短道速滑奥运冠军武大靖500 m入弯道技战术的运动学分析

王 帅，周继和

短跑道速度滑冰(简称“短道速滑”)是冬季奥运会项目，其比赛通常是在椭圆形的室内冰场上进行，跑道的周长为111.12 m，其中直道长度为28.85 m，弯道为180°的圆弧，半径为8 m。弯道技战术是短道速滑的最重要的动作之一，在全过程比赛中起着至关重要的作用。文献资料表明，优秀短道速滑运动员的单圈平均滑行速度在13 m/s以上，且弯道平均速度均要大于直道[1]。良好的弯道技战术是提高运动员成绩的关键因素。入弯道技战术是直道与弯道行进的衔接，与直道技术相比，因为要克服人体向前做直线运动的惯性——离心力，入弯道技战术具有明显的特点。在弯道段的滑行过程中，运动员身体采取深蹲姿势并向左前方倾斜，左手触摸冰面维持平衡，左右腿交替向右侧蹬冰，以保证为滑行提供向心力并紧贴弧线标志物滑行[2]。

目前国内外弯道技战术的研究多是理论分析[9-12]，速度滑冰项目(弯道半径为25 m)分析较多[13-14]，在短道速滑项目中，针对女运动员的分析较多，且大部分是针对于起跑和直道技术的运动学分析[9-10]，较少对男子短道速滑运动员弯道滑行技战术进行定量分析。武大靖是2018年平昌冬奥会短道速滑男子500 m冠军，世界纪录、奥运会纪录保持者，为了对短道速滑入弯道技战术有更深刻的了解，我们在2017/18国际滑联短道速滑世界杯上海站的比赛现场对男子500 m决赛进行定点定机拍摄，运用三维录像解析系统对该场比赛冠军武大靖弯道技战术进行录像解析，以期深入研究短道速滑弯道滑行动作技战术特点，为指导技战术训练提供帮助。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本文的研究对象为武大靖，2017/18国际滑联短道速滑世界杯上海站男子500 m冠军，比赛成绩为40.010 s。

1.2 研究方法

本文主要采用三维录像解析法。在2017/18国际滑联短道速滑世界杯上海站的比赛现场，使用2台JVC GC-PX10AC摄像机(拍摄频率为50帧/秒)对男子500 m决赛进行定点定机拍摄，两台摄像机主光轴夹角约60°。运用3-D Signal TEC V1.0C三维录像解析系统对运动员的单圈用时最少(8.18 s)的一次弯道技战术进行数据解析。选择日本松井秀治M(Male)模型(21个关节点，16个环节)，在比赛现场使用星高钛(型号：081103)24点星型辐射框架进行空间标定，通过直接线性变换(Direct Linear Transformation，DLT)建立像点坐标与物点空间坐标关系式，解析过程中采用逐幅解析，原始数据经低通滤波器平滑处理，截断频率为8 Hz。

图1 武大靖弯道技术解析棍Figure 1 Stick figure of Wu Dajing's curve technique

2 研究结果与分析

2.1 弯道滑行技术时刻阶段划分

短道速滑弯道滑行技术的主要目的是采用合理的身体姿势，加速对抗离心力，以最短的时间通过弯道。弯道滑行身体姿势在很大程度上决定了空气阻力的大小和蹬冰力量、速度、时间等因素。短道速滑一个完整的复步包括2个滑步，每个滑步又包含了单支撑和双支撑两个不同的时期。为方便对弯道技术进行描述，我们将一个复步动作划分为5个时刻，4个阶段，分别为：

