现无论是健将组还是一级组在起跳蹬伸的摆动角速度绝对值小于起跳缓冲过程，符合上述结论。运动员在起跳缓冲过程起跳腿的下肢关节屈肌积极退让缓冲有利于减少地面的冲击力，同时使下肢关节伸肌充分拉长，促使肌群有一定的初始长度进行爆发式收缩。这种肌肉收缩形式称为拉长—缩短周期(Stretehing-Shorting Cyele，SSC)[14-15]。因此在一定的范围内(起跳缓冲过程)起跳腿的各关节需要充分收缩，而在起跳蹬伸过程下肢关节需快速充分伸展。运动员在起跳缓冲过程向下摆臂，动量矩向下传递减小地面反作用力有利于缓冲，而起跳蹬伸过程向下摆臂，动量矩向上传递增加地面反作用力有利于起跳，本研究结果显示，健将组和一级组双手臂摆动角速度无显著差异(P>0.05)说明摆臂能力差距小。

本研究健将组无论在起跳缓冲还是蹬伸过程，起跳腿的髋、膝和踝关节变化幅度均大于一级组，其中蹬伸过程髋关节变化幅度均值差异非常显著(P=0.003)(表5)。相关性分析显示，起跳蹬伸过程起跳腿的髋和踝关节变化幅度与成绩显著相关(髋关节r=0.844、踝关节r=0.675)。王举涛[16]的研究认为我国优秀女子背越式跳高运动员在起跳缓冲阶段起跳腿的缓冲幅度小，在起跳腿离地瞬间的蹬伸速度不够，这是成绩欠佳的原因之一。因此，一级组应该重视此技术环节，加强下肢关节快速收缩、充分蹬伸的意识。

表6结果发现，起跳阶段重心速度和时间只有起跳着地时相重心垂直速度组间均值有显著差异(P=0.032)。较大的向下垂直速度会产生更多的动量。多数学者[17-19]研究国内外女子背越式跳高运动员起跳时间，普遍的观点认为在蹬伸时间上有显著差异(国外优秀运动员缓冲和蹬伸时间平均分别为0.08s和0.08s)，国内的选手表现为蹬伸时间过长，他们认为这可能与受试者下肢肌群的退让工作能力较差有关。而缩短起跳腿肌群退让工作时间，能充分利用肌肉的弹性，产生较大的克制性收缩力。本研究健将组和一级组的蹬伸时间均值在0.10s，说明两组受试者起跳蹬伸不够积极。

3结论

(1)健将组优势表现在助跑阶段倒1步后倾角小，倒1-3步助跑速度较快；起跳阶段重心、内倾角变化幅度大；髋、踝关节蹬伸幅度充分等方面。

(2)健将和一级组倒1-3步助跑节奏欠佳，需要提高倒1步的绝对速度。另外，还需加强起跳缓冲、起跳过程摆动腿摆动角速度并缩短起跳蹬伸时间。

(3)一级组需减小倒1步后倾角，在提高助跑的绝对速度同时注意助跑节奏；起跳阶段增加重心和内倾角变化幅度，加强起跳下肢积极蹬伸意识将是成绩提高的突破口。

参考文献

[1]陆爱云.运动生物力学[M].北京:人民体育出版社, 2010：192-193.

[2]韩慧,边卫,王倩.对我国部分优秀女子跳高运动员起跳前后的一些技术分析[J].体育科学,1999,19(6): 39-41.

[3]雍明,邹玉玲,陆阿明.跳高运动员郑幸娟倒3步助跑技术分析[J].体育学刊, 2011, 18(6): 026.

[4]黄玉保,邓重生,邓京捷.不同等级女子跳高运动员起跳腾空的运动学分析[J].山东体育学院学报,2006, 22(3):75-77.

[5]陈烨. 我国优秀女子跳高运动员助跑与起跳技术的运动学分析[J].体育研究与教育, 2012,27(3): 89-93.

[6]王琨,王慧,刘秀峰,等.中国与世界优秀女子跳高运动员起跳技术生物力学对比分析[J].中国体育科技, 2005, 36(5):17-19.

[7]李谨. 我国优秀女子跳高运动员起跳与腾空技术的运动学分析[D].山西,山西大学,2009.