5个时刻：

T1：左腿冰刀离开冰面时刻； T2：左腿冰刀着冰时刻；

T3：右腿冰刀离开冰面时刻； T4：右腿冰刀着冰时刻；

T5：左腿冰刀再次离开冰面时刻。

图2 动作时刻阶段划分示意Figure 2 Schematic diagram of division of the action

4个阶段：

T1—T2：右腿单支撑阶段；T2—T3：第一次双支撑阶段；

T3—T4：左腿单支撑阶段；T4—T5：第二次双支撑阶段。

2.2 滑行轨迹及入弯半径分析

速度滑冰与短道速滑同属体能主导类竞速性项目，速度滑冰(C=400 m，LS=111.98 m，RI=25 m，RO=30 m)男子500 m世界纪录为33.980 s，而短道速滑(C=111.12 m，LS=28.85 m，R=8 m)500 m世界纪录为武大靖创造的39.584 s，对比来看，短道速滑运动员的滑行平均速度比速度滑冰要小，短道速滑比赛直道距离短、弯道半径小，运动员并不能够以自己极限速度滑行。短道速滑也属于同场竞技项群(同跑道竞速项目)，因此除了运动员的技术动作外，战术决策极为重要，表现为复杂多变。

图3 短道速滑运动员滑行轨迹示意Figure 3 Schematic diagram of the short track speed skater's taxiing track

在短道速滑500 m比赛中，运动员选择快速起跑策略，且起跑阶段的排名与最终排名(运动成绩)有很大的相关性(lap.1：r=0.59)[3]。从滑行轨迹看，运动员并未紧贴赛道，通常采用大于场地半径的滑行方式(如图3所示)。入弯时刻武大靖与弯道标志物的距离为3.41 m，即入弯半径为11.41 m。较大的入弯半径虽增加了运动员的实际滑行路程，但是能够相对保证运动员的高速滑行，优秀短道速滑运动员单圈滑行路程为115～117 m[1]。

2.3 入弯道滑行内倾角的运动学分析

由于钢与冰之间的滑动摩擦系数μ=0.014，最大静摩擦系数μ0为0.027[4]。运动员在弯道上以速度v滑行时，不发生侧向滑动的条件是冰刀与冰面的摩擦力与向心力的关系应满足μ0mg≥mv2/R[4]，以武大靖在此次比赛中平均滑行速度12.49 m/s、入弯半径为11.41 m来计算，μ0≥1.36，这个值显著大于钢与冰的最大静摩擦系数0.027，仅靠冰刀与冰面的摩擦不能保证运动员在弯道快速滑行。而由于μ0=tanθ(θ为摩擦角，即冰刀与铅垂面的夹角)，由此θ≥53°，也就是说冰刀与冰面的夹角φ≤37°。因此运动员在进入弯道后为对抗离心力，身体必须内倾，这也增加了短道速滑项目的可观赏性。内倾角为重心和踝关节转动中心的连线与冰面之间的夹角，这一指标反映了运动员在滑行过程中身体倾斜的情况。武大靖在内倾角为39.85°时需借助戴有防护手套的左手触摸冰面，借此增大人体稳定性并保持身体平衡，随着入弯过程的继续，内倾角逐渐降低，武大靖的最小内倾角为25.84°，说明其具有良好的内倾及平衡能力。

2.4 入弯道滑行躯干角的运动学分析

运动员滑跑时身后出现空气旋涡(低压区)，身体前后的压力差不相等形成形状阻力，选择合理的流线型滑跑姿势尤为重要[5]。根据公式F=1/2 cρsv2(c为空气阻力系数，ρ为空气密度，v为滑跑速度，s为迎风面积)，形状阻力与迎风面积成正比。躯干角对滑跑时空气与运动员的正面接触面积的大小起着决定性作用[5]。

表1 武大靖不同时刻躯干角参数(°)Table 1 Torso angle of Wu Dajing at different moments(°)

左右腿的交替蹬冰使得躯干角有小幅度变化，但在一个复步过程中变化并不明显，在单支撑阶段主要是滑行，而双支撑阶段下肢进行蹬伸，具体表现为单支撑阶段上体姿势较低，双支撑阶段上体姿势较高。武大靖在5个时刻的躯干角分别为21.6°、24.6°、22.1°、23.7°、24.9°。 和文献中优秀女子短道速滑运动员的弯道滑行躯干角25.50±2.54°相比[5]，武大靖的入弯道滑行躯干角较为合理。而优秀速滑运动员的躯干角均值为14.53°[5]，也有研究表明躯干角大于15°以后，空气阻力成线性增长[13]，武大靖在比赛中滑行速度快，一直处于领滑状态，适当降低躯干是减小空气阻力、节约体能消耗的有效方法。

2.5 入弯道滑行髋膝关节角度、滑行速度的运动学分析

2.5.1 髋膝关节角度分析

图4 运动员左、右膝关节角度曲线图Figure 4 Curve of athlete's left and right knee joint angle

表2 不同时刻阶段髋、膝关节角度(°)Table 2 Hip and knee joint angles at different moments(°)

在运动员滑行过程中，左右腿进行交替蹬冰，武大靖左髋关节角度的最小值出现在左腿冰刀着冰时刻(T2)，右髋关节角度的最小值出现在右腿冰刀着冰时刻(T4)(见表2)；由此可见，为了减小空气阻力，着冰时刻武大靖髋关节角度较小(躯干角较小)。对于髋关节角度随时间变化的曲线而言，有研究表明不同运动员间存在个体差异性[5]。膝关节角度能够反映运动员的支撑实效和蹬伸状况，有研究认为滑行中应尽量减小膝关节角度，以减小空气阻力[5]，但是运动员保持低姿势滑行的过程中，蹬冰腿膝关节向右蹬伸是蹬冰力量的主要来源，减小膝关节角度会降低蹬冰效果，影响滑行速度。由图4可知，在滑行过程中，武大靖的左右膝关节并未蹬伸完全，主要由于有意识地加快蹬冰频率，变换上下肢位置以维持平衡。右腿单支撑阶段，由于左腿向前提拉，左膝关节角度先减小后增加，右膝关节角度无明显变化；左腿单支撑阶段，左膝关节角度无明显变化，支撑腿的膝关节角度在单支撑阶段，变化较小，膝关节角度在120°～140°之间可发挥最大力量[6]，因此，武大靖的单支撑阶段膝关节角度合理。从右脚单支撑过渡到第一次双支撑阶段，左右膝关节角度均增大，说明双腿均有蹬冰动作，其中左膝关节的蹬伸幅度为44.7°，右膝关节的蹬伸幅度为40.0°；从左脚单支撑过渡到第二次双支撑阶段，左膝关节角度无明显变化；在第二次双支撑阶段，左膝关节角度虽有增加，但幅度不大，右膝关节角度减小为下一个单支撑阶段做准备。

2.5.2 滑行速度分析

表3 武大靖不同时刻、阶段速度(m/s)Table 3 Speed of different moments and stages of Wu Dajing(m/s)

由表3可知，武大靖在5个时刻的速度分别为13.41 m/s、 12.64 m/s、13.75 m/s 、13.04 m/s、14.01 m/s；四个阶段的速度变化量为-0.77 m/s、1.11 m/s、 -0.71 m/s、0.97 m/s，平 均速 度为12.71 m/s、13.24 m/s、13.22 m/s、13.64 m/s，单支撑阶段的平均速度小于双支撑阶段。有研究认为双支撑阶段冰刀与冰面的摩擦面积增大，从而增大了滑行的摩擦阻力，使得单支撑阶段的平均速度大于双支撑阶段的速度[5]，这种观点有待商榷；另一研究表明国外运动员双支撑阶段速度大于单支撑速度[7]，本研究结果与此相符。在单支撑阶段运动员速度下降，双支撑阶段速度增加。

2.6 入弯道滑行蹬冰角度、重心高度与滑跑时间分析

表4 不同时刻阶段蹬冰角与时间参数Table 4 Ice pedal angle and time parameters at different moments and stages