[8]成万祥,李玉章.阻碍我国男子跳高成绩提高的运动学因素[J].上海体育学院学报,2002,26(4): 57-60.

[9]程亮. 邹凯单杠并腿马凯洛夫动作的运动学分析[J]. 山东体育学院学报, 2014, 30(3):87-91.

[10]熊维志,程亮.优秀女子举重运动员抓举成绩与运动学参数的相关回归分析[J].山东体育学院学报,2015, 31(3):78-82.

[11]陈楠,王传军,郭慧.优秀女子跳高运动员的竞技能力模型及其主导因素特征的分析[J].体育科研,2008, 28(6):61-63.

[12]徐刚.我国优秀女子跳高运动员助跑最后一步摆动腿支撑技术特征研究[J].吉林体育学院学报,2009, 25(3):33-35.

[13]汪丽华,刘素兰,石润民,等.我国优秀女子背越式跳高运动员起跳过程中摆动腿技术的三维运动学分析[J].河北体育学院学报,2001,15(2):15-17.

[14]林长地,程亮.少年男篮运动员下肢等速肌力与纵跳高度、速度的相关性分析[J].山东体育科技,2015, 37(4):72-76.

[15]Lees P G A. A three-dimensional kinematic analysis of the long jump take-off.[J]. Journal of Sports Sciences, 2007, 23(9):891-903.

[16]王举涛,刘生杰.我国优秀女子跳高运动员起跳技术的运动学研究[J].成都体育学院学报,2009, 35(12): 67-70.

[17]Dai W, Xu X. The Influence of Strength and Speed on the Performance of Fosbury Flop: A Theoretical Study [J]. Proceedings of the International Conference on Educational Research & Sports Education, 2013, 39(1):221-223.

[18]G. L. Fosbury flop: predicting performance with a three-variable model.[J]. Journal of Strength & Conditioning Research, 2011, 25(8):2143-2150.

[19]Huchez A, Haering D, Holvoet P, et al. Local versus global optimal sports techniques in a group of athletes.[J]. Computer Methods in Biomechanics & Biomedical Engineering, 2015, 18(10):829-838.

Abstract

The paper investigated the kinematic characteristics of elite female Fosbury Flop jumpers and compared the kinematic difference between high-level jumpers (n=6) and level-1 jumpers (n=8) in their run-up and take-off stage to provide quantitative basis for athletes’ scientific training. The researchers recorded the Fosbury Flop process of both high-level jumpers and level-1 jumpers with 3D video camera, and analyzed the two groups’ kinematics data collected with Simi Motion 9.01 using an independent sample t-test, and made a person correlation analysis together with their scores. Results: (1) In the run-up stage, the gravity resultant velocity of the high-level jumpers in countdown step 3, step 2 and step 1 was significantly greater than the level-1jumpers(P<0.05), and high-level jumpers’ caster angle in countdown 1 is significantly smaller than the level-1 jumpers(P<0.05); (2) In the take-off stage, the high-level jumpers had bigger angle of toe-in, stretching range of the hip on the take-off leg, range of gravity shift than the level-1 jumpers (P<0.01), Both the vertical gravity velocity of the take-off leg at the landing moment and the height of the gravity off the ground at the take-off moment were significantly higher than that of level-1 jumpers(P<0.05); (3) In countdown step 1-3, the gravity resultant velocity and the jumping, pushing and stretching angles of both hip and ankle, their angles of toe-in, and the height of gravity presented a remarkable correlation. In countdown step 1, the caster angle and the angular velocity of the swinging leg, and angle of toe-in of the take-off leg at the landing moment were in significant negative correlation.

Key words:Female; the Fosbury Flop; Kinematic Analysis; Run-Up; Take-Off

CLC number：G823.1Document code：AArticle ID：1001-9154(2016)01-0109-05

(编辑孙君志)

中图分类号：G823.1

文献标志码：A

文章编号：1001-9154(2016)01-0109-05

收稿日期：2015-05-10

作者简介：张艳，讲师，研究方向：运动训练与教学。E-mail：1711073369@qq.com。

基金项目：四川省教育发展研究中心课题(CJF15015 )。

1．Chengdu Technological University ,Chengdu Sichuan 611730 ;2.Civil Aviation Flight University of China Guanghan Sichuan 618301 ;3.Sichuan Institute of Sports Skills Chengdu Sichuan 610041