弯道技术的关键在于运动员能够利用最大可控速度身体内倾，抵抗离心作用保持人体相对稳定，提高蹬冰效率，保证高速滑行。蹬冰角指蹬冰腿的小腿(即膝关节转动中心和踝关节转动中心的连线)与冰面的夹角，该指标可以直观的反映运动员腿部的姿势位置以及蹬冰效果[7]。由表4可知，运动员在5个时刻左腿的蹬冰角分别为23.8°、24.3°、23.5°、22.9°、24.3°；右腿的蹬冰角为 37.6°、33.6°、35.0°、42.2°、40.3°，右腿的蹬冰角度均大于左腿，这是因为人体内倾，身体重心落在左腿上，右腿为外侧腿，为了加快蹬冰频率，右腿的蹬冰动作不充分；且左腿的最小蹬冰角度出现在左腿单支撑阶段结束即右腿冰刀着冰时刻(T4)，右腿最小蹬冰角度出现在右腿单支撑阶段结束即左腿冰刀着冰时刻(T2)；在单支撑阶段，随着滑行过程的进行，支撑腿蹬冰角随之减小，而进入双支撑阶段后，支撑腿异侧腿进行蹬冰，蹬冰角减小，而支撑腿的蹬冰角增大，更好的为下一次单支撑阶段做准备，保证较高的蹬冰频率。

由表4及图5可知，运动员在5个时刻重心高度分别为0.74 m、0.66 m、0.58 m、0.52 m、0.44 m；在进入弯道之后身体重心高度不断下降，说明武大靖有较好的抵抗离心力的调控能力。四个阶段的时间分别为 0.36 s、0.22 s、0.28 s、0.26 s；文献资料表明，一次单步的支撑时间相对的减少会对运动成绩的提升更加有利，同时双支撑阶段的时间小于单支撑阶段的时间[8]，本研究结果与此相符。右单支撑阶段用时长于左单支撑阶段，主要原因是弯道滑行右腿为外侧腿，滑行路线略长于内侧腿(左腿)[8]且右腿控制平衡能力差(倾倒力矩大)；其中第一次双支撑阶段(刚进入弯道)用时最短，而在此阶段左右膝关节角度均增大，左膝关节的蹬伸幅度为44.7°，右膝关节的蹬伸幅度为40.0°，说明武大靖膝关节蹬伸快速有力，有利于滑行速度的增加。

图5 重心高度曲线Figure 5 Curve of the height of center of gravity

3 结论

通过对武大靖入弯道一个复步的滑行动作技战术进行分析，我们得出以下结论：

(1)运动员在弯道滑行过程中并未紧贴赛道，而是采取大于场地半径的滑行方式，武大靖的入弯半径为11.41 m，因此实际滑行距离要大于比赛规定距离；

(2)在进入弯道后运动员身体必须内倾，武大靖在内倾角为39.85°时借助戴有防护手套的左手触摸冰面，借此增大人体稳定性并保持身体平衡，最小内倾角为25.84°，说明他有良好的身体内倾及平衡能力；

(3)武大靖左右腿的交替蹬冰使得躯干角有小幅度变化，与优秀女子短道速滑运动员相比武大靖躯干角较为合理；因其在比赛中一直处于领滑状态，适当降低躯干是减小空气阻力、节约体能消耗的有效方法；

(4)腿着冰时刻武大靖髋关节角度较小(躯干角较小)；弯道滑行的双支撑阶段速度增加，单支撑阶段速度降低，与国内外优秀运动员滑行模式相符；

(5)武大靖最小蹬冰角度出现在单支撑阶段结束时刻，进入双支撑阶段后支撑腿的蹬冰角增大；入弯道至弧顶重心高度不断下降；双支撑阶段的时间小于单支撑阶段的时间，右单支撑阶段用时长于左单支撑阶段。

综上所述，武大靖应适当再降低躯干以减小空气阻力，进而完善技术动作。